本發(fā)明涉及電力電子，尤其涉及一種基于多矢量合成的三電平變換器svpwm方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源技術(shù)的快速發(fā)展，如太陽能、風(fēng)能等可再生能源的廣泛應(yīng)用，對(duì)高電壓、高功率等級(jí)的并網(wǎng)變換器需求急劇增加。三電平脈寬調(diào)制（pwm）變換器在電壓水平、功率密度、電流波形質(zhì)量等方面優(yōu)于傳統(tǒng)pwm變換器。因此，三電平pwm變換器廣泛應(yīng)用于中髙壓大功率高性能設(shè)備中。

2、pwm調(diào)制技術(shù)是三電平變換器的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前主要的方法有：基于載波的正弦脈寬調(diào)制（cb-spwm）方法、空間矢量脈寬調(diào)制（svpwm）、特定諧波消除脈寬調(diào)制（shepwm）方法以及無需載波調(diào)制的模型預(yù)測(cè)控制方法。

3、傳統(tǒng)三電平變換器svpwm方法，通常采用鄰近三矢量原則來合成參考矢量，該方法需要將電壓空間矢量圖分成6個(gè)大扇區(qū)，然后再分成24個(gè)小三角形區(qū)域或者36個(gè)小區(qū)域。由于每個(gè)區(qū)域都需要計(jì)算三個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間，且涉及三角函數(shù)的計(jì)算，計(jì)算量較大，實(shí)現(xiàn)過程較為繁雜。其次，每個(gè)大扇區(qū)之間的切換存在開關(guān)管的切換，無法平滑過渡。還有，當(dāng)調(diào)制比較小時(shí)，僅采用了小矢量和零矢量來合成空間矢量vr，使得三電平變換器輸出線電壓僅含有±ebat/2和0三種電平，其輸出線電壓的性能跟兩電平svpwm類似，無法充分發(fā)揮三電平變換器的優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，有必要提供一種基于多矢量合成的三電平變換器svpwm方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。

2、為了解決上述問題，第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于多矢量合成的三電平變換器svpwm方法，包括：

3、步驟s1，基于三電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，定義三電平變換器的輸出電壓矢量，繪制三電平變換器空間電壓矢量圖，并將三電平空間電壓矢量圖分為多個(gè)扇區(qū)；其中，所述輸出電壓矢量包括大矢量、中矢量、小矢量和零矢量；

4、步驟s2，根據(jù)伏秒平衡原理，計(jì)算各個(gè)扇區(qū)中大矢量以及零矢量的占空比；

5、步驟s3，控制每個(gè)扇區(qū)內(nèi)小矢量和中矢量的占空比相等，得到輸出電壓矢量占空比的約束條件；

6、步驟s4，根據(jù)伏秒平衡原理，結(jié)合輸出電壓矢量占空比的約束條件，計(jì)算各個(gè)扇區(qū)內(nèi)輸出電壓矢量的占空比；

7、步驟s5，根據(jù)輸出電壓矢量的占空比，結(jié)合預(yù)設(shè)的輸出電壓矢量排列順序，得到三電平變換器中三相橋臂電壓的輸出狀態(tài)以及每相開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

8、優(yōu)選的，步驟s1中，所述基于三電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，定義三電平變換器的輸出電壓矢量，繪制三電平變換器空間電壓矢量圖，包括：

9、三電平變換器包括a相橋臂、b相橋臂和c相橋臂，每一相橋臂包含四個(gè)開關(guān)器件和一對(duì)箝位二極管；

10、三電平變換器的每相橋臂輸出三種不同的電壓電平，包括正電平p、零電平o和負(fù)電平n；

11、基于每一相橋臂三種可能的輸出狀態(tài)p、o、n，定義三電平變換器的27種輸出電壓矢量；根據(jù)所述輸出電壓矢量繪制三電平變換器空間電壓矢量圖。

12、優(yōu)選的，步驟s2中，所述根據(jù)伏秒平衡原理，得到各個(gè)扇區(qū)中的大矢量以及零矢量的占空比的計(jì)算公式為：

13、

14、式中， vr表示空間矢量， ts是開關(guān)周期， v21和 v22表示兩個(gè)大矢量， v01表示零矢量， di_1是大矢量 v21的占空比， di_2是大矢量 v22的占空比， di_0是零矢量 v01的占空比， i表示空間矢量 vr位于第i個(gè)扇區(qū)內(nèi)。

15、優(yōu)選的，步驟s4中，所述根據(jù)伏秒平衡原理，結(jié)合小矢量與中矢量的約束條件，計(jì)算六個(gè)扇區(qū)內(nèi)輸出電壓矢量的占空比，包括：

