一種用于單相三電平級(jí)聯(lián)整流器的具有均壓功能的帶反向矢量的空間矢量調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種單相=電平多模塊級(jí)聯(lián)整流器空間矢量 調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于級(jí)聯(lián)型整流器，常見的是由H橋結(jié)構(gòu)組成的，其控制目標(biāo)是各級(jí)聯(lián)模塊的直 流電壓均衡和交流側(cè)輸入電壓電流工作在單位功率因數(shù)。在負(fù)載不平衡的情況下，直流 側(cè)電容電壓可能會(huì)出現(xiàn)不平衡狀況，該將會(huì)導(dǎo)致作用在開關(guān)器件和電容的電壓超過其耐壓 值。因此，級(jí)聯(lián)整流器的直流側(cè)電容的均壓控制是非常必要的。
[0003] 針對(duì)級(jí)聯(lián)整流器的均壓控制，當(dāng)前的研究主要有W下幾類：
[0004] 1、使用PI調(diào)節(jié)器電壓平衡控制方法。將各級(jí)整流模塊的直流電壓與給定值做差， 經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后作為各模塊的功率器件的信號(hào)。
[0005] 2、基于非線性控制的電壓平衡控制算法，例如無源性控制算法。
[0006] 3、采用滯環(huán)比較器實(shí)現(xiàn)直流側(cè)的均壓控制。
[0007] 類似的，二極管錯(cuò)位型整流模塊同樣可W構(gòu)成級(jí)聯(lián)型整流器。但其面臨著比H橋 結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的直流側(cè)均壓問題；各整流模塊內(nèi)部直流側(cè)上下電容的電壓均衡與各整流模 塊之間的直流側(cè)電容電壓的均衡。如果直流側(cè)電容均壓不成功，可能會(huì)嚴(yán)重影響輸出電壓 的質(zhì)量，并對(duì)功率器件造成損害。在單個(gè)模塊中，大矢量和零矢量不會(huì)導(dǎo)致直流側(cè)電容電壓 不平衡，但小矢量將引起直流側(cè)電容電壓不均衡，并且成對(duì)小矢量對(duì)電容電壓的作用相反。 同時(shí)，對(duì)電容作用效果不同的矢量可W稱為冗余矢量，可W通過將其分配到同一個(gè)開關(guān)周 期內(nèi)，并希望通過對(duì)冗余狀態(tài)作用時(shí)間不相等時(shí)，中點(diǎn)電位狀態(tài)的計(jì)算來控制電壓平衡。在 模塊之間，通過載波相位的不同保證所有級(jí)聯(lián)模塊IGBT開關(guān)狀態(tài)輪流作用相等時(shí)間并加 入均壓算法，使得各模塊直流側(cè)電容電壓保持均衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引技術(shù)問題；為了克服現(xiàn)有多模塊級(jí)聯(lián)整流器中的均壓問題，本發(fā)明提供了一種不 會(huì)影響控制效果、在完成模塊內(nèi)部與模塊之間均壓功能的同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致開關(guān)頻率升高的單 相S電平空間矢量調(diào)制方法。
[0009] 技術(shù)方案：本發(fā)明所設(shè)及的一種用于單相=電平級(jí)聯(lián)整流器的具有均壓功能的帶 反向矢量的空間矢量調(diào)制方法，包括W下步驟：
[0010] (1)將一個(gè)單相=電平整流器模塊的A相橋臂和B相橋臂的九種開關(guān)狀態(tài)所產(chǎn)生 電壓矢量分別表示為Vi…Vg。可W將其分為五類，Vi，V。與Vg為零矢量，V,與V3為正小矢 量，Ve與V7為負(fù)小矢量，V4與V8為正大矢量與負(fù)大矢量。在兩個(gè)電容電壓相等時(shí)，同類矢 量參與合成矢量等效，互為冗余矢量；
[0011] (2)對(duì)整流器控制系統(tǒng)輸出的調(diào)制波信號(hào)運(yùn)用移相載波控制策略，根據(jù)帶反向矢 量的單相=電平空間矢量調(diào)制方法生成PWM波形，從而形成該級(jí)聯(lián)整流器的PWM波形；
