[發明專利]一種低調制度下降低開關頻率的改進虛擬空間矢量法

有效

• 申請號: 202010513369.8
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111654201B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 牛小兵;王超;周鑫;蘇大勇;劉鈺
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02M7/5387
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜威威;李洪福

本發明公開了一種低調制度下降低開關頻率的改進虛擬空間矢量法，屬于電力電子變換器控制領域，適用于NPC三電平逆變器的控制，該方法將空間矢量區域分為六個扇區，每個扇區包括一個零矢量；兩個小矢量、一個虛擬中矢量和兩個大矢量；每個小矢量均包括正小矢量和負小矢量；零矢量和當前扇區的兩個小矢量構成第一小區；當參考電壓矢量位于第一小區時，通過一個小矢量只使用正小矢量而另外一個小矢量只使用負小矢量的方式得到兩種對中點電位總作用量幅值相等、符號相反的小矢量組合，當中點電位偏移量大于零時可以選取對中點電位作用量小于零的小矢量組合，相反同理。該方法既能夠保證中點電位平衡，也能快速控制中點電位偏移，同時降低了開關頻率。

技術領域

本發明涉及電力電子變換器控制領域，尤其涉及一種低調制度下降低開關頻率的改進虛擬空間矢量法。

背景技術

中性點箝位型(Neutral?Point?Clamped—NPC)三電平逆變器是由Nabae等人于1981年提出，相較于傳統兩電平逆變器，NPC三電平逆變器具有非常多的優勢，在中高壓交流傳動、柔性輸配電、光伏發電并網等領域具有非常好的應用前景。但NPC三電平逆變器中分壓電容的中點電位不平衡是NPC一直以來研究的熱點問題；中點電位的不平衡會造成輸出電壓畸變、開關管上的電壓過高等諸多問題，因此必須采取措施保證NPC三電平逆變器的中點電位平衡。中點電位不平衡根本原因為有電流流進或流出分壓電容中點引起NPC三電平逆變器對兩個電容C₁和C₂的充放電不均，從而導致中點電位不平衡。

采用空間矢量法時共有19種矢量，其中有1個零矢量、6個小矢量、6個中矢量和6個大矢量，其中每個小矢量分別對應兩個不同的開關狀態組合，定義為正小矢量和負小矢量，它們對應流出中點電流幅值相同，符號相反，引起中點電位不平衡但是可控；而中矢量無冗余開關狀態，引起中點電位不平衡而且不可控；零矢量和大矢量不引起中點電位不平衡。中點電位不平衡量ΔU公式如下：

ΔU＝∫i_npdt??????????????????????????(1)

其中，i_np為流出中點電流。

虛擬空間矢量法(VSVPWM)根據虛擬矢量合成的原理，利用不產生中點電位偏移的虛擬中矢量代替中矢量，在一個采樣周期內使流入流出中點電流之和為零，從而從根本上消除了中矢量引起的中點電位低頻波動，但傳統VSVPWM的缺點是不能主動控制已經存在的中點電位偏移，并且開關頻率較高。

針對傳統VSVPWM不能主動控制中點電位偏移的問題，可以通過引入正負小矢量的占空比系數的方式，重新構建虛擬小矢量，利用正負小矢量對中點電位作用效果相反的原理，對中點電位進行主動控制，并針對矢量對應中點電流進行檢測，判斷當前采樣周期內對中點電位作用能力強的小矢量，進行最優控制。這種方法能夠在全電壓范圍內以及任意的功率因數下實現中點電位平衡，并且當存在中點電位偏移時能夠進行快速、主動控制，消除中點電位偏移。但仍然沒有解決開關頻率高的問題。

發明內容

根據現有技術存在的問題，本發明公開了一種低調制度下降低開關頻率的改進虛擬空間矢量法，包括：將空間矢量區域逆時針均分為六個扇區，包括第一扇區、第二扇區、第三扇區、第四扇區、第五扇區和第六扇區；

每個扇區分為五個小區，每個扇區包括一個零矢量；兩個小矢量、一個虛擬合成中矢量和兩個大矢量；

每個小矢量均包括一個正小矢量和一個負小矢量；

以第一扇區為例，所述第一扇區包括小矢量V_S1和小矢量V_S2；分別定義開關狀態ONN、POO為小矢量V_S1的正小矢量V_S1P和負小矢量V_S1N，分別定義開關狀態PPO和OON為小矢量V_S2的正小矢量V_S2P和負小矢量V_S2N；