[發明專利]五電平有源中點鉗位H橋變頻器單相空間矢量調制方法

有效

• 申請號: 202011488667.2
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112653348B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 肖飛;胡亮燈;蔣林飛;辛子越;吳文捷;樓徐杰;任強
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/088;H02J7/34
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝;張繼巍

本發明公開了一種五電平有源中點鉗位H橋變頻器單相空間矢量調制方法，根據變頻器共模電壓最小原則和開關狀態切換約束對變頻器的開關狀態進行篩選?確定期望輸出電壓矢量所在矢量區間采用的基本電壓矢量?根據伏秒平衡原理計算基本電壓矢量的作用時間?根據基本電壓矢量的作用時間、反饋回來的中點電位偏差和懸浮電容器電壓偏差計算各開關狀態的作用時間?根據開關動作次數最小的原則確定一個控制周期內開關狀態序列?根據一個控制周期內開關狀態序列及各開關狀態的作用時間生成脈沖發送給變頻器。通過綜合考慮輸出電壓、中點電位平衡、懸浮電容器電壓平衡來產生脈沖，實現中點電位和懸浮電容器電壓的解耦控制。

技術領域

本發明涉及五電平有源中點鉗位多相H橋變頻器技術領域，具體涉及一種五電平有源中點鉗位H橋變頻器單相空間矢量調制方法。

背景技術

為適應艦船負荷的增長，未來綜合電力系統直流電壓可能提升至更高等級，結合器件耐壓等級，考慮裝置適裝性，較適合變頻調速領域的拓撲主要為五電平有源中點鉗位拓撲，其也是目前較有應用前景的拓撲之一。中高壓多相開繞組電機系統可滿足大功率電力推進系統容量大、可靠性好、轉矩密度高等要求，成為艦船大容量推進變頻器的首選方案。配套多相開繞組電機系統變頻器可以采用五電平有源中點鉗位H橋拓撲方案。如圖1所示為多相H橋變頻器拓撲，單個五電平有源中點鉗位H橋變頻器可以輸出九個電平，電平數的增多也使空間矢量選擇范圍更多，調制技術變得更復雜，若多相H橋變頻器采用統一的空間矢量控制將導致實現非常復雜，也不利于提高多相H橋變頻器控制的獨立性及裝置故障運行的冗余性。此外，考慮到每個五電平有源中點鉗位H橋單元主電路和控制上相對獨立，對于多相H橋拓撲變頻器，每個H橋拓撲可采用單獨的空間矢量控制策略。

對于五電平有源中點鉗位H橋變頻器，其存在直流電容器電壓和懸浮電容器電壓均衡控制問題，控制上需要實現多電平脈沖輸出的同時實現直流電容器電壓和懸浮電容器電壓的平衡。此外五電平有源中點鉗位H橋變頻器的直流電容器電壓和懸浮電容器電壓的控制之間存在耦合，常規的載波移相調制不便于實現解耦控制。采用空間矢量調制技術可以靈活的指定開關管的開關狀態，易于實現控制目標。

常規的控制方法是對中點電位和懸浮電容器電壓分別進行控制，通過注入共模電壓控制中點電位，通過冗余矢量的選擇控制懸浮電容器電壓。中點電位控制在前，懸浮電容器電壓控制在后，不同的冗余狀態也會對中點平均電流產生影響，從而有可能導致中點電位惡化。以輸出電平為-E的兩種冗余狀態為例。如圖2和圖3所示，兩種狀態的輸出電平均為-E，其對懸浮電容器的影響相反，圖2中電流給懸浮電容器放電，對中點電位沒有影響；圖3中電流給懸浮電容器充電，會影響中點電位，通過這兩個冗余狀態的切換可以使懸浮電容器的電壓保持平衡。但是也帶來問題，改變冗余狀態后會帶來額外的中點電流，會使中點電位發生波動。

發明內容

本發明的目的是針對上述技術的不足，提供一種五電平有源中點鉗位H橋變頻器單相空間矢量調制方法，能夠實現中點電位和懸浮電容器電壓控制的完全解耦，并且能夠根據中點電位和懸浮電容器電壓偏差精確的進行補償。

為實現上述目的，本發明所設計的五電平有源中點鉗位H橋變頻器單相空間矢量調制方法如下：

1)根據變頻器共模電壓最小原則和開關狀態切換約束對變頻器的開關狀態進行篩選；

2)確定期望輸出電壓矢量所在矢量區間和采用的基本電壓矢量；

3)根據伏秒平衡原理計算基本電壓矢量的作用時間；

4)根據基本電壓矢量的作用時間、反饋回來的中點電位偏差和懸浮電容器電壓偏差計算各開關狀態的作用時間；

5)根據開關動作次數最小的原則確定一個控制周期內開關狀態序列；

6)根據一個控制周期內開關狀態序列及各開關狀態的作用時間生成脈沖發送給變頻器。