[發明專利]基于可變虛擬矢量的點電壓平衡和共模電壓抑制的方法

在審

• 申請號: 202210851745.3
• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN115208224A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 梅志敏;代雪會;劉江韜;吳振江;胡毛攀;鄧語
• 申請（專利權）人: 武昌工學院
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/12;H02M1/088;H02M1/32;H02M1/00;H02P27/06
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本發明公開了一種基于可變虛擬矢量的點電壓平衡和共模電壓抑制的方法，包括T型三電平逆變器，T型三電平逆變器每一相均能輸出P,O,N三種狀態，進而三相有27個開關狀態，對應27個基礎空間電壓矢量，根據α、β軸的角度分為6個大扇區(A,B,C,D,E,F)；27個基礎空間矢量根據幅值大小分為大矢量，中矢量，小矢量和零矢量四類；本發明的本文針對T型三電平逆變器拓撲結構，提出一種混合可變的VSVPWM中點電壓平衡調制方法，并在MATLAB/Simulink中建立仿真模型驗證所提出策略的有效性。

技術領域

本發明屬于T型三電平逆變器領域。

背景技術

近年來，多電平逆變器以其開關頻率低，開關損耗少，輸出諧波小等優點成為中高壓變頻調速、電網無功補償和新能源發電等領域的應用熱點。其中T型三電平逆變器是作為二極管中點箝位型三電平逆變器的改進拓撲，具有功率器件數量少，通態損耗低及功率密度高的優點。

在T型三電平逆變器運行過程中，直流側電容器不斷進行充放電，造成兩個電容電壓不相等，中點電壓產生波動和偏移。中點電壓不平衡會導致逆變器輸出諧波大、開關管承受電壓應力增大等問題。為解決三電平逆變器中點電壓不平衡的問題，目前使用比較廣泛的方法主要分為a.改善硬件電路；b.調節控制策略。改善硬件電路一般采取使用多個直流電源，或外加補償電路向中點注入或抽取電流來平衡電容電壓?？刂撇呗灾饕幸韵聨追N：1基于正負小矢量調整的空間矢量脈寬調制(SVPWM)；2基于零序電壓注入的載波脈沖寬度調制；3采用虛擬空間矢量的脈寬調制。傳統的三電平SVPWM存在大量的三角函數運算，計算量大，給控制器帶來很大的負擔，控制中點電壓平衡的能力較差；傳統的三電平逆變器零序電壓注入法，會使得上下兩電容的電壓產生較大波動，輸出波形畸變率較大，影響輸出波形質量。但是，采用虛擬空間矢量控制方法，其合成矢量(虛擬大矢量、虛擬中矢量、虛擬小矢量、虛擬零矢量)作用時中點電流為零值，故合成虛擬矢量均對直流側中點電位沒有影響，從而達到了減小中點電位偏移的目的。虛擬空間矢量脈寬調制方法(VSVPWM)，這個概念是由Busquets-Monge等人提出，之后，許多學者做了關于VSVPWM方面的研究；

有人提出一種虛擬空間矢量的調制方法，在每個大扇區內脈沖序列全部采用第一個為正小矢量或負小矢量的方法，可實現中點電壓控制，但是該控制策略共模電壓(CMV)較大。還有人采用一種即可以平衡中點電壓又可以減小CMV的控制方法，該控制方法通過新的虛擬矢量合成方式解決中點電壓平衡問題。但是該控制方法存在開關頻率過高問題；

本文為了控制中點電壓平衡同時降低CMV，提出采用混合可變虛擬空間矢量控制策略。本文所提出的混合可變虛擬矢量控制策略以開關損耗小、CMV更小為選擇依據。通過重構混合虛擬矢量的合成方法，滿足在一個控制周期內，平均電流為零，達到控制中點電壓平衡的目的。最后，通過在不同調制度實驗條件下，驗證了本文所提出的方法具有更好的控制中點電壓平衡且減小共模電壓的能力。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于可變虛擬矢量的點電壓平衡和共模電壓抑制的方法，針對T型三電平逆變器拓撲結構，提出一種混合可變的VSVPWM中點電壓平衡調制方法。

技術方案：為實現上述目的，本發明的基于可變虛擬矢量的點電壓平衡和共模電壓抑制的方法，包括T型三電平逆變器，T型三電平逆變器每一相均能輸出P,O,N三種狀態，進而三相有27個開關狀態，對應27個基礎空間電壓矢量，根據α、β軸的角度分為6個大扇區(A,B,C,D,E,F)；27個基礎空間矢量根據幅值大小分為大矢量，中矢量，小矢量和零矢量四類；其中大矢量對應電壓幅值為2U_dc/3，中矢量對應電壓幅值為小矢量對應電壓幅值為U_dc/3，零矢量電壓幅值為零；根據以下公式判斷每個矢量作用下的電流：

其中x表示A,B,C三相,1表示開關狀態為P，0表示開關狀態為O，-1表示開關狀態為N；