[发明专利]双三电平逆变器系统零序电压消除的空间矢量调制方法

摘要

一种双三电平逆变器系统零序电压消除的空间矢量调制方法，属于逆变器系统空间矢量调制方法。调整每个开关周期内零矢量的作用时间使双三电平逆变器系统的平均零序电压为0，利用统一快速算法和空间电压矢量解耦，将参考电压矢量分解为两个大小相等、方向互为60°的等效参考电压矢量，且两个等效参考电压矢量的幅值为参考电压矢量的幅值的倍，并由两个二极管钳位型三电平逆变器分别单独产生，实现对双三电平逆变器系统零序电压的瞬时值的消除。方法原理简单，结构清晰，利用统一快速算法和空间电压矢量解耦，使双三电平逆变器系统中的两个三电平逆变器工作在单一直流电压源的供电模式，有效简化拓扑结构和降低成本，实现开绕组异步电机的四象限运行。

主权项

一种双三电平逆变器系统零序电压消除的空间矢量调制方法，该空间矢量调制方法为，将参考电压矢量分解为两个大小相等、方向互为60°的等效参考电压矢量，且这两个等效参考电压矢量的幅值为参考电压矢量的幅值的倍，由两个二极管钳位型三电平逆变器分别单独产生，然后利用统一快速算法将这两个等效参考电压矢量相对应的两电平分量转化为各自相应的三相桥臂的假想开关切换时刻以及求出相应的有效作用时间，进而得到两个两电平分量在空间电压矢量调制下的三相桥臂的实际开关切换时刻，最后对这两个两电平分矢量的开关状态进行反修正得到相应的两个等效参考电压矢量的开关状态，完成双三电平逆变器的调制，实现双三电平逆变器系统零序电压的有效消除；其特征在于：实现的具体步骤为：步骤一：将参考电压矢量Uref分解为两个大小相等、方向互为60°的等效参考电压矢量Uref1和Uref2，且步骤二：将两个等效参考电压矢量Uref1和Uref2的α轴分量Urefα1、Urefα2和β轴分量Urefβ1、Urefβ2利用下式的矩阵变换得到三相静止坐标系abc中的三相分量Urefa1、Urefb1、Urefc1和Urefa2、Urefb2、Urefc2：UrefaxUrefbxUrefcx=10-123212-32UrefαxUrefβx]]>其中，x∈(1，2)；步骤三：根据下表判断两个等效参考电压矢量Uref1和Uref2所在三电平空间矢量图中的扇区：扇区S判别条件1Urefax>0&Urefbx<0&Urefcx<02Urefax>0&Urefbx>0&Urefcx<03Urefax<0&Urefbx>0&Urefcx<04Urefax<0&Urefbx>0&Urefcx>05Urefax<0&Urefbx<0&Urefcx>06Urefax>0&Urefbx<0&Urefcx>0其中，x∈(1，2)；步骤四：根据这两个等效参考电压矢量Uref1和Uref2所在扇区的中心矢量Ubase1和Ubase2，将这两个等效参考电压矢量Uref1和Uref2进行修正分解得到各自相对应的中心矢量Ubase1、Ubase2和两电平分矢量U＇ref1、U＇ref2，并且在三电平空间矢量图中不同扇区对应的中心矢量的三相分量值是不同的，具体如下表所示：扇区SUbaseaxUbasebxUbasecx1Udc/6﹣Udc/12﹣Udc/122Udc/12Udc/12﹣Udc/63﹣Udc/12Udc/6﹣Udc/124﹣Udc/6Udc/12Udc/125﹣Udc/12Udc/6﹣Udc/126Udc/12﹣Udc/6Udc/12其中，x∈(1，2)，Udc表示三电平逆变器直流侧电压的2倍；步骤五：利用下式可得到两电平分矢量U＇ref1、U＇ref2在三相静止坐标系abc中各自相对应的三相的值U＇refax、U＇refbx、U＇refcx：U＇refx＝Urefx‑UbasexUrefx＝[Urefax Urefbx Urefcx]TU＇refx＝[U＇refax U＇refbx U＇refcx]TUbasex＝[Ubaseax Ubasebx Ubasecx]TU＇refax＝Urefax‑UbaseaxU＇refbx＝Urefbx‑UbasebxU＇refcx＝Urefcx‑Ubasecx其中，x∈(1，2)；步骤六：利用统一快速算法，将这两个两电平分矢量U＇ref1、U＇ref2的三相的值经过下式处理后可得到各自相对应的两电平分矢量的三相桥臂的假想开关切换时刻Tas1、Tbs1、Tcs1和Tas2、Tbs2、Tcs2：Tpsq=2·Urefpq′Udc·Ts]]>Tmaxq＝max(Tasq,Tbsq,Tcsq)Tminq＝min(Tasq,Tbsq,Tcsq)Teffq＝Tmaxq‑Tminq其中，p∈(a，b，c)，q∈(1，2)，Tmax和Tmin分别表示三相桥臂的假想开关切换时刻中的最大值和最小值，Teff为有效作用时间，所谓有效作用时间，指的是逆变器在一个开关周期Ts内三相桥臂的输出电平数不同时的时间段，因为只有当逆变器的三相桥臂输出电平数不同时，逆变器才能功率输出；步骤七：利用下式可得到两个两电平分矢量U＇ref1、U＇ref2在空间电压矢量调制下的三相桥臂的实际开关切换时刻Tga1、Tgb1、Tgc1和Tga2、Tgb2、Tgc2：Tgxy＝Txsy+ToffsetyT0y＝Ts/2‑TeffyToffsety=T0y2-Tminy]]>其中，Txsy表示逆变器三相桥臂的假想开关切换时刻，Teffy表示逆变器的有效时间段，Tminy表示逆变器三相桥臂的假想开关切换时刻的最小值，Tgxy表示逆变器三相桥臂的实际开关切换时刻，Toffsety表示偏移时间，且x∈(a，b，c)，y∈(1，2)；步骤八：由步骤七得到的两个两电平分矢量的开关状态，它只有(0，1)两种，如果要驱动两个二极管钳位型三电平逆变器工作就需要对修正后的两个两电平分矢量所在扇区的开关状态进行反修正，即加上所在扇区区域中心矢量的一组开关状态；根据步骤二和步骤三的扇区划分方法，1～6扇区对应的中心矢量的开关状态如下表所示：扇区S中心矢量开关状态110021103010401150016101其中，0、1、2分别表示三电平逆变器每相n、o、p输出电平，利用上表列出的不同扇区对应的中心矢量的开关状态就可以对所有的两个两电平分矢量的开关状态完成反修正过程；步骤九：根据步骤八获得的开关状态，计算双三电平逆变器中的逆变器1和逆变器2的各路功率开关管的开关信号的占空比；步骤十：配置数字信号处理器的定时器1，用于产生5kHz高频的三角载波信号；步骤十一：根据步骤九得到的三电平逆变器中各路功率管开关的开关信号占空比计算并更新数字信号处理器中比较寄存器的值，从而在数字信号处理器的事件管理器A和事件管理器B中产生12路脉冲，再利用现场可编程门阵列对从数字信号处理器发出的12路脉冲进行取反，得到24路脉冲驱动两个二极管钳位型三电平逆变器工作，完成对双三电平逆变器的空间矢量调制过程，实现对双三电平逆变器系统零序电压的消除。