[发明专利]简化的五相三电平电压源逆变器及其矢量控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子变换器技术领域。

背景技术

目前单从经济性和技术成熟度方面考虑，三相逆变器和三相电机所组成的交流调速系统最具代表性，应用最广泛。然而随着社会和经济的发展，在工业、民用和军事等领域对交流调速系统提出了更高的要求，特别是在大功率，高转矩密度，高功率密度和高可靠性方面，而且现今中大功率交流传动系统的用电量占所有电气传动系统用电量的70％。尽管传统的三相电机及其调速技术已经相当成熟，但由于其自身的限制，无法完全满足应用要求。

多相交流电机(多于三相)相比三相电机而言，提高了转矩脉动频率，降低转矩脉动幅值以及对功率器件的容量要求，能在供电电压有限的场合实现大功率运行。另外，增加的相数还有利于提高低速区的调速特性，振动和噪音大大减小。容错性能较好也是多相电机的特点，当多相中的一相或几相发生故障时，通过适当的容错策略，电机仍可以降额继续运行，无需停机或系统重组，这大大提高了驱动系统的可靠性。

大容量多相交流电机为了减小谐波损耗，多采用多电平逆变器供电。多电平逆变器输出具有谐波含量低，共模电压幅值小等优点，同时可应用于高压领域。目前，主流的多电平逆变器按主电路拓扑结构可以分为：二极管中点箝位型式(NPC)、飞跨电容型和具有独立直流电源的级联型逆变器。前两种分别需要较多的二极管和电容，且均需要较多的功率开关器件，这将会带来成本较高，开关引起的能量损耗较大，控制复杂等问题；而第三种需要较多的独立直流电源，实际中通过不同的独立电源加上逆变电路并联而成，产生N电平需要N-1个独立电源和4(N-1)个开关管，其中N为自然数，但此种逆变电路会出现每个电源的利用率不同的情况，不利于逆变器长期稳定运行。

随着进一步减少了电机的谐波损耗的需求，在中低压领域中应用的多相交流电机系统也采用可应用于高压领域的多电平逆变技术。针对多电平逆变器功率开关数量多的问题，研究适用于中低压场合的新型多电平逆变器拓扑，减少多电平逆变器中功率开关器件的数量，降低多电平逆变器的成本，减少开关损耗，降低控制复杂度具有重要意义。

发明内容

本发明为了解决现有的五相三电平电压源逆变器有较多功率开关器件导致能量损耗较大，控制复杂的问题，提出了简化的五相三电平电压源逆变器及其矢量控制方法。

简化的五相三电平电压源逆变器，它由三电平双Buck级电路、两电平电压型逆变级电路、直流电源、电容C₁和电容C₂组成。

电容C₁和电容C₂串联后与直流电源的两个输出端并联，所述电容C₁和电容C₂的电容值相同，三电平双Buck级电路的第一输入端与直流电源的正极相连，三电平双Buck级电路的第二输入端与电容C₁和电容C₂的连接端相连，三电平双Buck级电路的第三输入端与直流电源的负极相连，三电平双Buck级电路的第一输出端与两电平电压型逆变级电路的第一输入端相连，三电平双Buck级电路的第二输出端与两电平电压型逆变级电路的第二输入端相连，两电平电压型逆变级电路输出端输出参考电压。

基于简化的五相三电平电压源逆变器的矢量控制方法，所述方法的具体过程为：

步骤1：判断当前时刻参考电压矢量所处的扇区，记该扇区为第i扇区，i为1到10之间的自然数；

步骤2：根据最近三矢量原则将第i扇区划分为5个区域，分别记为I区，II区，III区，IV区，V区，判断当前时刻参考电压矢量所属的区域，并记该区域为j区，j为I、II、III、IV或V；

步骤3：根据最近三矢量原则，由步骤2确定的j区选择对应的三个基本合成矢量；

步骤4：计算步骤3得到三个基本合成矢量的作用时间；

步骤5：根据步骤4得到的三个基本合成矢量的作用时间和三个基本合成矢量的作用顺序对简化的五相三电平电压源逆变器的7组开关进行矢量控制。