雙三電平逆變器系統(tǒng)零序電壓消除的空間矢量調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種逆變器系統(tǒng)空間矢量調(diào)制方法，特別是一種雙三電平逆變器系統(tǒng) 零序電壓消除的空間矢量調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，多電平逆變器的輸出電壓諧波含量低，對半導(dǎo)體器件的開關(guān)應(yīng)力小，在 中、高壓大功率的場合得到了越來越廣泛的應(yīng)用。與二極管鉗位型、飛跨電容型、H橋級聯(lián) 型逆變器相比，在開關(guān)器件數(shù)量相等的情況下，由于開繞組異步電機(jī)雙端級聯(lián)式逆變器可 給負(fù)載提供更多的電平數(shù)，產(chǎn)生更少的輸出電壓、電流諧波，所以使得它在多電平逆變器領(lǐng) 域和傳動領(lǐng)域的應(yīng)用潛力更為突出。但是此逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在單一直流電壓源供電時產(chǎn)生 的零序電壓問題仍然是眾多學(xué)者研宄的熱點，其中尤以雙兩電平和雙三電平逆變器的研宄 為主。針對該問題，有很多關(guān)于雙兩電平和雙三電平逆變器零序電壓消除的方法和調(diào)制策 略被提出。
[0003] 當(dāng)開繞組異步電機(jī)雙三電平逆變器工作在單一直流電壓源供電模式時，系統(tǒng)內(nèi)部 會形成回路，此時系統(tǒng)會在零序電壓的作用下產(chǎn)生很大的零序電流，從而形成系統(tǒng)內(nèi)部的 環(huán)流，使電機(jī)相電流的諧波含量增加，損害開繞組電機(jī)的絕緣，從而影響設(shè)備的正常運行， 所以需要對系統(tǒng)的零序電壓進(jìn)行抑制，確保系統(tǒng)工作在良好的運行狀態(tài)?，F(xiàn)有的對雙三電 平逆變器系統(tǒng)零序電壓的消除方法主要有以下三種：（1)采用獨立的直流電壓源給兩個三 電平逆變器供電，使系統(tǒng)零序電壓在系統(tǒng)內(nèi)部形成不了回路，從而產(chǎn)生不了零序電流；（2) 利用統(tǒng)一快速算法和空間電壓矢量180°解耦的方法，通過調(diào)整零矢量的作用時間，使其在 每個開關(guān)周期內(nèi)每個逆變器產(chǎn)生的零序電壓平均值為零；（3)當(dāng)雙三電平逆變器工作在單 一直流電壓源供電模式時，利用交錯鉗位的方法使得負(fù)載三相相電壓之和在每個開關(guān)周期 內(nèi)的平均值為零。
[0004] 對以上的這些控制方法進(jìn)行分析可知，方法（1)采用的獨立直流電壓源給兩個三 電平逆變器供電，雖然此時系統(tǒng)的零序電壓不為零，系統(tǒng)中存在很大的零序電壓，但是由于 兩個逆變器的直流電壓源被隔離，系統(tǒng)內(nèi)部沒有形成回路，所以此時系統(tǒng)的零序電流為0， 對系統(tǒng)的運行無影響，但這種方法會增加系統(tǒng)的設(shè)備成本，且難以實現(xiàn)電機(jī)的四象限運行； 方法（2)和方法（3)只是從平均意義上對雙三電平逆變器系統(tǒng)的零序電壓進(jìn)行動態(tài)消除， 逆變器系統(tǒng)中的零序電壓的幅值還是很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是要提供一種雙三電平逆變器系統(tǒng)零序電壓消除的空間矢量調(diào)制 方法，實現(xiàn)對雙三電平逆變器系統(tǒng)零序電壓的瞬時值的消除。
[0006] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：該空間矢量調(diào)制方法為，將參考電壓矢量分解為兩 個大小相等、方向互為60°的等效參考電壓矢量，且這兩個等效參考電壓矢量的幅值為參 考電壓矢量的幅值的1/W倍，由兩個二極管鉗位型三電平逆變器分別單獨產(chǎn)生，然后利用 統(tǒng)一快速算法將這兩個等效參考電壓矢量相對應(yīng)的兩電平分量轉(zhuǎn)化為各自相應(yīng)的三相橋 臂的假想開關(guān)切換時刻以及求出相應(yīng)的有效作用時間，進(jìn)而得到兩個兩電平分量在空間電 壓矢量調(diào)制下的三相橋臂的實際開關(guān)切換時刻，最后對這兩個兩電平分矢量的開關(guān)狀態(tài)進(jìn) 行反修正得到相應(yīng)的兩個等效參考電壓矢量的開關(guān)狀態(tài)，完成雙三電平逆變器的調(diào)制，實 現(xiàn)雙三電平逆變器系統(tǒng)零序電壓的有效消除。
