專利名稱：一種逆變電路及其電壓空間矢量脈沖寬度調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電路設計技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種逆變電路及其電壓空間矢量脈沖寬度調(diào)制方法。
背景技術(shù)：
在中壓大功率電能變換應用中，多電平逆變技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢受到越來越多的重視。相對于傳統(tǒng)的兩電平逆變電路，多電平逆變器具有輸出電壓電平數(shù)目多、諧波含量少、由開關(guān)動作引起的du/dt小、器件耐壓要求降低、產(chǎn)生相同輸出時器件開關(guān)頻率低等優(yōu)
點O常見的多電平結(jié)構(gòu)主要有二極管鉗位型多電平逆變器、電容鉗位型多電平逆變器、具有獨立直流電源的H橋級聯(lián)型逆變器。以三電平為例，二極管鉗位型三電平逆變器和電容鉗位型三電平逆變器分別通過鉗位二極管和鉗位電容實現(xiàn)相電壓的零電平輸出，從而增加輸出電壓的階梯電平數(shù)目。但這兩種結(jié)構(gòu)在零電平的引入時，導致了電容電壓不均衡的問題。H橋級聯(lián)型逆變器依靠級聯(lián)疊加的方式來增加輸出電壓的電平數(shù)目，不存在電容電壓不均衡問題，但所有H橋的直流輸入電源必須相互隔離，因而其供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復雜。另外，目前逆變器的調(diào)制技術(shù)大都采用正弦波脈寬調(diào)制、特定諧波消除脈寬調(diào)制、 電流滯環(huán)跟蹤調(diào)制以及電壓SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空間矢量脈沖寬度調(diào)制)。其中，電壓SVPWM控制方式具有直流電壓利用率高、動態(tài)響應速度快、易于數(shù)字化實現(xiàn)等突出優(yōu)點。而且，由于多電平逆變器能夠產(chǎn)生更多的基本電壓空間矢量，期望電壓空間矢量合成方式也更加靈活多樣，因此多電平逆變器較多的采用電壓SVPWM控制方式。電壓SVPWM控制方式的實現(xiàn)，因逆變器主電路拓撲的差異而各不相同。

圖1是傳統(tǒng)的三相橋式兩電平逆變器電路圖。圖1中，傳統(tǒng)的三相橋式兩電平逆變器包括三個橋臂， 每個橋臂由上下兩個半橋臂串聯(lián)組成。每個半橋臂都由一個全控型功率開關(guān)管和一個功率二極管并聯(lián)構(gòu)成。圖1中，每個橋臂有兩種輸出狀態(tài)，即上半橋臂導通且下半橋臂關(guān)斷的P 狀態(tài)和上半橋臂關(guān)斷且下半橋臂導通的N狀態(tài)。這樣，三個橋臂一共可產(chǎn)生8種不同組合的輸出狀態(tài)。每一種輸出狀態(tài)在三相輸出端Al、Bl和Cl都會產(chǎn)生相應的3個相對于直流側(cè)假想中點(圖1中的0'點)的相電壓。根據(jù)這3個相電壓的軸線在空間位置上依次相差120度的對稱關(guān)系(如圖2所示)，由平行四邊形法則可以合成一個基本電壓空間矢量。 圖1中傳統(tǒng)的三相橋式兩電平逆變器電路可以合成6個基本電壓空間矢量，其開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)與基本電壓空間矢量對應關(guān)系圖如圖3所示。圖3中，“P”和括號中的“1”代表上半橋臂(例如Tl)導通，同時下半橋臂(例如T4)關(guān)斷的狀態(tài)?！癗”和括號中的“0”代表上半橋臂(例如Tl)關(guān)斷，同時下半橋臂(例如T4)導通的狀態(tài)。PNN(IOO)則代表圖1中從左至右三個橋臂的開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，即Tl、T6、T2導通，同時開關(guān)管T4、T3、T5關(guān)斷的狀態(tài)。假設三相橋式兩電平逆變器某一時刻的輸出狀態(tài)為PNN(IOO)，即A相電壓為Ud/2，B、 C相電壓為_Ud/2，合成矢量為UdZ (其中，Ud為直流電源的電壓，UdZ為電壓矢量極坐標表示方式)，按照等功率原則乘以#的系數(shù)，得到最終基本電壓空間矢量為。按照相同的方式可以得到另外5個幅值相等，相位依次相差60度的基本電壓空間矢量，以及兩個輸出狀態(tài)對應幅值為零的零矢量，具體如圖3所示。在電壓SVPWM控制方式，當?shù)玫交倦妷嚎臻g矢量后，期望電壓空間矢量按照伏秒平衡法則由相鄰的兩個基本電壓空間矢量以不同的作用時間來合成。二極管鉗位型三電平逆變器每個橋臂有三種輸出狀態(tài)，上半橋臂兩個開關(guān)管導通且下半橋臂兩個開關(guān)管關(guān)斷的P狀態(tài)、上半橋臂兩個開關(guān)管關(guān)斷且下半橋臂兩個開關(guān)管導通的N狀態(tài)、中間兩個開關(guān)管導通其余兩個開關(guān)管關(guān)斷的0狀態(tài)，三個橋臂一共可以產(chǎn)生 27種不同的組合，其中有19個互斥的基本電壓空間矢量，期望電壓空間矢量的合成矢量可以從這19個基本電壓空間矢量中選取。由于二極管鉗位型三電平逆變器本身的結(jié)構(gòu)特點， 0狀態(tài)導致了對直流側(cè)電容的充放電作用，從而產(chǎn)生電容電壓不均衡問題，因此基本電壓空間矢量的選擇受到電容電壓不均衡問題的限制。并且，同一個橋臂的狀態(tài)禁止在P狀態(tài)和 N狀態(tài)間直接切換，中間必須添加0狀態(tài)作為過渡狀態(tài)，這就再次限制了合成矢量的選擇范圍。二極管鉗位型三電平逆變器雖然增加了輸出電壓的電平數(shù)目，但其輸出線電壓基波的最大幅值沒有增加，仍然為直流側(cè)電壓
