55] SHEPmi的傳統(tǒng)過程有:設計每四分之一周期內(nèi)的脈沖信號開關角,消除指定次數(shù) 諧波;控制各基本模塊的幅值。一種典型的三電平T型SHEPmi逆變器波形如圖2所示,其中 Vxz是單相的輸出電壓,其傅里葉級數(shù)為:
[0056]
⑴.
[0057] 其中x = a,b,c;bn是傅立葉系數(shù);bn由下式給出
[0058]
(2)
[0059] 其中η = 1,5,7, · · ·,3N_2。
[0060] 通過以下價值函數(shù),來選取方程最優(yōu)解
[0061 ]
(3)
[0062] 其中M為調(diào)制指數(shù)。圖3給出了調(diào)制指數(shù)由0到1變化時的開關角度。此處每四分之 一周期內(nèi)的脈沖信號開關角個數(shù)為7個(N = 7),調(diào)制系數(shù)為0.99(M = 0.99)。產(chǎn)生這些角度 的計算公式為:
[0063]
[0064]
[0065]
[0066]
[0067]
[0068]
[0069]
[0070] = -0.99)" +b; +IX +b;t +Ζγ, +?,2, +?\" (4)
[0071] 根據(jù)以上公式,當式(3)接近于0時計算得到的開關角度在表1中給出。此時相電壓 頻譜中出現(xiàn)的第一次諧波為23次諧波。
[0072] 表 1
[0074]開關狀態(tài)可以表不為空間電壓矢量,根據(jù)空間電壓矢量的大小可將其分為零矢 量、小矢量、大矢量、中矢量,小電壓矢量又可以分為P型矢量和N型矢量,如圖4和表2所不。
[0075]表 2 L0077J 采用SHEP麗的逆變器中點電壓Vz
表示為
[0078]
(5.)
[0079] 其中Vc1和Vc2是直流側電容CjPC2的電壓值。開關狀態(tài)對中點電壓的影響如圖5所 示:大矢量和零矢量對中點電壓沒有影響,因為在這種情況下中點Z沒有和直流側的正、負 極相連,因為兩個電容沒有充放電,所以兩電容電壓沒有變化,中點電壓也不變化,如圖5 (a)、(c)所示;圖5(b)顯示了中矢量的效果圖,此時中點和直流側的正負側相連接,中點電 壓的變化情況由此時的中點電流決定;當逆變器選擇P型小矢量開關狀態(tài)時,負載接在中點 與直流側的正極,電容C 1放電,電流流進中點,中點電壓上升,如圖5 (d)所示;與此相反,N型 小矢量會使中點電壓下降,如圖5 (e)所示。
[0080] 本發(fā)明中應用SHEPffM的逆變器通過替換小電壓矢量來保持中點電壓平衡,控制原 理如圖6所示。SHEPffM開關信號由傳統(tǒng)SHEPffM系統(tǒng)產(chǎn)生,當小電壓矢量開關狀態(tài)出現(xiàn)時小電 壓矢量控制器作用;當小電壓矢量開關狀態(tài)沒有出現(xiàn)時,小矢量控制器被閉鎖,開關狀態(tài)不 變。
[0081]本發(fā)明中中點電壓平衡控制的流程圖由圖7給出,其中Vrange3是中點電壓的限定波 動幅度,Vz是中點電壓,小矢量控制器的工作狀態(tài)如下:
[0082]狀態(tài)一 :|Vz|>Vrange,此狀態(tài)下小矢量被替換。
[0083] a) Vz>0:根據(jù)表2,開關狀態(tài)被改變?yōu)镹型小矢量。
[0084] b)Vz〈0:根據(jù)表2,開關狀態(tài)被改變?yōu)镻型小矢量。
[0085] 狀態(tài)二:|Vz I〈V range ? 開關狀態(tài)不改變。
[0086]本發(fā)明中所提出的SHEPWM控制方式可以明顯地減小中點電壓的震蕩范圍,更為重 要的是,當中點電壓嚴重偏離平衡點時,運用本控制方式可以使其迅速恢復平衡。提出的 SHEPffM控制方式在MATLAB中以5ys的采樣周期進行仿真。
[0087] 在MATLAB/simulink 2012B中,為了驗證中點電壓平衡控制器的效果,開關狀態(tài)信 號在o.ls之前被屏蔽。圖9(a)中傳統(tǒng)SHEPffM中點電壓恢復時間接近0.7s,圖9(b)中運用本 發(fā)明所提到的SHEP麗控制方式,電壓恢復時間為0.0 3 2 s。圖10 (a )、圖10 (b)所示為Vq和Vc2 的震蕩波形,其中圖1 〇 (a)所示傳統(tǒng)S H E P WM中波動峰值為1.4 V,而圖10 (b)中本發(fā)明所提 SHEPffM控制方式下其波動峰值不到0.4。由傳統(tǒng)SHEPWM和本發(fā)明中SHEPffM所產(chǎn)生的線電壓 Vab的諧波頻譜如圖ll(a)、(b)所示,其中,25次諧波是第一個出現(xiàn)的諧波,本發(fā)明中SHEPWM 和傳統(tǒng)SHEPffM對特定諧波消除的能力基本相同。
[0090] 通過以上仿真結果可知,本發(fā)明中SHEPffM和傳統(tǒng)SHEPffM對特定諧波消除的能力基 本相同,且可以將中點電壓限定在一個更小的波動區(qū)域,同時可以在中點電壓偏離平衡點 時迅速恢復平衡。