[0007] 具體實現(xiàn)步驟為：
[0008] 步驟一：將參考電壓矢量UMf分解為兩個大小相等、方向互為60°的等效參考電 壓矢量Uref:和Uref2，且U=U= |/W;
[0009] 步驟二：將兩個等效參考電壓矢量UPU_的a軸分量UaUMf。2和0軸 分量!4efM、l4efP2利用下式的矩陣變換得到三相靜止坐標(biāo)系abc中的三相分量Urafal、l4efbl、 Urefcl矛口U refa2、Urefb2、Urefc2:
[0010]
[0011]其中，x G (1，2);
[0012] 步驟三：根據(jù)下表確定兩個等效參考電壓矢量U,efl和U,ef2所在三電平空間矢量圖 中的扇區(qū)：
[0013]
[0014]其中，x G (1，2);
[0015] 步驟四：根據(jù)這兩個等效參考電壓矢量U,efl和U,ef2所在扇區(qū)的中心矢量Ubasel和 ub_2，將這兩個等效參考電壓矢量UMfl和UMf2進(jìn)行修正分解得到各自相對應(yīng)的中心矢量 Ubasel、Ubase^兩電平分矢量u' ,efl、u' ,ef2，并且在三電平空間矢量圖中不同扇區(qū)對應(yīng)的中 心矢量的三相分量值是不同的，具體如下表所示：
[0016]
[0017] 其中，xe(1，2)_，Ud。表示三電平逆變器直流側(cè)電壓的2倍;
[0018] 步驟五：利用下式可得到兩電平分矢量U',efl、U' ,ef2在三相靜止坐標(biāo)系abc中 各自相對應(yīng)的三相的值U'refax Ureffax"* Urefcx ?
[0019] u;refx=urefx-ubasex
[0020] Urefs -[UrefasUrefbsUrefcs]
[0021 ]Urefx -[UrefaxUrefbxUrefcx]
[0022] Ubasex=[U baseax ^basebx ^basecx-l
[0023] U' refax=Urefax_Ubaseax
[0024] U;refbx= Urefbx_Ubasebx
[0025] U;refcx= Urefcx-Ubasecx
[0026] 其中，xe (1，2);
[0027] 步驟六：利用統(tǒng)一快速算法，將兩個兩電平分矢量U'MpU' ^2的三相的值經(jīng)過 下式處理后可得到各自相對應(yīng)的兩電平分矢量的三相橋臂的假想開關(guān)切換時刻Tasl、Tbsl、 Tcsi和Tas2、Tbs2、Tcs2: 2?U^
[0028] rpsq=pq -rs ^dc
[0029] Tmaxq=max(Tasq,Tbsq, Tcsq)
[0030] Tminq=min(Tasq,Tbsq, Tcsq)
[0031] Teffq=Tfflaxq-Tfflinq
[0032] 其中，pG(a，b，c)，qG(1，2)，T_和T^分別表示三相橋臂的假想開關(guān)切換時 刻中的最大值和最小值，Trff為有效作用時間，所謂有效作用時間，是逆變器在一個開關(guān)周 期八內(nèi)三相橋臂的輸出電平數(shù)不同時的時間段，因為只有當(dāng)逆變器的三相橋臂輸出電平數(shù) 不同時，逆變器才能功率輸出；
[0033] 步驟七：利用下式可得到兩個兩電平分矢量U'Mfl、U' Mf2在空間電壓矢量調(diào)制 下的三相橋臂的實際開關(guān)切換時刻Tgal、Tgbl、Tgel和Tga2、Tgb2、Tgc2:
[0034] Tgxy=Taxy+Toffsety
[0035] T〇y=Ts/2-Teffy
[0036] roffset> =^-rmmy
[0037]其中，xG(a，b，c)，y G(1，2)，！^加表示偏移時間；
[0038] 步驟八：由步驟七得到的兩個兩電平分矢量的開關(guān)狀態(tài)，它只有（0, 1)兩種，如果 要驅(qū)動兩個二極管鉗位型三電平逆變器工作就需要對修正后的兩個兩電平分矢量所在扇 區(qū)的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行反修正，即加上所在扇區(qū)區(qū)域中心矢量的一組開關(guān)狀態(tài)；根據(jù)步驟二和 步驟三的扇區(qū)劃分方法，1~6扇區(qū)對應(yīng)的中心矢量的開關(guān)狀態(tài)如下表所示：
[0039]
[0040]
[0041] 其中，〇、1、2分別表不三電平逆變器每相n、o、p輸出電平，利用上表列出的不同扇 區(qū)對應(yīng)的中心矢量的開關(guān)狀態(tài)就可以對所有的兩個兩電平分矢量的開關(guān)狀態(tài)完成反修正 過程；
