[發明專利]一種應用于混合型三相三電平有源中點箝位式變換器的空間矢量控制方法

有效

• 申請號: 201810214448.1
• 申請日: 2018-03-15
• 公開（公告）號: CN108377104B
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 李楚杉;李武華;盧睿;許德偉;何湘寧
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02M7/5387
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明提出了一種應用于混合型三相三電平有源中點箝位式變換器的空間矢量控制方法。方法側重點在于基于硅基絕緣柵雙極型晶體管和碳化硅基金屬氧化物半導體場效應管的混合型有源中點箝位式變換器，利用的兩個不同的零輸出開關狀態，U狀態和L狀態，在一個小扇區內部，保證只有U狀態和N狀態互相切換，或者L狀態和P狀態互相切換，從而在保證空間矢量控制效果不變的基礎上讓碳化硅金屬氧化物半導體場效應管承擔高頻的開關動作，硅基絕緣柵雙極型晶體管低頻開關,進而在實現整個系統高頻化的同時，減小整體開關損耗，極具工程推廣前景。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，尤其涉及一種應用于混合型三相三電平有源中點箝位式變換器的空間矢量控制方法。

背景技術

多電平變換器由于具有控制方法靈活、諧波含量低、效率高等優勢廣泛的應用于高電壓大功率電能變換場合。尤其是有源中點箝位式三電平變換器，更因其中點電壓可控平衡，冗余度豐富等優點而得到廣泛應用。傳統的有源中點箝位式變換器，在調制的過程中通常充分地使用冗余矢量，使得開關損耗的分布更加均衡從而降低器件的最高溫升。伴隨著電力電子變換器向著高功率密度、高頻、高效率的方向不斷發展，碳化硅等寬禁帶半導體開關器件在大功率多電平場合應用的研究初見端倪。文獻An Extreme High EfficientThree-Level Active Neutral-Point-Clamped Converter Comprising SiC&Si HybridPower Stage(IEEE Transactions on Power Electronics,PP(99):1-1)和專利混合轉換器系統(CN106936327A)提出了一種硅器件與碳化硅器件混合的有源中點箝位式三電平變換器。其具有更加優異的變換效率和較低成本。然而，以上文獻僅對單相有源中點箝位式三電平變換器的調制方法進行了研究，未有針對三相有源中點箝位式三電平變換器給出最優選的調制方法，減小開關損耗。

本專利提出一種面向新型有源中點箝位式三電平變換器的空間矢量控制方法，該調制策略通過引入更多冗余矢量，設定開關狀態切換原則，給定最優選的七段式矢量作用序列，使得碳化硅基功率器件承擔高頻開關動作，硅基功率器件低頻開關，使得新型有源中點箝位式三電平變換器的開關損耗最小。

發明內容

本發明設計創造性地提出了應用于新型三相有源中點箝位式三電平逆變器的空間矢量控制方法。方法側重點在于基于硅基絕緣柵雙極型晶體管和碳化硅基金屬氧化物半導體場效應管的混合型有源中點箝位式變換器，利用的兩個不同的零輸出開關狀態，U狀態和L狀態，在小扇區內部，保證只有U狀態和N狀態互相切換，L狀態和P狀態互相切換，從而在保證空間矢量控制效果不變的基礎上讓碳化硅金屬氧化物半導體場效應管承擔高頻的開關動作，硅基絕緣柵雙極型晶體管低頻開關,進而在實現整個系統高頻化的同時，減小整體開關損耗，極具工程推廣前景。

本發明的技術方案如下：

一種應用于三相三電平有源中點箝位式變換器的空間矢量控制方法，其特征在于，所述的控制方法如所示包括如下步驟：

(1)以120°為間隔將空間分成六個大扇區，每一個大扇區分成四個小三角區域，如所示，并根據參考矢量的角度以及長度確定當前所處的大扇區和小扇區。

(2)依據所在的小扇區根據圖5按照“最近三矢量”原則選擇使用的矢量V₀-V₁₈，每個矢量包含三個單相橋臂的開關狀態如表1所示，每個單項橋臂包含“N”、“P”、兩種非零開關狀態和“L”、“U”兩種零開關狀態，開關狀態切換的原則是，在每個小扇區內，只允許N狀態與U狀態互相切換、或者P狀態與L狀態互相切換。基于以上原則，獲得最優選的七段式序列如表二所示，矢量作用順序按照七段式序列進行分配。

(3)對于不在第一大扇區的矢量進行角度變換，變換后再確定所處的小扇區和相應的三個矢量，并按照如式(1)的伏秒平衡公式確定每個矢量的作用時間并按照七段式分配。