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種逆變電路及其電壓空間矢量脈沖寬度調(diào)制方法，用以解決上述背景技術(shù)中提及的逆變器或者逆變電路及其控制方法存在的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是，一種逆變電路，其特征是所述逆變電路包括直流電容、第一三相橋式逆變電路、第二三相橋式逆變電路和三相隔離變壓器；其中，所述直流電容跨接于直流側(cè)的直流電源正負極之間；所述第一三相橋式逆變電路和第二三相橋式逆變電路的輸入端與直流電容并聯(lián)， 共用直流電源；所述第一三相橋式逆變電路的三相輸出端分別與三相隔離變壓器二次側(cè)的X、y 和ζ端相連；所述第二三相橋式逆變電路的三相輸出端分別與三相隔離變壓器一次側(cè)的A、B 和C端相連；所述三相隔離變壓器的一次側(cè)為星形連接，二次側(cè)的a、b和c端分別與負載的三相輸入端連接；所述第一三相橋式逆變電路和第二三相橋式逆變電路分別包括三個橋臂，每個橋臂由上下兩個半橋臂串聯(lián)組成；每個半橋臂都由一個全控型功率開關(guān)管和一個功率二極管并聯(lián)構(gòu)成。一種逆變電路的電壓空間矢量脈沖寬度調(diào)制方法，其特征是所述方法包括步驟1 根據(jù)基本電壓空間矢量的分析方法，獲取逆變電路的基本電壓空間矢量及其對應的開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)組合；步驟2 根據(jù)期望電壓空間矢量計算調(diào)制度；步驟3 根據(jù)調(diào)制度，確定合成期望電壓空間矢量的基本電壓空間矢量；找到所述確定的基本電壓空間矢量所對應的開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)組合，從中選取開關(guān)次數(shù)最少的開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)組合；
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步驟4:按照選取的開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)組合調(diào)節(jié)開關(guān)管，實現(xiàn)期望電壓空間矢量的合成。

所述調(diào)制度的計算公式為
權(quán)利要求
1.一種逆變電路，其特征是所述逆變電路包括直流電容、第一三相橋式逆變電路、第二三相橋式逆變電路和三相隔離變壓器；其中，所述直流電容跨接于直流側(cè)的直流電源正負極之間；所述第一三相橋式逆變電路和第二三相橋式逆變電路的輸入端與直流電容并聯(lián)，共用直流電源；所述第一三相橋式逆變電路的三相輸出端分別與三相隔離變壓器二次側(cè)的X、y和Z端相連；所述第二三相橋式逆變電路的三相輸出端分別與三相隔離變壓器一次側(cè)的A、B和C端相連；所述三相隔離變壓器的一次側(cè)為星形連接，二次側(cè)的a、b和c端分別與負載的三相輸入端連接；所述第一三相橋式逆變電路和第二三相橋式逆變電路分別包括三個橋臂，每個橋臂由上下兩個半橋臂串聯(lián)組成；每個半橋臂都由一個全控型功率開關(guān)管和一個功率二極管并聯(lián)構(gòu)成。
2.一種如權(quán)利要求1所述的逆變電路的電壓空間矢量脈沖寬度調(diào)制方法，其特征是所述方法包括步驟1 根據(jù)基本電壓空間矢量的分析方法，獲取逆變電路的基本電壓空間矢量及其對應的開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)組合；步驟2 根據(jù)期望電壓空間矢量計算調(diào)制度；步驟3 根據(jù)調(diào)制度，確定合成期望電壓空間矢量的基本電壓空間矢量；找到所述確定的基本電壓空間矢量所對應的開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)組合，從中選取開關(guān)次數(shù)最少的開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)組合；步驟4 按照選取的開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)組合調(diào)節(jié)開關(guān)管，實現(xiàn)期望電壓空間矢量的合成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓空間矢量脈沖寬度調(diào)制方法，其特征是所述調(diào)制度的計 IfI算公式為
全文摘要
本發(fā)明公開了電路設計技術(shù)領(lǐng)域中的一種逆變電路及其電壓空間矢量脈沖寬度調(diào)制方法。逆變電路包括直流電容、第一三相橋式逆變電路、第二三相橋式逆變電路和三相隔離變壓器；電壓空間矢量脈沖寬度調(diào)制方法包括獲取逆變電路的基本電壓空間矢量及其對應的開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)組合；根據(jù)期望電壓空間矢量計算調(diào)制度；根據(jù)調(diào)制度，確定合成期望電壓空間矢量的基本電壓空間矢量，找到其所對應的開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)組合，從中選取開關(guān)次數(shù)最少的開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)組合；按照選取的開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)組合調(diào)節(jié)開關(guān)管，實現(xiàn)期望電壓空間矢量的合成。本發(fā)明解決了直流側(cè)電容電壓不均衡的問題并達到矢量切換時開關(guān)動作次數(shù)最少的目的。
文檔編號H02M7/49GK102307018SQ20111025318
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者朱永強, 王文山, 趙正奎 申請人:華北電力大學