[0091] 上述雖然結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述,但并非對本發(fā)明保護范 圍的限制,所屬領域技術人員應該明白,在本發(fā)明的技術方案的基礎上,本領域技術人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
【主權項】
1. 一種采用SHEP麗的T型三電平逆變器中點電壓平衡控制方法,其特征是:包括以下步 驟: (1) 根據(jù)需要消除的諧波次數(shù)的個數(shù)確定每個周期的開關角個數(shù); (2) 基于多目標粒子群優(yōu)化方法求解特定諧波消除脈寬調(diào)制的開關角度,生成相應的 特定諧波消除脈寬調(diào)制信號; (3) 采集Τ型三電平逆變器的中點電壓; (4) 對信號進行優(yōu)化,若Τ型三電平逆變器的中點電壓在閾值范圍內(nèi),則不改變Τ型三電 平逆變器,使其直接進入三電平逆變器,否則將開關狀態(tài)修改為小矢量信號,對特定諧波消 除脈寬調(diào)制信號進行改寫。2. 如權利要求1所述的一種采用SHEPWM的Τ型三電平逆變器中點電壓平衡控制方法,其 特征是:所述步驟(1)中,每四分之一個周期中的開關角個數(shù)為需要消去的諧波次數(shù)加1。3. 如權利要求1所述的一種采用SHEPWM的Τ型三電平逆變器中點電壓平衡控制方法,其 特征是:所述步驟(2)中,采用多目標粒子群優(yōu)化算法求解三電平特定諧波消除脈寬調(diào)制開 關角。4. 如權利要求1所述的一種采用SHEPWM的T型三電平逆變器中點電壓平衡控制方法,其 特征是:所述步驟(4)中,采集中點電壓,如果設定的小電壓矢量開關狀態(tài)出現(xiàn),通過檢測中 點電壓來替換小矢量;當小電壓矢量開關狀態(tài)沒有出現(xiàn)時,不改變開關狀態(tài)。5. 如權利要求4所述的一種采用SHEPWM的T型三電平逆變器中點電壓平衡控制方法,其 特征是:所述步驟(4)中,中點電壓的絕對值大于中點電壓閾值時,若中點電壓大于零,開關 狀態(tài)被替換為N型小矢量;若中點電壓小于零,開關狀態(tài)被替換為P型小矢量,當中點電壓的 絕對值小于中點電壓閾值時,開關狀態(tài)不改變。6. -種應用于T型三電平逆變器的特定諧波消除系統(tǒng),其特征是:包括特定諧波消除脈 寬調(diào)制信號發(fā)生器、小矢量控制器、開關組、PWM信號發(fā)生器和T型三電平逆變器,其中,所述 特定諧波消除脈寬調(diào)制信號發(fā)生器輸出特定諧波消除脈寬調(diào)制信號給開關組,所述小矢量 控制器采集T型三電平逆變器的中點電壓,對中點電壓進行判斷; 若中點電壓在設定閾值范圍內(nèi),則不改變開關組的狀態(tài),使特定諧波消除脈寬調(diào)制信 號通過PWM信號發(fā)生器生成控制信號,控制T型三電平逆變器的開關器件; 若中點電壓不在設定閾值范圍內(nèi),小矢量控制器改變開關組狀態(tài),使特定諧波消除脈 寬調(diào)制信號改變成為小電壓矢量,通過PWM信號發(fā)生器生成控制信號,控制T型三電平逆變 器的開關器件。7. 如權利要求6所述的一種應用于T型三電平逆變器的特定諧波消除系統(tǒng),其特征是: 所述中點電壓為T型三電平逆變器的直流側兩個并聯(lián)電容之間的電壓差值的一半。8. 如權利要求6所述的一種應用于T型三電平逆變器的特定諧波消除系統(tǒng),其特征是: 所述中點電壓的絕對值大于中點電壓閾值時,若中點電壓大于零,開關狀態(tài)被替換為N型小 矢量;若中點電壓小于零,開關狀態(tài)被替換為P型小矢量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用SHEPWM的T型三電平逆變器中點電壓平衡控制方法,根據(jù)需要消除的諧波次數(shù)的個數(shù)確定每個周期的開關角個數(shù);基于多目標粒子群優(yōu)化方法求解特定諧波消除脈寬調(diào)制的開關角度,生成相應的特定諧波消除脈寬調(diào)制信號;采集T型三電平逆變器的中點電壓;對信號進行優(yōu)化,若T型三電平逆變器的中點電壓在閾值范圍內(nèi),則不改變T型三電平逆變器,使其直接進入三電平逆變器,否則將開關狀態(tài)替換為相應的小矢量信號,對特定諧波消除脈寬調(diào)制信號進行改寫。本發(fā)明具有和傳統(tǒng)SHEPWM相同的消除低次諧波的功能,且可以維持中點電壓平衡,能使T型三電平逆變器穩(wěn)定高效運行。
【IPC分類】H02M7/5395, H02M7/487
【公開號】CN105680711
【申請?zhí)枴緾N201610165414
【發(fā)明人】張承慧, 張桐盛, 杜春水, 陳阿蓮, 秦昌偉, 邢相洋
【申請人】山東大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月22日