[发明专利]基于SVPWM的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法

摘要

一种基于SVPWM的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法，属于电力系统电力电子技术领域。本发明的目的在于提供一种采用取消中矢量，利用小矢量和大矢量合成参考电压矢量的基于SVPWM的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法。本发明步骤分析SVPWM控制机理及开关状态对中点电位影响；空间电压矢量分区判断；确定各空间矢量作用时间；确定矢量发送顺序。本发明提出的方法，减少了功率器件开关状态变化，减少变流器损耗，且无需均压电路，提高了三电平变流器直流侧电压平衡的动态性能，不需要增加硬件电路，控制方法简单，为工程应用提供了极好的参考价值。

主权项

一种基于SVPWM的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法，其特征在于：包括如下步骤：1）、分析SVPWM控制机理及开关状态对中点电位影响：通过对三电平变流器各种开关状态进行分析可知，中矢量和小矢量对中点电流有影响，零矢量和大矢量对中点电流无影响；其控制方法为：设桥臂为A相，当开关功率器件Sa1、Sa2导通，Sa3、Sa4截止时，A点电压为Udc/2；当开关功率器件Sa1、Sa2截止，Sa3、Sa4导通时，A点电压为‑Udc/2，其是直流输入电压，A点为开关功率器件Sa1、Sa2与Sa3、Sa4的连接点；当开关功率器件Sa2、Sa3导通，Sa1、Sa4截止时，经箝位二极管VD1、VD2作用，A点电压与中点电压同为0；因此二极管箝位型三电平变流器每相输出电平状态有‑Udc/2、0和Udc/2三种状态，电压斜率变化dU/dt小，减小了线路谐波含量，同时每个开关所承受的电压应力小，提高了开关的器件的应用电压等级；二极管箝位型三电平变流器的三相输出共有27种开关状态，分别对应19个基本空间电压矢量，其中大矢量6个，中矢量6个，小矢量6个，每个小矢量对应2种开关状态，零矢量1个，对上述开关状态分析可知，零矢量和大矢量对中点电流无影响，小矢量和中矢量对中点电流有影响；三相电压经Clark变换后得到的参考电压矢量如公式（2）所示：（2）；2）、空间电压矢量分区判断：针对每一个小矢量对应两种开关状态下负载电流对中性点电流的作用正好相反的问题，提出了一种取消中矢量，利用小矢量和大矢量合成参考电压矢量以及扇区划分方法；其中空间电压矢量及分区判断方法是，首先将整个矢量空间以每60o为区间分为6个扇区，当参考电压矢量位于零矢量和小矢量组成的区域1‑6时，用零矢量和小矢量合成参考电压矢量；当参考电压矢量位于小矢量和大矢量组成的区域7‑12时，用小矢量和大矢量合成该参考电压矢量，同时保证每个载波周期内小矢量对中点电压作用相反的两种开关状态作用相同时间，以此抵消小矢量对中点电压的影响；3）、确定各空间矢量作用时间：当参考电压矢量位于小矢量和大矢量组成的某一个区域时，采取小矢量作用产生的合成的矢量与大矢量作用合成的矢量相位一致的原则进行矢量作用时间分配；其中的空间矢量作用时间计算方法如下：SVPWM控制方法中，根据电压矢量的不同，大矢量的幅值为2Udc/3、中矢量的幅值为2Udc/sqrt(3) 、小矢量的幅值为Udc/3，当参考电压矢量位于小矢量和大矢量组成的区域7‑12时，为了保证各基本空间电压矢量作用时间的确定性，采用小矢量作用合成的矢量与大矢量作用合成的矢量相位一致的矢量作用时间分配方法进行；设区域为7，假定参考电压矢量由小矢量U01、U02与大矢量U1、U2分别作用时间T3、T2、T4、T1时间合成，则四个矢量作用时间须满足公式（3）和（4）要求，在一个载波周期内，小矢量U01、U02共同作用合成的矢量为Uref1，大矢量U1、U2共同作用合成的矢量为Uref2，公式（3）、（4）保证了各矢量作用效果与参考电压矢量作用效果相同，计算公式如公式（5）所示；同时将公式（5）实部和虚部进行分解，联合公式（3）、（4）可得区域7各基本空间矢量的作用时间如公式（6）所示：（3）（4）（5）（6）；4）、确定矢量发送顺序：采取小矢量对应的两种开关状态作用相同时间的方法，进行脉宽调制，保证矢量发送顺序尽量减少功率器件的状态变化，进而保证直流侧中点电压平衡；确定了各区域的空间电压矢量作用时间之后，在开关频率确定的情况下，为了保证在一个载波周期内消除小矢量对中点电压影响，采取小矢量对应的两种开关状态作用相同时间的方法；同时，为了减少开关损耗，使矢量发送顺序尽量减少功率器件状态变化，要求三相桥臂从一个开关状态转变到另一个开关状态时， 只允许其中一相桥臂动作，因此采用七段式SVPWM矢量合成方法，在一个开关周期内，开关矢量的选择是对称的来确定矢量发送顺序。