專利名稱：三相三電平vienna型整流器的空間矢量脈寬調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不間斷電源(UPS)的三相三電平整流器技術(shù)，尤其涉及一種三相三電 平VIENNA型整流器的空間矢量脈寬調(diào)制方法。
背景技術(shù)：
隨著不間斷電源的功率等級越來越高，傳統(tǒng)的不間斷電源的兩電平變換器，由于 其存在耐壓值低、du/dt (電壓對時間的變化率)大、EMI (電磁干擾)大、逆變效率低等缺點， 兩電平變流器并不適用于高壓大功率的不間斷電源。而多電平變換器，因其功率容量大、開 關(guān)頻率低、輸出諧波含量小等一系列優(yōu)點，為高壓大功率變換器的設(shè)計研發(fā)開辟了一條新 思路。例如三相三電平VIENNA型整流器電路作為中大功率(輸出功率在200kVA以上)不 間斷電源的整流器主電路拓?fù)?，具有高輸入功率因?shù)、開關(guān)管數(shù)目少、低開關(guān)電壓應(yīng)力等優(yōu) 點，具有較高的性價比和較大的市場競爭力。目前，三相三電平VIENNA型整流器電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，ea, eb, ec是三相 交流電壓輸入，P、η是直流輸出端，O點是直流側(cè)電容Cl和C2的中點，六個絕緣門極雙極 型晶體管(IGBT) Sal, Sbl, Scl, Sa2, Sb2, Sc2為開關(guān)管，這些開關(guān)管用于功率因數(shù)校正，三個電 感L用于儲能和濾波，R1為負(fù)載。三相三電平整流器通過矢量控制方法來控制對開關(guān)管的 開通和關(guān)斷時間，從而將輸入的三相交流電壓轉(zhuǎn)化為P、η端輸出的直流電壓，為負(fù)載R1供 電。如中國專利號為200910145279. 1公開的一種三電平電路的一種空間矢量脈寬調(diào)制控 制器及其控制方法，就是通過三電平空間矢量脈寬調(diào)制方法(SVPWM)計算出電壓矢量Ua和 U0的合成矢量的作用時間，進(jìn)而通過處理器輸出開關(guān)管的工作時間控制三相電壓的轉(zhuǎn)換。 但是，這種三相三電平整流器電路的三電平空間矢量脈寬調(diào)制方法，計算仍然較為復(fù)雜、處 理器的運算量較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種可減小處理器的運算量、計算 較為簡單的三相三電平VIENNA型整流器的空間矢量脈寬調(diào)制方法。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)措施實現(xiàn)
本發(fā)明提供的一種三相三電平VIENNA型整流器的空間矢量脈寬調(diào)制方法，包括以下 步驟
(1)通過電壓電流雙環(huán)控制方法獲得在αβ坐標(biāo)系下的電壓矢量Ua和110，確定電壓 矢量Ua和110在三相三電平整流器空間矢量圖中的區(qū)間，進(jìn)而確定電壓矢量Ua和110的合 成矢量；
(2)采用坐標(biāo)平移的方法將三相三電平整流器空間矢量圖的坐標(biāo)原點平移至電壓矢量 Ua和1!0所在的區(qū)間，將三電平空間矢量坐標(biāo)系下的運算，轉(zhuǎn)化為兩電平空間矢量坐標(biāo)系下 的運算，進(jìn)而在兩電平空間矢量坐標(biāo)系下計算出電壓矢量^和110的合成矢量的作用時間。所述步驟(1)的電壓電流雙環(huán)控制方法包括以下步驟A、采樣三相輸入電壓ea、eb、ec和三相輸入電流ia、ib、i。，將三相輸入電壓ea、eb、ec經(jīng) 過PARK變換后，得到實際的電壓有功分量 和電壓無功分量 ；將三相輸入電流ia、ib、ic 經(jīng)過PARK變換后，得到實際的電流有功分量id和電流無功分量i,；