[0012] (3)對(duì)各整流模塊的直流電壓的大小進(jìn)行排序，并根據(jù)排序結(jié)果為各模塊選擇合 適的步驟（2)中所生成的PWM信號(hào)，形成新的P麗波形。
[0013] (4)將步驟（3)中生成的PWM波形作為功率器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0014] 本發(fā)明用于單相S電平級(jí)聯(lián)整流器的具有均壓功能的帶反向矢量的空間矢量調(diào) 制方法，能夠有效提高級(jí)聯(lián)整流器的均壓能力，并可W通過理論計(jì)算找到該調(diào)制方法的均 壓范圍。
[001引有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0016] 1、本發(fā)明所提供的一種用于單相S電平級(jí)聯(lián)整流器的具有均壓功能的帶反向矢 量的空間矢量調(diào)制方法。在單個(gè)=電平整流模塊中，現(xiàn)有電容均壓控制方法的基本思想是 檢測(cè)上下電容的電壓差，并根據(jù)當(dāng)前整流器系統(tǒng)的工作狀態(tài)來重新分配導(dǎo)致電容電壓不平 衡的開關(guān)狀態(tài)的作用時(shí)間，改變上下電容的充放電過程從而實(shí)現(xiàn)上下電容均壓。本發(fā)明則 利用正負(fù)小矢量對(duì)不同電容的作用，選擇冗余正負(fù)小矢量對(duì)單相S電平整流器的上下電容 進(jìn)行均壓。同時(shí)，矢量切換時(shí)必須滿足一定的規(guī)則，從而維持系統(tǒng)的開關(guān)頻率不變。
[0017] 本發(fā)明方法增大了級(jí)聯(lián)整流器的均壓范圍和均壓能力。使用移相載波調(diào)制策略 時(shí)，在一個(gè)載波周期內(nèi)，各載波將高低電平作用時(shí)間分為n份并分配給每個(gè)模塊輪流作用。 當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載不平衡現(xiàn)象時(shí)，將作用于輸出直流電壓較高模塊的PWM波的高電平作用時(shí)間分 配給輸出直流電壓較低模塊（若電流反向，則將作用于直流電壓較高模塊的PWM波的低電 平作用時(shí)間分配給輸出直流電壓較低模塊）；同時(shí)，當(dāng)某個(gè)模塊輸出直流電壓升高，則均壓 算法將為該模塊交換低電平矢量，直到電壓恢復(fù)正常為止。交換矢量后，由于直流輸出較高 模塊長期占用低電平，直流輸出較低模塊長期占用高電平，因此將導(dǎo)致模塊間矢量切換次 數(shù)減少。通過上述均壓算法，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)某一個(gè)負(fù)載出現(xiàn)空載情況，整個(gè)系統(tǒng)也可W 保持電壓平衡。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明所應(yīng)用的單相S電平級(jí)聯(lián)整流器
[0019] 圖2為單相=電平脈沖整流器開關(guān)等效電路圖
[0020] 圖3為級(jí)聯(lián)整流器調(diào)制策略的系統(tǒng)框圖
[0021] 圖4為級(jí)聯(lián)整流器的均壓策略控制框圖
[0022] 圖5為級(jí)聯(lián)整流器均壓時(shí)的電壓相量圖
[0023] 圖6為帶反向矢量的電壓空間矢量調(diào)制圖
[0024] 圖7為帶反向矢量的電壓空間矢量調(diào)制的均壓范圍
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明所提供的一種 用于單相S電平級(jí)聯(lián)整流器的具有均壓功能的帶反向矢量的空間矢量調(diào)制方法，與現(xiàn)有的 =電平調(diào)制方法重新分配開關(guān)狀態(tài)的作用時(shí)間不同，本發(fā)明則利用模塊內(nèi)部反向矢量對(duì)不 同電容的充放電作用，選擇冗余矢量對(duì)=電平整流模塊的上下電容進(jìn)行均壓，再通過均壓 算法完成各整流模塊之間的電容均壓。
