[发明专利]基于VSVPWM的三电平逆变器中点电位补偿平衡控制策略

说明书

技术领域

本发明属于高压、大功率交流变频调速领域，涉及一种基于虚拟空间电压矢量调制（VSVPWM）的三电平逆变器中点电位补偿平衡控制策略。

背景技术

二极管箝位型（NPC）三电平逆变器相对于传统的两电平逆变器，其共模干扰比较小、输出电压更接近正弦波、等效开关频率高、谐波含量小、每个开关器件承受的电压值相当于原来直流电压的一半等特点，现已在中高压大功率场合得到广泛的应用。NPC三电平逆变器每相桥臂的输出端都通过箝位二极管连接到了直流侧的电容中点，所以在逆变器工作时会有电流流入或流出电容中点，对上下两个电容进行不等量充放电，导致中点电位的不平衡。因此，中点电位不平衡问题是NPC三电平逆变器的固有问题。

中点电位的不平衡会带来如下的严重危害：输出电压波形发生严重畸变，导致低次谐波输入到异步电机中，使得电机的负载产生转矩脉动，影响变频调速系统的性能；逆变器的开关器件承受的电压应力不同，致使开关器件的耐压等级提高，提高了工程的成本，造成资源的浪费；中点电位的波动降低了电容的使用时间，在功率传递过程中，如果不采取一定的措施，将会导致逆变器的电平数退化。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，在传统的SVPWM基础上引入一个虚拟中矢量，通过小矢量和中矢量的重新组合，能够使每个采样周期中流过中点的电流为零，由于引入一个虚拟矢量，所以称这种调制方法为虚拟空间矢量调制（VSVPWM）。但是该方法增加了开关频率和开关损耗；其成立的条件是在三相电流对称的情况下成立的，当负荷不平衡时，会导致中点电位偏差增大。因此本发明提出了一种基于VSVPWM的中点电位准确补偿控制策略，该方法根据检测到的中点电位偏差、三相输出电流和直流侧中点电流方向。引入电压调整系数，对不同的小矢量设置不同的调整系数，以增加相应正或负小矢量对中点电流的控制能力，减小中点电位的波动。

本发明为解决上述技术问题的不足而采用的技术方案是：基于VSVPWM的三电平逆变器中点电位补偿平衡控制策略，包括以下几个步骤：

A．在传统空间电压矢量基础上，如附图1所示，引入一个虚拟中矢量，通过小矢量和中矢量的重新组合，能够使得每个采样周期中流过中点的电流为零，形成新的空间电压矢量图，附图2为虚拟空间A扇区电压矢量图；

B．以步骤A中组成的新的空间电压矢量图，判断参考电压矢量                                                所在扇区，小三角形区域以及各矢量的作用时间，由于空间电压矢量的对称性，以扇区A为例进行分析；

C．对步骤B中得到的各个矢量的作用时间进行重新分配，以达到减小中点电位波动的目的，引入电压调整系数，以达到对中点电位的准确补偿，根据检测到的中点电位偏差、三相输出电流和直流侧中点电流方向，分别得到基于电压调整系数值的计算方法和基于电压调整系数的准确补偿计算方法；

D．采用一种基于电容电压偏差的滞环比较控制方法，将步骤C中得到的两种计算方法进行切换调制。

本发明所述步骤A中将小矢量和中矢量的重新组合方法为，

三电平逆变器在正常工作时，三相负载电流对称，如果将中矢量的作用时间均匀分配给两个小矢量和一个中矢量，则流入中点的电流可以表示成为。基于这个思想，引入一个虚拟中矢量：，。

本发明所述步骤B中判断参考电压矢量所在扇区，小三角形区域以及各矢量的作用时间的方法为，

步骤一、判断判断参考电压矢量所在扇区。判断判断参考电压矢量所在扇区，在坐标轴上的投影分别为，利用的大小判断参考电压矢量所在扇区；

步骤二、判断所在小三角形区域。根据不同的角，计算出各分区边界到原点的长度，比较矢量模长与分区边界到原点的长度来确定参考电压矢量所在的小三角形区域，参考电压矢量为，如附图2所示，此时各分区边界到原点的距离分别为，通过正弦定理可以求得其长度分别为，根据的大小来确定参考电压矢量所在小三角形区域；

步骤三、计算各个矢量的作用时间。A扇区分为5个小三角形区域，当参考电压矢量位于落在A扇区的区时，如附图2所示，根据经典的最近三矢量合成法则，由基本电压矢量、、共同合成，此时参考电压矢量的合成关系，利用此关系式即可得出各个矢量的作用时间。

由于空间电压矢量的对称性，在其他几个扇区的小三角形判定以及矢量作用时间的计算上与A扇区采用相同的办法即可。

本发明所述步骤C中对中点电位的准确补偿控制策略方法为，