B、采樣直流側(cè)電容Cl的電壓udc;1和C2的電壓ud。2，將電容Cl的電壓Udca與C2的電壓 Udc2之和的電壓ud。與直流側(cè)電壓參考值u*d。進(jìn)行比較，并進(jìn)行比例積分運算，得到有功電 流的給定值i*d ；再將有功電流的給定值i*d與實際的電流有功分量id進(jìn)行比較，并進(jìn)行比 例積分運算，然后將比例積分運算結(jié)果與電壓有功分量^相加，并進(jìn)行解耦運算，得到整流 器需要輸出的d軸電壓矢量Ud ；
C、將無功電流的給定值設(shè)為=0，再將無功電流的給定值^,與實際的電流無 功分量、進(jìn)行比較，并進(jìn)行比例積分運算，然后將比例積分運算結(jié)果與電壓無功分量e,相 加，并進(jìn)行解耦運算，得到整流器需要輸出的d軸電壓矢量U,；
D、將整流器需要輸出的q軸電壓矢量U,和d軸電壓矢量Ud進(jìn)行PARK反變換，得到在 α β坐標(biāo)系下的電壓矢量Ua和ue。進(jìn)一步包括直流側(cè)兩電容電壓平衡的控制方法在所述步驟(1)中確定電壓矢量 Ua和1!0在三相三電平整流器空間矢量圖中的區(qū)間后，確定該區(qū)間的冗余小矢量；然后，根 據(jù)采樣到的直流側(cè)電容Cl的電壓Udca和C2的電壓ud。2，動態(tài)調(diào)整該區(qū)間冗余小矢量的作用 時間，進(jìn)而控制直流側(cè)電容Cl的電壓Udel與C2的電壓ud。2，使電容Cl的電壓Udel與C2的 電壓ud。2保持一致。本發(fā)明有益效果在于
本發(fā)明提供的一種三相三電平VIENNA型整流器的空間矢量脈寬調(diào)制方法，通過采用 坐標(biāo)平移的方法將三電平空間矢量坐標(biāo)系下的運算，轉(zhuǎn)化為兩電平空間矢量坐標(biāo)系下的運 算，使得電壓矢量Ua和110的合成矢量的作用時間的計算大為簡化，從而減小三相三電平整 流器的處理器的運算量。而且，本發(fā)明進(jìn)一步包括直流側(cè)兩電容電壓平衡的控制方法，其可 以根據(jù)采樣到的直流側(cè)電容Cl的電壓Udca和C2的電壓ud。2的大小，動態(tài)調(diào)整電壓矢量ua 和U0的冗余小矢量的作用時間，進(jìn)而控制直流側(cè)電容Cl的電壓udc;1與C2的電壓ud。2 —致， 實現(xiàn)對直流側(cè)電容Cl的電壓Udel與C2的電壓ud。2的平衡控制。


圖1是三相三電平整流器電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明一種三相三電平VIENNA型整流器的空間矢量脈寬調(diào)制方法的控制 原理圖。圖3是三相三電平整流器空間矢量圖。圖4是本發(fā)明一種三相三電平VIENNA型整流器的空間矢量脈寬調(diào)制方法的采用 坐標(biāo)平移法后的兩電平空間矢量圖。圖5是本發(fā)明一種三相三電平整流器直流側(cè)兩電容電壓平衡的控制方法的中點 電流i。=_ia的電流走向示意圖。圖6是本發(fā)明一種三相三電平整流器直流側(cè)兩電容電壓平衡的控制方法的中點 電流i。=ia的電流走向示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1所示，圖1為三相三電平六開關(guān)整流器電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，其電路連接結(jié)構(gòu) 與一般的三相三電平整流器電路結(jié)構(gòu)連接原理相同，P、n是直流輸出端，ο點是直流側(cè)兩個 電容Cl和C2的中點，六個絕緣門極雙極型晶體管(IGBT) Sal,Sbl,Scl,Sa2,Sb2,Sc2為開關(guān)管， 這些開關(guān)管用于功率因數(shù)校正，三個電感L用于儲能和濾波，Ii1為負(fù)載。根據(jù)基爾霍夫電壓 電流定律和PARK變換(交/直變換)，可以得到該三相三電平六開關(guān)整流器的狀態(tài)方程為
權(quán)利要求