[0042]步驟九：根據(jù)步驟八獲得的開關(guān)狀態(tài)，計算雙三電平逆變器中的第一逆變器和第 二逆變器的各路功率開關(guān)管的開關(guān)信號的占空比；
[0043] 步驟十：配置數(shù)字信號處理器的定時器1，用于產(chǎn)生5kHz高頻的三角載波信號；
[0044] 步驟十一：根據(jù)步驟九得到的三電平逆變器中各路功率管開關(guān)的開關(guān)信號占空比 計算并更新數(shù)字信號處理器中比較寄存器的值，從而在數(shù)字信號處理器的事件管理器A和 事件管理器B中產(chǎn)生12路脈沖，再利用現(xiàn)場可編程門陣列對從數(shù)字信號處理器發(fā)出的12 路脈沖進(jìn)行取反，得到24路脈沖驅(qū)動兩個二極管鉗位型三電平逆變器工作，完成對雙三電 平逆變器的空間矢量調(diào)制過程，實現(xiàn)對雙三電平逆變器系統(tǒng)零序電壓的消除。
[0045] 定義的調(diào)制度％為： 2-Uief
[0046] 一。
[0047] 有益效果，由于采用了上述方案，無需通過調(diào)整每個逆變器中零矢量的作用時間 使其在每個開關(guān)周期內(nèi)每個逆變器產(chǎn)生的零序電壓平均值為零，無需對每個開關(guān)周期內(nèi)系 統(tǒng)的零序電壓進(jìn)行動態(tài)抑制，利用統(tǒng)一快速算法和空間電壓矢量解耦的方法將參考電壓矢 量分解為兩個大小相等、方向互為60°的等效參考矢量，并由兩個逆變器分別單獨產(chǎn)生，可 簡單、有效的實現(xiàn)對雙三電平逆變器系統(tǒng)零序電壓的瞬時值的消除。
[0048] 優(yōu)點：方法原理簡單，結(jié)構(gòu)清晰，只需利用統(tǒng)一快速算法和空間電壓矢量解耦的原 理和方法便可使雙三電平逆變器系統(tǒng)中的兩個三電平逆變器工作在單一直流電壓源的供 電模式，有效簡化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和降低成本，易于實現(xiàn)開繞組異步電機(jī)的四象限運行。
【附圖說明】
[0049]圖1為本發(fā)明一種新的基于雙三電平逆變器系統(tǒng)零序電壓消除的空間矢量調(diào)制 算法流程圖。
[0050] 圖2為本發(fā)明的處于共直流母線結(jié)構(gòu)的雙三電平逆變器主拓?fù)鋱D。
[0051] 圖3為本發(fā)明的雙三電平逆變器60°空間電壓矢量解耦原理圖。
[0052] 圖4為本發(fā)明的三電平逆變器空間電壓矢量分布以及對應(yīng)的扇區(qū)劃分圖。
[0053] 圖5為本發(fā)明的U,efl的三相參考信號瞬時值對應(yīng)的開關(guān)脈沖和有效開關(guān)時間關(guān)系 原理圖。
[0054] 圖6為本發(fā)明的UMfl處于2扇區(qū)時的三相參考信號瞬時值對應(yīng)的開關(guān)脈沖和有效 開關(guān)時間關(guān)系圖。
[0055] 圖7為本發(fā)明的U,ef2處于4扇區(qū)時的三相參考信號瞬時值對應(yīng)的開關(guān)脈沖和有效 開關(guān)時間關(guān)系圖。
[0056] 圖8為本發(fā)明的調(diào)制度ma= 0. 9時不同供電模式下的電機(jī)相電流和相電壓實驗 波形圖。
[0057] 圖9為本發(fā)明的調(diào)制度ma= 0. 5時不同供電模式下的電機(jī)相電流和相電壓試驗 波形圖。
[0058] 圖10為本發(fā)明的調(diào)制度分別為ma= 0. 9和ma= 0. 5時獨立直流電壓源供電模式 下的雙三電平逆變器系統(tǒng)零序電壓試驗波形圖。
【具體實施方式】
[0059] 下面將結(jié)合附圖1對本發(fā)明所實施方式作進(jìn)一步說明，本實施方式所述的一種新 的對雙三電平逆變器系統(tǒng)零序電壓進(jìn)行有效消除的空間矢量調(diào)制方法，是針對60°空間矢 量解耦模型的，該方法為：首先將參考電壓矢量分解為兩個大小相等、方向互為60°的等 效參考電壓矢量，且這兩個等效參考電壓矢量的幅值為參考電壓矢量幅值的]A/5倍，并由 兩個二極管鉗位型三電平逆變器分別單獨產(chǎn)生，然后利用統(tǒng)一快速算法將這兩個等效參考 電壓矢量相對應(yīng)的兩電平分量轉(zhuǎn)化為各自相應(yīng)的三相橋臂的假想開關(guān)切換時刻以及求出 相應(yīng)的有效作用時間，進(jìn)而得到這兩個兩電平分量在空間電壓矢量調(diào)制下的三相橋臂的實 際開關(guān)切換時刻，最后對這兩個兩電平分矢量的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行反修正得到相應(yīng)的兩個