[发明专利]一种三电平变换器中点电压平衡控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及驱动电机的功率变换器控制领域，特别涉及多电平变换器空间矢量调制方法。

背景技术

在大功率应用场合中，多电平变换器由于其开关器件承受的电压低，输出电压谐波含量小，开关频率低等优点，得到了越来越广泛的应用。其中NPC(Neutral Point Clamped)三电平变换器是应用最广泛的一种多电平结构，它只需要一个独立的直流电压源，对硬件的要求较低。

NPC三电平变换器存在一个固有的缺点，即存在中点电压不平衡问题。目前常用的控制中点电压平衡的方法是在NTV(Nearest Three Vector)调制中，通过控制正负小矢量的作用时间来控制中点电压平衡。但是在高调制系数和低功率因数的条件下，由于小矢量的控制能力有限，NTV调制方法不能在全范围内控制中点电压平衡。NTV²(Nearest Three Virtual Vector)调制方法能够在任意的负载条件、任意的运行条件下控制中点电压平衡，但是却增加了开关频率。有些学者针对上述问题，提出了比例固定的混合空间矢量调制策略，将NTV和NTV²这两种调制方法进行混合，这种比例固定的混合空间矢量调制策略在减小开关频率的同时，能够在全范围内控制中点电压平衡。

在一定的调制系数和功率因数条件下，比例固定的混合空间矢量调制策略中，NTV和NTV²这两种调制方法所占的比例是一定的，即在NTV能够实现平衡控制的区域采用NTV调制方法，在NTV不能实现平衡控制的区域，采用NTV²调制方法。比例固定的特点限制了混合空间矢量调制策略的灵活性，而且相比于NTV调制方法，其开关频率仍然较大。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种能够减小功率器件的开关频率的三电平变换器中点电压平衡控制方法，本发明给出了一种可以根据根据实际参数的需要，通过调节两种调制方法(NTV和NTV²)所占的比例，使得中点电压振荡幅值在允许的范围内，开关频率最小。为此，本发明采用如下的技术方案。一种基于电压空间矢量脉宽调制技术的中点电位平衡控制方法，用于中点箝位型三电平逆变器的控制，包括下列步骤：

第一步：求出冗余小矢量作用时间分配因子

将三电平电压空间矢量图的0～60度区域定义为第一扇区，则第一扇区内平均中点电流为：i₁＝(2k_P1-1)×d_S1×i_a+d_M×i_b+(2k_P2-1)×d_S2×i_c，其中，i₁表示平均中点电流，d_S1、d_S2、d_M分别为第一冗余小矢量V_S1、第二冗余小矢量V_S2和中矢量V_M的作用时间，i_a、i_b、i_c表示三相负载电流，k_P1表示V_S1的作用时间分配因子，k_P2表示V_S2的作用时间分配因子；令i₁＝0，求出k_P1、k_P2，将其它扇区进行矢量旋转都可变换到第一扇区，按照相同的方法求取其它各个扇区的k_P1、k_P2；

第二步：求出最近三矢量法NTV能实现中点电位平衡控制的区域

对第一步中求出的k_P1、k_P2进行判断，根据0≤k_P1≤1的条件，求出可平衡控制区域左边界角度θ₁，根据0≤k_P2≤1的条件，求出可平衡控制区域右边界角度θ₂，则第一扇区内NTV能实现中点电位平衡控制的区域为[0，θ₁]和[θ₂，60°]；

第三步：求出混合电压空间矢量脉宽调制方法中NTV的作用区域