[發(fā)明專(zhuān)利]一種適用于單相級(jí)聯(lián)變換器的多維均壓空間矢量調(diào)制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811037372.6
• 申請(qǐng)日: 2018-09-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109245663B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 舒澤亮;林宏健;錢(qián)奕;閆晗;朱磊磊;柳明;何曉瓊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02P27/06
• 分類(lèi)號(hào): H02P27/06;H02P21/14
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種適用于單相級(jí)聯(lián)變換器的多維均壓空間矢量調(diào)制方法，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提出的多維均壓空間矢量調(diào)制方法適用于AC?DC整流器包括n個(gè)級(jí)聯(lián)的子模塊的單相級(jí)聯(lián)變換器，將n個(gè)子模塊的端口電壓對(duì)應(yīng)的標(biāo)幺化值組成模塊間矢量，利用兩個(gè)相鄰矢量合成參考矢量分別作用在模塊間矢量上，在進(jìn)行模塊間均壓時(shí)，按照子模塊的端口電壓與平均電壓的誤差絕對(duì)值排序進(jìn)行均壓，在模塊間均壓完成后還可以進(jìn)一步進(jìn)行模塊內(nèi)的均壓。本發(fā)明保留了所有冗余矢量，不會(huì)影響均壓效果且端口電平無(wú)越級(jí)跳變，具有較好的均壓能力和均壓效果，降低了開(kāi)關(guān)頻率，減少了開(kāi)關(guān)損耗，具有較好的穩(wěn)定性和可靠性，能夠適用于多子模塊的變換器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于單相級(jí)聯(lián)變換器的多維均壓空間矢量調(diào)制方法，具體涉及一種單相三電平H橋多子模塊級(jí)聯(lián)變換器的調(diào)制方法，尤其是在以FPGA、DSP等數(shù)字芯片為控制芯片的調(diào)制方法的應(yīng)用中。

背景技術(shù)

基于單相三電平H橋多子模塊級(jí)聯(lián)多電平的電力電子牽引變壓器(PETT)能夠?qū)崿F(xiàn)牽引變壓器的小型、輕量化且動(dòng)靜態(tài)性能優(yōu)異，是新一代車(chē)載電力牽引系統(tǒng)的發(fā)展方向。PETT的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包含網(wǎng)側(cè)單相AC-DC整流器、中頻DC-DC變換器、機(jī)側(cè)三相DC-AC變換器。由于AC-DC整流器直接接入單相高壓牽引網(wǎng)中，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用耐壓高的三電平H橋結(jié)構(gòu)以減少級(jí)聯(lián)子模塊以及中頻變壓器的個(gè)數(shù)，降低PETT系統(tǒng)的體積重量。

子模塊內(nèi)和子模塊間的電壓均衡是該變換器正常工作的前提。傳統(tǒng)的輔助電路均壓方式成本高、損耗大，因此通過(guò)控制和調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)均壓是一種較好的選擇。基于PI控制器的均壓策略實(shí)現(xiàn)了多個(gè)子模塊直流側(cè)的均壓且擴(kuò)展簡(jiǎn)單，但在調(diào)制度高時(shí)均壓能力有限、子模塊帶重載時(shí)容易飽和，嚴(yán)重限制了其應(yīng)用范圍。調(diào)制均壓的策略是在空間矢量調(diào)制中通過(guò)選擇不同冗余矢量來(lái)改變直流側(cè)電容充放電的方向以達(dá)到直流側(cè)電壓均衡的效果。由于其具有電壓利用率高、數(shù)字化實(shí)現(xiàn)容易、輸出波形質(zhì)量好、均壓能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)。

目前，子模塊內(nèi)均壓算法能夠利用冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)很好地解決。而對(duì)于子模塊間均壓算法，基于整體能量分配的方法雖具有較強(qiáng)的均壓效果，但會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)子模塊端口電平越級(jí)跳變，從而導(dǎo)致橋臂開(kāi)關(guān)管沖擊大，容易引起調(diào)制失調(diào)、增加系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)關(guān)損耗。為避免這一問(wèn)題需要舍去較多的冗余狀態(tài)，但是這樣會(huì)影響均壓的效果。

同時(shí)，隨著子模塊數(shù)的增加，矢量數(shù)目急劇增加，算法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度也急劇增加，因此近年來(lái)對(duì)單相三電平H橋多子模塊級(jí)聯(lián)變換器的研究多數(shù)局限在兩子模塊。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述傳統(tǒng)的子模塊內(nèi)和子模塊間的均壓方式在均壓能力、均壓效果等方面的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種適用于單相級(jí)聯(lián)變換器的多維均壓空間矢量調(diào)制方法，保留了所有冗余矢量，不會(huì)影響均壓效果且端口電平無(wú)越級(jí)跳變，具有較好的均壓能力和均壓效果，降低了開(kāi)關(guān)頻率，減少了開(kāi)關(guān)損耗，具有較好的穩(wěn)定性和可靠性，能夠適用于多子模塊的變換器。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種適用于單相級(jí)聯(lián)變換器的多維均壓空間矢量調(diào)制方法，所述單相級(jí)聯(lián)變換器中的AC-DC整流器包括n個(gè)級(jí)聯(lián)的子模塊，其中n為正整數(shù)；所述多維均壓空間矢量調(diào)制方法包括如下步驟：

步驟一、將所述n個(gè)子模塊的端口電壓對(duì)應(yīng)的標(biāo)幺化值組成矢量，初始時(shí)刻將所述n個(gè)子模塊的端口電壓對(duì)應(yīng)的標(biāo)幺化值全設(shè)為0；

步驟二、將所述單相級(jí)聯(lián)變換器的交流側(cè)輸出調(diào)制波作為參考矢量V_ref，利用兩個(gè)相鄰矢量合成所述參考矢量V_ref；將所述兩個(gè)相鄰矢量中電平值較大的一個(gè)定義為大矢量V_max，將所述兩個(gè)相鄰矢量中電平值較小的一個(gè)定義為小矢量V_min，所述大矢量V_max的電平值k_max和小矢量V_min的電平值k_min的計(jì)算方法如式(1)：