1.一種三相三電平VIENNA型整流器的空間矢量脈寬調(diào)制方法，其特征在于，包括以下 步驟(1)通過電壓電流雙環(huán)控制方法獲得在αβ坐標(biāo)系下的電壓矢量Ua和110，確定電壓 矢量Ua和110在三相三電平整流器空間矢量圖中的區(qū)間，進(jìn)而確定電壓矢量Ua和110的合 成矢量；(2)采用坐標(biāo)平移的方法將三相三電平整流器空間矢量圖的坐標(biāo)原點平移至電壓矢量 Ua和1!0所在的區(qū)間，將三電平空間矢量坐標(biāo)系下的運算，轉(zhuǎn)化為兩電平空間矢量坐標(biāo)系下 的運算，進(jìn)而在兩電平空間矢量坐標(biāo)系下計算出電壓矢量^和110的合成矢量的作用時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相三電平VIENNA型整流器的空間矢量脈寬調(diào)制方法，其特 征在于，所述步驟(1)的電壓電流雙環(huán)控制方法包括以下步驟A、采樣三相輸入電壓ea、eb、ec和三相輸入電流ia、ib、i。，將三相輸入電壓ea、eb、ec經(jīng) 過PARK變換后，得到實際的電壓有功分量 和電壓無功分量 ；將三相輸入電流ia、ib、ic 經(jīng)過PARK變換后，得到實際的電流有功分量id和電流無功分量i,；B、采樣直流側(cè)電容Cl的電壓udc;1和C2的電壓ud。2，將電容Cl的電壓Udca與C2的電壓 Udc2之和的電壓ud。與直流側(cè)電壓參考值u*d。進(jìn)行比較，并進(jìn)行比例積分運算，得到有功電 流的給定值i*d ；再將有功電流的給定值i*d與實際的電流有功分量id進(jìn)行比較，并進(jìn)行比 例積分運算，然后將比例積分運算結(jié)果與電壓有功分量^相加，并進(jìn)行解耦運算，得到整流 器需要輸出的d軸電壓矢量Ud ；C、將無功電流的給定值設(shè)為=0，再將無功電流的給定值^,與實際的電流無 功分量、進(jìn)行比較，并進(jìn)行比例積分運算，然后將比例積分運算結(jié)果與電壓無功分量e,相 加，并進(jìn)行解耦運算，得到整流器需要輸出的d軸電壓矢量U,；D、將整流器需要輸出的q軸電壓矢量U,和d軸電壓矢量Ud進(jìn)行PARK反變換，得到在 α β坐標(biāo)系下的電壓矢量Ua和ue。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三相三電平VIENNA型整流器的空間矢量脈寬調(diào)制方法，其特 征在于，進(jìn)一步包括直流側(cè)兩電容電壓平衡的控制方法在所述步驟(1)中確定電壓矢量 Ua和1!0在三相三電平整流器空間矢量圖中的區(qū)間后，確定該區(qū)間的冗余小矢量；然后，根 據(jù)采樣到的直流側(cè)電容Cl的電壓Udca和C2的電壓ud。2，動態(tài)調(diào)整該區(qū)間冗余小矢量的作用 時間，進(jìn)而控制直流側(cè)電容Cl的電壓Udel與C2的電壓ud。2，使電容Cl的電壓Udel與C2的 電壓ud。2保持一致。
全文摘要
本發(fā)明涉及不間斷電源技術(shù)，尤其涉及一種三相三電平VIENNA型整流器的空間矢量脈寬調(diào)制方法，其通過采用坐標(biāo)平移的方法將三電平空間矢量坐標(biāo)系下的運算，轉(zhuǎn)化為兩電平空間矢量坐標(biāo)系下的運算，使得電壓矢量uα和uβ的合成矢量的作用時間的計算大為簡化，從而減小三相三電平整流器的處理器的運算量，本發(fā)明提供的一種三相三電平VIENNA型整流器的空間矢量脈寬調(diào)制方法，物理意義清晰，能實現(xiàn)對有功和無功電流的解耦控制，使得系統(tǒng)具有較好的靜動態(tài)性能，能保證輸入側(cè)具有單位功率因數(shù)和實現(xiàn)直流側(cè)電壓的恒定。
文檔編號H02M7/217GK102097959SQ20101060939
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者何思模, 張博, 張志 , 徐海波, 殷正炎 申請人:易事特電力系統(tǒng)技術(shù)有限公司