[发明专利]一种二维坐标系下三相空间矢量快速调制方法

摘要

本发明提供了一种二维坐标系下三相空间矢量快速调制方法，属于电力电子调制技术领域。该方法将传统的三相二维坐标系变换为新型的二维直角坐标系，通过直接检查离原点最近的矢量来得到调制三角形的其余两个矢量，具有极强的扩展性。此外，该方法能提供若干可控因子，因子N能作为优化目标减弱共模电压与选择冗余矢量进行均压；所产的可控开关序列能保证调制三角形内与调制三角形间矢量的平滑过渡以降低系统总体开关频率减少开关损耗以及优化谐波性能；可调节的零矢量占空比亦可优化谐波性能，合成较理想磁链园输出高质量正弦波以及与因子N一样也能确保电压均衡。该方法所具有的功能体现了其优越的应用价值与良好的应用前景。

主权项

1.一种二维坐标系下三相空间矢量快速调制方法，该方法在二维坐标系下具体实现过程如下：a、利用简单坐标变化使矢量从二维坐标系映射到三维坐标系里面：把三相参考相电压的瞬时值Va、Vb和Vc中任意两相相减得到新矢量与第三相垂直，形成新的二维直角坐标系：其中，Vx，Vy为新的二维直角坐标系下的二维参考电压；并计算出新二维直角坐标系下参考电压矢量：Vref＝(n‑1)[Va,Vb,Vc]T                     (2)式中，n为变换器的电平数，如图1所示。假设参考电压矢量在实轴与虚轴的投影为Vref(x)与Vref(y)，则参考电压矢量在新的二维直角坐标系下的坐标为式中，x与y为新二维直角坐标系下参考电压矢量坐标；Vdc为直流链电压；b、检测离原点最近的调制矢量：利用新的二维直角坐标系，直接检测调制三角形的三个矢量中离坐标原点最近的矢量所对应的冗余开关状态中最小的一个，剩余的其他开关状态可由所检测的开关状态加N产生；其中，0≤N≤n‑1‑max(Sa,Sb,Sc)，n为多电平变换器电平数，max(.)为三个开关状态中的最大值，N为一种可控因子，通过它来任意选择冗余开关状态：式中，(Sa,Sb,Sc)为所检测到的离原点最近开关状态，上标T表示转置矩阵，min(.)表示取最小值；[N+Sa,N+Sb,N+Sc]T                      (5)其中，N∈[0,n‑1‑max(Sa,Sb,Sc)]，此时N可作为一个可控因子用于减少多电平变换器的共模电压与进行多电平变换器的电压均衡；c、多电平矢量空间简化为两电平矢量空间：由新的直角坐标系下参考电压矢量减去该坐标系下的所检测的离原点最近调制矢量，所得的剩余矢量长度小于单个调制三角形的边长，此时，多电平矢量空间简化为两电平矢量空间，任意电平变换器全部按两电平变换器调制方式处理；此时在新的二维直角坐标系下该矢量点为Vref1＝Vdc[Sa Sb Sc]T＝OP1                      (6)其次在新的二维坐标系统中，将参考电压矢量进行缩放把多电平矢量调制空间简化成两电平矢量调制空间，同时参考电压矢量转换为两电平空间；Vref1＝Vref‑OP1                      (7)式中，Vref表示为参考电压矢量，Vref1表示简化后的参考电压矢量；OP1表示距离原点最近的调制矢量，其顶点为式(4)所检测开关状态。d、计算简化后两电平空间扇区与作用矢量占空比：所得扇区reg如式所示，角度θ是简化参考电压矢量与实轴的夹角。reg＝int(3θ/π)+1                      (8)把简化后的矢量按两电平调制算法来处理，利用简化后的参考电压矢量计算两电平空间的六个扇区并把在两电平调制空间中合成简化参考电压矢量的基本矢量与零矢量计算出来：d0＝1‑d1‑d2                           (10)式中，参考电压矢量在实轴与虚轴的投影分别为Vrx与Vry；两电平调制空间中两个基本矢量占空比为d1与d2，零矢量占空比为d0；e、计算每相占空比：在每个调制三角形的调制周期内，调制点所对应的各相冗余开关在一个开关周期中的只有两个数值，且相差1；此时，结合最近电平调制的原理得出步骤b检测的三相冗余开关状态所对应的三相占空比Da，Db，Dc；该三相占空比与步骤d所计算的扇区、基本矢量和零矢量占空比有关，此时，所利用的最近电平调制确定在调制三角形内且与调制三角形间合成参考电压矢量时开关动作次数达到最小，此外，控制零矢量即可在连续调制与断续调制之间灵活选择；f、产生开关驱动信号：把步骤d计算出的每相占空比与三角载波进行比较即得到三相多电平变换器每相开关器件驱动信号。