[发明专利]基于多模态切换的三相三电平PWM整流器控制方法

说明书

本发明公开了一种多模态切换的三相三电平PWM整流器控制方法，所述方法通过十八个工作模态在六个不同工作扇区内不同的组合控制实现，具体包括以下步骤：1)确定三相三电平PWM整流器输入参考电压矢量所在大扇区N；2)确定参考电压矢量所在小三角形区域n，得到与所在扇区对应、合成电压矢量的三个工作模态；3)确定三个工作模态的工作时间；4)根据工作时间生成三个工作模态的切换序列；5)根据切换序列控制三个工作模态合成电压矢量，输出直流电压。本发明的控制方法在输出同样的直流电压情况下，与SVPWM控制策略相比，电路模态数量减少1/3，功率开关管开关次数减少2/3，从而有效降低三相三电平PWM整流器的开关损耗。

技术领域

本发明涉及PWM整流器控制技术领域，属于电能转换应用领域。

背景技术

三相整流器作为工业应用中不可或缺的电力电子设备，广泛应用到电力、电子、通信、 交通运输、医疗卫生等现代国民经济的各个生产部门及人民的日常生活。然而，随着三相整 流器功率的增大，以及功率开关管的开关频率的提高，脉宽调制周期内开关管的切换次数随 着开关频率的提高而增加，使得功率开关管的开关损耗越来越大，已成为制约高功率密度整 流器发展的一个关键问题。

目前，常用的三相三电平整流器控制策略是SVPWM(全称为Space Vector PulseWidth Modulation，即空间矢量脉宽调制)，它与传统的正弦PWM(全称为Pulse WidthModulation， 即脉冲宽度调制)策略相比，输出电流波形的谐波分量小，电压应力低，且直流母线电压的 利用率较高，更易于数字化控制。

三相三电平整流器共有27种开关状态，根据三个桥臂开关的不同组合，整流器共输出二 十七个基本电压矢量，包括六个大矢量、六个中矢量、十二个小矢量和两个零矢量。将空间 电压矢量图分为六个60°的扇区，由此得到各空间矢量在坐标系中的矢量图如图1所示。三 相整流器SVPWM控制策略是从数学角度出发，三相变换器的各相电压定义在互差120°的平 面坐标系上，并将三相输入电压U_a、U_b、U_c转换到复平面上合成空间矢量U_ref。其中， 通过确定参考电压矢量U_ref所在扇区，采用最近三角矢量的合 成法则确定输出矢量，计算各个矢量作用的时间，根据作用时间得到SVPWM开关序列。

三相三电平PWM整流器控制策略SVPWM使用27种开关状态拟合参考电压矢量，缺点是脉 宽调制周期内开关管的切换次数多导致其开关损耗大。三相整流电路的效率主要取决于开关 管特性、开关频率、电路结构以及控制策略。在特定开关频率下，若开关管特性以及电路结 构已经确定，其效率将由控制策略直接影响。因此，对SVPWM开关序列的进一步精简就显得 非常有意义。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，通过精简开关序列来解决这一缺陷， 在传统SVPWM控制策略调制下的开关线性系统模型的基础上，对其进行系统能控性的分析， 根据提出的最少模态可控性的概念，提出一种可以有效降低三相整流器开关频率与损耗的基 于十八模态切换的三相三电平PWM整流器控制方法。

基于多模态切换的三相三电平PWM整流器的控制方法，所述方法通过十八个工作模态在六 个不同工作扇区内不同的组合控制实现，包括以下步骤：

A.确定三相三电平PWM整流器需输入的参考电压矢量所在大扇区N；

B.确定参考电压矢量所在小三角形区域n，得到与所在扇区对应、合成电压矢量的三个工作模态；

C.确定三个工作模态的工作时间；

D.根据工作时间生成三个工作模态的切换序列；

E.根据切换序列控制三个工作模态合成电压矢量，使其按圆形轨迹输出三相PWM整 流器的直流电压。