[发明专利]中点箝位多电平变换器的虚拟空间矢量调制方法及系统

说明书

本发明公开了一种中点箝位多电平变换器的虚拟空间矢量调制方法及系统，其中，该方法包括以下步骤：采用预设虚拟开关状态，将多电平空间矢量脉宽调制PWM简化为虚拟空间矢量脉宽调制PWM；采用三电平空间矢量脉宽调制PWM算法，得到虚拟空间矢量脉宽调制PWM中合成参考矢量的多个电压矢量序列及其矢量作用时间；筛选多个电压矢量序列中最接近目标中点电流的最优电压矢量序列，以对母线上、下电容的电压平衡控制；采用三电平空间矢量脉宽调制PWM算法，得到最优电压矢量序列的作用时间，以计算每相的实际开关状态和作用时间。该方法控制简单，易于实现中点箝位型多电平变换器在全调制比和全功率因数范围内的母线电容电压平衡控制。

技术领域

本发明涉及多电平变换器技术领域，特别涉及一种中点箝位多电平变换器的虚拟空间矢量调制方法及系统。

背景技术

中点箝位型(Neutral-Point Clamped，NPC)三电平变换器由于结构简单，使用器件少等优点，在工业中得到了广泛的应用，尤其适合3.3kV及以下电压等级功率变换场合，在轧钢、海上风电等领域得到了广泛的应用。但当电平数增加到四电平及以上时则存在母线中点电压难以平衡的问题，限制了其在更高电压场合的应用。如图1所示，采用二极管箝位的中点箝位型多电平变换器，其直流母线由n个相同的电容串联而成，若每个电容电压为E，则可输出0、E、2E、……nE共n+1个电平。其难点在于如何控制n个直流母线电容的电压相等。常用的调制策略包括载波层叠PWM和空间矢量PWM两种。载波层叠PWM具有控制简单、易于实现、谐波性能好等优点，但无法实现母线中点电压在全调制比和全功率因数范围内的平衡控制，一般需要采用额外的硬件箝位或者采用背靠背结构，大大增加了系统体积和成本。而空间矢量PWM随着电平数的增多控制算法复杂，具有大量的冗余矢量，为实现母线中点电压的平衡控制，通常利用不同冗余矢量对电容电压波动具有相反作用效果的原理，通过调整冗余矢量的作用时间来实现中点电位的平衡控制。但三电平以上的多电平空间矢量PWM具有大量的三角形扇区，一方面需要判断参考矢量所在扇区并进行相应运算，另一方面在采用冗余矢量实现母线电容平衡控制的同时要考虑不同矢量之间的切换以保证开关动作次数最少，不仅计算量大，编程实现也极其复杂。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种中点箝位多电平变换器的虚拟空间矢量调制方法，该方法采用虚拟空间矢量将多电平空间矢量PWM简化为三电平空间矢量PWM，控制算法大大简化，易于实现母线中点电压平衡控制分为两个解耦的控制目标。

本发明的另一个目的在于提出一种中点箝位多电平变换器的虚拟空间矢量调制系统。

为达到上述目的，本发明一方面提出了中点箝位多电平变换器的虚拟空间矢量调制方法，包括以下步骤：采用预设虚拟开关状态，将多电平空间矢量脉宽调制PWM简化为虚拟空间矢量脉宽调制PWM；采用三电平空间矢量脉宽调制PWM算法，得到所述虚拟空间矢量脉宽调制PWM中合成参考矢量的多个电压矢量序列及其矢量作用时间；筛选所述多个电压矢量序列中最接近目标中点电流的最优电压矢量序列，以对母线上、下电容的电压平衡控制；采用三电平空间矢量脉宽调制PWM算法，得到所述最优电压矢量序列的作用时间，以计算每相的开关状态和作用时间。

本发明实施例的中点箝位多电平变换器的虚拟空间矢量调制方法，通过选择合成虚拟开关状态，将多电平空间矢量PWM简化为三电平空间矢量PWM，使得所有母线中点电流在一个控制周期内相等，实现母线中间电容的电压平衡控制，其次，通过虚拟空间矢量PWM算法实现上下母线电容电压的平衡控制，简化母线中点电压平衡控制算法的复杂度，实现方便，降低系统体积和成本。

另外，根据本发明上述实施例的中点箝位多电平变换器的虚拟空间矢量调制方法还可以具有以下附加的技术特征：