[發(fā)明專利]中點(diǎn)箝位多電平變換器的虛擬空間矢量調(diào)制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910693276.5
• 申請日: 2019-07-30
• 公開（公告）號: CN110323953B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王奎;鄭澤東;李永東
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;H02M7/487;H02M7/5387
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 王艷斌

本發(fā)明公開了一種中點(diǎn)箝位多電平變換器的虛擬空間矢量調(diào)制方法及系統(tǒng)，其中，該方法包括以下步驟：采用預(yù)設(shè)虛擬開關(guān)狀態(tài)，將多電平空間矢量脈寬調(diào)制PWM簡化為虛擬空間矢量脈寬調(diào)制PWM；采用三電平空間矢量脈寬調(diào)制PWM算法，得到虛擬空間矢量脈寬調(diào)制PWM中合成參考矢量的多個(gè)電壓矢量序列及其矢量作用時(shí)間；篩選多個(gè)電壓矢量序列中最接近目標(biāo)中點(diǎn)電流的最優(yōu)電壓矢量序列，以對母線上、下電容的電壓平衡控制；采用三電平空間矢量脈寬調(diào)制PWM算法，得到最優(yōu)電壓矢量序列的作用時(shí)間，以計(jì)算每相的實(shí)際開關(guān)狀態(tài)和作用時(shí)間。該方法控制簡單，易于實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)箝位型多電平變換器在全調(diào)制比和全功率因數(shù)范圍內(nèi)的母線電容電壓平衡控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多電平變換器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種中點(diǎn)箝位多電平變換器的虛擬空間矢量調(diào)制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

中點(diǎn)箝位型(Neutral-Point Clamped，NPC)三電平變換器由于結(jié)構(gòu)簡單，使用器件少等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其適合3.3kV及以下電壓等級功率變換場合，在軋鋼、海上風(fēng)電等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但當(dāng)電平數(shù)增加到四電平及以上時(shí)則存在母線中點(diǎn)電壓難以平衡的問題，限制了其在更高電壓場合的應(yīng)用。如圖1所示，采用二極管箝位的中點(diǎn)箝位型多電平變換器，其直流母線由n個(gè)相同的電容串聯(lián)而成，若每個(gè)電容電壓為E，則可輸出0、E、2E、……nE共n+1個(gè)電平。其難點(diǎn)在于如何控制n個(gè)直流母線電容的電壓相等。常用的調(diào)制策略包括載波層疊PWM和空間矢量PWM兩種。載波層疊PWM具有控制簡單、易于實(shí)現(xiàn)、諧波性能好等優(yōu)點(diǎn)，但無法實(shí)現(xiàn)母線中點(diǎn)電壓在全調(diào)制比和全功率因數(shù)范圍內(nèi)的平衡控制，一般需要采用額外的硬件箝位或者采用背靠背結(jié)構(gòu)，大大增加了系統(tǒng)體積和成本。而空間矢量PWM隨著電平數(shù)的增多控制算法復(fù)雜，具有大量的冗余矢量，為實(shí)現(xiàn)母線中點(diǎn)電壓的平衡控制，通常利用不同冗余矢量對電容電壓波動具有相反作用效果的原理，通過調(diào)整冗余矢量的作用時(shí)間來實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電位的平衡控制。但三電平以上的多電平空間矢量PWM具有大量的三角形扇區(qū)，一方面需要判斷參考矢量所在扇區(qū)并進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算，另一方面在采用冗余矢量實(shí)現(xiàn)母線電容平衡控制的同時(shí)要考慮不同矢量之間的切換以保證開關(guān)動作次數(shù)最少，不僅計(jì)算量大，編程實(shí)現(xiàn)也極其復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種中點(diǎn)箝位多電平變換器的虛擬空間矢量調(diào)制方法，該方法采用虛擬空間矢量將多電平空間矢量PWM簡化為三電平空間矢量PWM，控制算法大大簡化，易于實(shí)現(xiàn)母線中點(diǎn)電壓平衡控制分為兩個(gè)解耦的控制目標(biāo)。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種中點(diǎn)箝位多電平變換器的虛擬空間矢量調(diào)制系統(tǒng)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面提出了中點(diǎn)箝位多電平變換器的虛擬空間矢量調(diào)制方法，包括以下步驟：采用預(yù)設(shè)虛擬開關(guān)狀態(tài)，將多電平空間矢量脈寬調(diào)制PWM簡化為虛擬空間矢量脈寬調(diào)制PWM；采用三電平空間矢量脈寬調(diào)制PWM算法，得到所述虛擬空間矢量脈寬調(diào)制PWM中合成參考矢量的多個(gè)電壓矢量序列及其矢量作用時(shí)間；篩選所述多個(gè)電壓矢量序列中最接近目標(biāo)中點(diǎn)電流的最優(yōu)電壓矢量序列，以對母線上、下電容的電壓平衡控制；采用三電平空間矢量脈寬調(diào)制PWM算法，得到所述最優(yōu)電壓矢量序列的作用時(shí)間，以計(jì)算每相的開關(guān)狀態(tài)和作用時(shí)間。

本發(fā)明實(shí)施例的中點(diǎn)箝位多電平變換器的虛擬空間矢量調(diào)制方法，通過選擇合成虛擬開關(guān)狀態(tài)，將多電平空間矢量PWM簡化為三電平空間矢量PWM，使得所有母線中點(diǎn)電流在一個(gè)控制周期內(nèi)相等，實(shí)現(xiàn)母線中間電容的電壓平衡控制，其次，通過虛擬空間矢量PWM算法實(shí)現(xiàn)上下母線電容電壓的平衡控制，簡化母線中點(diǎn)電壓平衡控制算法的復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)方便，降低系統(tǒng)體積和成本。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的中點(diǎn)箝位多電平變換器的虛擬空間矢量調(diào)制方法還可以具有以下附加的技術(shù)特征：