[发明专利]基于电流矢量等效的三电平死区补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子与电力传动技术领域，具体涉及一种基于电流矢量等效的三电平死区补偿方法。

背景技术

三电平逆变器相较于传统的两电平逆变器，由于电平数目增多，使得输出电压谐波成分减少，开关管的电压开关应力降低，从而使系统损耗减少，在低压开关器件的应用更加广泛。为了防止逆变器直流侧直通，需要在功率器件驱动信号中加入死区时间。相比于一个开关周期，设置的死区时间相对较短，但是它的累积效应仍然会导致电压电流畸变、零电流箝位效应、系统性能降低，因此有必要对死区进行补偿。

目前的死区补偿方法，大体上分为两类：基于平均电压误差的补偿法和基于脉冲的补偿法。其中，平均电压误差法，比较一个周期内参考输出电压和实际输出电压的差值，然后根据各相电流极性将其加到指令电压中进行补偿，该方法易于实现，但补偿不够精确；基于脉冲补偿法，能够精确补偿死区时间，但对控制芯片的要求较高，往往会占用大量CPU资源。此外，死区补偿方法中电流极性的检测也非常重要，电流过零点判断不准确很可能导致误补偿。

申请号为201010200424.4的专利《一种用于电压源逆变器的死区补偿方法》，根据两个非零矢量在一个PWM周期内的作用时间以及初始死区时间，产生新的死区补偿时间，再叠加求得两个非零电压矢量在该PWM周期内新的作用时间，运行SVPWM调制。该方法没有考虑IGBT管压降对死区补偿的影响，且只适用于两电平逆变器的死区补偿；专利号为201010268342.3的《基于矢量作用等效的空间矢量脉宽调制输出的死区补偿方法》，将死区作用等效为基本空间矢量的作用效果，通过增减调制矢量所在扇区非零矢量作用时间的方式，抵消死区作用效果。该方法没有考虑IGBT的通断延迟仍然对电压造成影响，以及当脉冲趋于饱和后，不能对死区进行有效补偿。

发明内容

本发明的目的是为了解决三电平逆变器在采用SVPWM调制时，由于死区效应而导致的系统谐波增加、电压失真等现象，提出一种新颖、简单的基于电流矢量等效的死区补偿方法，以达到消除死区对输出电压的影响。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于电流矢量等效的三电平死区补偿方法，包括步骤：

根据三电平逆变器的拓扑结构，结合IGBT开关管完全开通、关断所需的延迟时间，设置死区时间T_d；

根据IGBT开关管、续流二极管开通、关断时的延迟对输出电压的影响，得出死区时间内产生的误差电压△V；

IGBT开关管在PON三种状态下切换，得出在不同相电流方向情况下产生的误差电压的通用表达式；

根据各相电流方向及时序状态，确定作用区间，得到基于电流矢量等效的误差电压补偿量V_△α、V_△β；

将计算得到的电压补偿量反馈到原参考电压矢量V_α、V_β，重新构建新的两相静止坐标系V^*_α＝V_α+V_△α、V^*_β＝V_β+V_△β，继续进行SVPWM调制，实现死区补偿。

本发明通过判断各相电流流向的方式，将由此导致的死区误差电压，等效为空间矢量的作用效果，通过补偿一个等值反向的电压矢量，抵消死区作用效果，可有效地对SVPWM调制输出死区进行补偿，大大提升逆变器的系统性能。优点在于控制简单，无需大量计算，能够节省CPU资源，没有直接对脉冲信号进行控制，抗干扰性好。

附图说明

图1为本发明基于电流矢量等效的三电平死区补偿方法的流程示意图；

图2为三电平逆变器的拓扑结构；

图3为不同电流流向下，P至O状态时的开关管通断时序，图3(a)电流为正开关管时序，图3(b)电流为负开关管时序，图3(c)A相从P至O转换时开关管时序；

图4为空间矢量调制法示意图，图4(a)空间矢量第一区间划分，图4(b)一区一部A相开关管时序；

图5为基于电流矢量等效的误差电压；

图6为基于电流矢量等效的补偿控制原理；

图7为两相静止坐标系下误差电压的空间矢量；

图8为基于电流矢量等效死区补偿方法的仿真波形，图8(a)为死区补偿前与补偿后的调制波形；图8(b)死区补偿前与补偿后的相电流波形；