16、采用多個(gè)輸出電壓矢量來合成空間矢量 vr，根據(jù)伏秒平衡原理得到：

17、

18、式中， dj1、 dj2、 dj3、 dj4、 dj5、 dj6和 dj7（ j=1，2，3，4，5，6）分別表示對(duì)應(yīng)輸出電壓矢量的占空比；

19、由小矢量和中矢量的占空比相等，得到約束條件：

20、 dj2＝ dj4＝ dj6

21、根據(jù)伏秒平衡，約束條件以及大矢量、中矢量與小矢量之間的關(guān)系，得到表達(dá)式：

22、

23、式中， v11和 v12表示兩個(gè)小矢量， v01和 v02表示兩個(gè)零矢量， v31表示中矢量， di_com為六個(gè)扇區(qū)內(nèi)的一個(gè)中間變量， ki_com為對(duì)應(yīng)的比例調(diào)節(jié)系數(shù)；

24、根據(jù)上述表達(dá)式，得到六個(gè)扇區(qū)內(nèi)輸出電壓矢量的占空比為：

25、。

26、優(yōu)選的，在步驟s5之前，所述方法還包括：

27、確定每個(gè)扇區(qū)的輸出電壓矢量排列順序；其中，每個(gè)扇區(qū)均采用零矢量作為起始矢量；

28、在各個(gè)扇區(qū)內(nèi)，輸出電壓矢量排列順序依次為零矢量 v01、小矢量 v11、大矢量 v21、中矢量 v31、大矢量 v22、小矢量 v12以及零矢量 v02。

29、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于多矢量合成的三電平變換器svpwm系統(tǒng)，包括：

30、矢量圖分區(qū)模塊，用于基于三電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，定義三電平變換器的輸出電壓矢量，繪制三電平變換器空間電壓矢量圖，并將三電平空間電壓矢量圖分為多個(gè)扇區(qū)；其中，所述輸出電壓矢量包括大矢量、中矢量、小矢量和零矢量；

31、第一計(jì)算模塊，用于根據(jù)伏秒平衡原理，計(jì)算各個(gè)扇區(qū)中的大矢量以及零矢量的占空比；

32、矢量約束模塊，用于控制每個(gè)扇區(qū)內(nèi)小矢量和中矢量的占空比相等，得到輸出電壓矢量占空比的約束條件；

33、第二計(jì)算模塊，用于根據(jù)伏秒平衡原理，結(jié)合輸出電壓矢量占空比的約束條件，計(jì)算各個(gè)扇區(qū)內(nèi)輸出電壓矢量的占空比；

34、信號(hào)輸出模塊，用于根據(jù)輸出電壓矢量的占空比，結(jié)合預(yù)設(shè)的輸出電壓矢量排列順序，得到三電平變換器中三相橋臂電壓的輸出狀態(tài)以及每相開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

35、第三方面，本發(fā)明還提供了一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，其中，

36、所述存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)程序；

37、所述處理器，與所述存儲(chǔ)器耦合，用于執(zhí)行所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的所述程序，以實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明第一方面實(shí)施例所述的基于多矢量合成的三電平變換器svpwm方法中的步驟。

38、第四方面，本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀取的程序或指令，所述程序或指令被處理器執(zhí)行時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)如本發(fā)明第一方面實(shí)施例所述的基于多矢量合成的三電平變換器svpwm方法中的步驟。

39、本發(fā)明提供的基于多矢量合成的三電平變換器svpwm方法及系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

40、1）本發(fā)明提供的三電平變換器svpwm方法，采用多矢量來合成空間矢量，僅需要將空間矢量圖簡(jiǎn)單分為六個(gè)扇區(qū)，也只需要計(jì)算這六個(gè)扇區(qū)內(nèi)合成矢量分別作用的時(shí)間，顯著減少了計(jì)算量，且實(shí)現(xiàn)過程簡(jiǎn)單。

41、2）由于每個(gè)扇區(qū)都采用零矢量作為起始矢量，從而保證扇區(qū)之間的切換是平滑的。

42、3）當(dāng)調(diào)制比較小時(shí)，仍然使得三電平變換器輸出線電壓含有五種電平，能夠保證高質(zhì)量的輸出電壓波形。

43、4）通過控制每個(gè)扇區(qū)內(nèi)小矢量和中矢量作用的時(shí)間，使得三電平變換器直流側(cè)中點(diǎn)電流在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的平均值都為零，從而解決了三電平中點(diǎn)電壓的平衡問題。