[发明专利]一种三相变流器的高效率空间矢量调制方法

说明书

本发明提出了一种三相变流器的高效率空间矢量调制方法。该方法将三相变流器的空间矢量分布图的每个矢量区间按照角度平均划分为两个小区间，在每个小区间内，将有效作用矢量的时间均分，再选择添加一种零矢量，根据矢量作用时间输出开关波形去控制三相变流器，实现调制算法。采用该方法，在其中一相电流处于最大值附近时，使得该相开关不动作，最大程度减小了开关损耗；在该相电流处于过零点附近时，增加了该相开关动作，这样避免了由于开关动作次数减小带来的开关纹波增大的问题，也即兼顾了开关损耗降低和电流纹波减小。

技术领域

本发明属于电力电子领域，具体涉及一种三相变流器的高效率空间矢量调制方法。

背景技术

随着传统能源的日益枯竭和由于使用化石能源所带来的环境污染和温室效应，可再生能源必将逐步取代传统能源，成为未来能源结构中的主导。以风电、光伏等为代表的新能源一般通过三相变流器接入电网。

三相变流器的调制技术是实现其功能的关键技术，一般常用的交流调制技术有电压空间矢量脉宽调制(SVPWM Space Vector Pulse Width Modulation)和正弦脉宽调制(SPWM Sinusoidal Pulse Width Modulation)两种。SVPWM的基本思路是：以三相对称正弦波电压供电时交流电机的理想磁通为基准，利用逆变器不同的开关模式的输出所产生的实际磁通去逼近它，由此决定逆变器中电力电子器件的开关状态，也就是在矢量空间中利用有限的静止矢量去跟踪和合成调制波的空间旋转矢量，与传统的SPWM调制方法相比较，SVPWM调制方法的直流电压的利用率可以提高15.47％，能够获得较好的谐波抑制效果，并有利于数字化实现。

图1为常规三相变流器的拓扑结构。S1～S6是6个功率开关器件，用a、b、c来分别代表三个桥臂的开关状态。当某一桥臂的上桥臂的开关管为“开”的状态时(此时该桥臂的下桥臂的开关管必为“关”的状态)，开关状态记为“1”，此时j＝1(j为a、b、c)；反之，当上桥臂的开关管为“关”的状态时(此时该桥臂的上桥臂的开关管必为“关”的状态)，开关状态记为“0”，此时j＝0。三个桥臂都只有“1”或者“0”两种状态，因此，a、b、c可以形成000、001、010、011、100、101、110、111共八种开关模式。

三相逆变器输出的相电压矢量[U_A,U_B,U_C]^T与开关状态矢量[a、b、c]^T的关系为：

式中：

U_dc——直流母线电压。

经过clarke变换，将相电压矢量从abc坐标系转换到αβ坐标系，由此可以得到开关向量与相电压在αβ平面直角坐标系中的分量，在坐标系中绘出这八个矢量，可以得出图3的矢量图。0(000)、7(111)、1(100)、2(110)、3(010)、4(011)、5(001)、6(101)，0～7分别代表了8个基本电压空间矢量。

任意的电压矢量可以根据其所在的扇区，由夹成该扇区的相邻两个电压矢量和零矢量按照伏秒平衡的原则来合成，即：

上式中，T_X(T_Y)是对应的非零电压空间矢量U_X(U_Y)的作用时间，T_Z是对应的零矢量O_Z的作用时间，T_S为开关周期，U_ref为参考电压矢量。

以U_ref在第I扇区为例，可得图4的矢量分解图：

由图4可得：

上式中：