[0026] 相對(duì)于傳統(tǒng)的調(diào)整各開關(guān)狀態(tài)的作用時(shí)間來解決各模塊電容均壓問題，本發(fā)明利 用反向矢量對(duì)不同電容的充放電作用，選擇冗余矢量對(duì)各整流模塊的上下電容進(jìn)行均壓， 再通過均壓算法完成各模塊之間的電容均壓。通過上述調(diào)制方法，可W在保持系統(tǒng)開關(guān)頻 率不變的同時(shí)，增大單相=電平級(jí)聯(lián)整流器的均壓能力和均壓范圍。該方法主要包括W下 步驟：
[0027] (1)如圖2所示，把一個(gè)單相S電平整流器的A相橋臂和B相橋臂的九種開關(guān)狀態(tài) 所產(chǎn)生電壓矢量分別表示為Vi…Vg?？蒞將其分為五類，Vi，V。與Vg為零矢量，V,與V3為 正小矢量，Ve與V7為負(fù)小矢量，V4與V8為正大矢量與負(fù)大矢量。在兩個(gè)電容電壓相等時(shí)， 同類矢量參與合成矢量等效，互為冗余矢量。如表1所示。
[002引 表1
[0029]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于單相三電平級(jí)聯(lián)整流器的具有均壓功能的帶反向矢量的空間矢量調(diào)制方 法，用以實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)整流器的直流側(cè)電容的均壓控制，其特征在于，包括以下步驟： (1) 一個(gè)單相三電平整流器模塊的A相橋臂和B相橋臂的九種開關(guān)狀態(tài)所產(chǎn)生電壓矢 量分別表示為V1-V9;將其分為五類，Vp^與V9為零矢量，V2與V3為正小矢量，V6與V7為 負(fù)小矢量，1與V8為正大矢量與負(fù)大矢量；在兩個(gè)電容電壓相等時(shí)，同類矢量參與合成矢量 等效，互為冗余矢量； (2) 對(duì)整流器控制系統(tǒng)輸出的調(diào)制波信號(hào)運(yùn)用移相載波控制策略，根據(jù)帶反向矢量的 單相三電平空間矢量調(diào)制方法合成參考矢量，過程如下： 在II與III區(qū)內(nèi)通過正小矢量與負(fù)小矢量合成參考矢量，在I區(qū)內(nèi)通過正大矢量與負(fù) 小矢量合成，在第IV區(qū)內(nèi)通過負(fù)大矢量與正小矢量合成； 最后形成該級(jí)聯(lián)整流器的PWM波形； (3) 對(duì)各整流模塊的直流電壓的大小進(jìn)行排序，并根據(jù)排序結(jié)果為各模塊選擇對(duì)應(yīng)的 PWM電平序列，從而形成新的PWM波形； (4) 將步驟（3)中生成的PWM波形作為功率器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于單相三電平級(jí)聯(lián)整流器的具有均壓功能的帶反向矢量的空間矢量調(diào)制方法，包括以下步驟：(1)定義單相三電平整流器模塊的開關(guān)狀態(tài)矢量；(2)結(jié)合移相載波控制策略，利用帶反向矢量的單相三電平空間矢量調(diào)制方法生成PWM波形；(3)使用均壓算法對(duì)上述PWM波形進(jìn)行更新；(4)將該P(yáng)WM信號(hào)作為功率器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。本發(fā)明則利用正負(fù)小矢量對(duì)不同電容的作用，選擇冗余正負(fù)小矢量對(duì)單相三電平整流器的上下電容進(jìn)行均壓。同時(shí)，矢量切換時(shí)必須滿足一定的規(guī)則，從而維持系統(tǒng)的開關(guān)頻率不變。增大了級(jí)聯(lián)整流器的均壓范圍和均壓能力，能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)某一個(gè)負(fù)載出現(xiàn)空載情況，整個(gè)系統(tǒng)也可以保持電壓平衡。
【IPC分類】H02M7-217
【公開號(hào)】CN104753370
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510136690
【發(fā)明人】彭旭, 何曉瓊, 郭愛平, 舒澤亮
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年3月26日