[发明专利]基于SVM DTC的容错三相四开关中点电位补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于SVM DTC的容错三相四开关中点电位补偿方法，该方法从分析三相四开关逆变器的基本电压矢量对电容中点电位平衡的影响处着手，通过改变零矢量的合成方式来有效的抑制了电容中点电位的不平衡程度。各开关管的驱动信号是通过直流母线电压、逆变器的调制电压、直流母线电容电压差以及调制周期计算得到的，将得到的各开关管驱动信号用以对逆变器进行驱动控制。本发明能够有效的抑制电容中点电压不平衡的程度，使电机的速度更为平稳，转矩脉动更小，并且可以在电容容值相同时应用于更大的功率场合下。本发明可应用于三相四开关逆变器的控制领域，如由三相四开关逆变器供电的电机驱动系统、并网逆变器或有源滤波器中对逆变器的控制。

技术领域

本发明涉及逆变器控制技术领域，具体涉及基于SVM DTC的容错三相四开关中点电位补偿方法。

背景技术

随着电力电子器件及其控制技术的迅速发展，电力电子逆变器在交流电机变频调速、新能源发电等场合已得到广泛应用。三相六开关电压型逆变器控制的电机驱动系统凭借着其主电路简单，控制方法灵活的优势得到了广泛应用。然而，该逆变器的电力电子器件及其驱动控制电路受限于当前的技术及工艺水平，故障率相对于其他电气系统较高。同时，对于电力牵引这种需要连续操作，可靠程度要求高的大功率应用场合，逆变器故障将导致牵引力丧失，会影响生产运营效果，严重时甚至会威胁到生产与人身安全。因此如何保证故障情况下系统的持续运行有着重要的研究意义。

起初，三相四开关(FSTPI)的拓扑结构，如图1所示(a相故障)，被应用于某些需要降低成本的场合，因其可以通过减少功率开关器件的数量来降低逆变器成本。随之，FSTPI被应用于三相六开关的容错方案中，如图2所示，因其结构简单，利用率较高，体积小，成本较低，可以适用于较大功率的应用场合，故而有很大的研究价值。

目前，针对于FSTPI的控制方法是基于空间矢量脉宽调制的直接转矩控制方法(SVM DTC)，提出了采用四开关表，如图3所示，以及合成零矢量的方案。相比于三相六开关，FSTPI需要两个直流母线电容进行充放电，并且故障相取电自电容中点，故而会导致电容中点电位不平衡。中点电位不平衡会使三相四开关的四个基本矢量发生偏移，如图4所示，如果不进行中点电位的补偿，获得的磁链幅值将会变小，使输出电压降低；其输出特性变差会导致转矩脉动增大，影响SVM DTC的控制效果；并且幅值变小的基本电压矢量的作用时间增大，就会进一步引起电容的充放电加剧，从而导致中点电位更加不平衡，严重时会导致一个电容放电过度控制失败。值得注意的是，为了在实际的生产操作中有效的降低成本，选取的直流母线电容应尽量较小，这就会进一步加剧不平衡的现象。

目前针对于此的解决方法是在电容中点不平衡时改变FSTPI的四个基本电压矢量的作用时间来合成目标电压矢量，并用其中的U(0，0)和U(1，1)电压矢量合成零矢量。该方法虽然能够在中点电位不平衡时依然输出给定的目标电压矢量，但会进一步加剧直流母线电容电压的不平衡程度，长时间运行会导致输出性能变差，甚至会导致其中一个电容完全放电，导致控制失败。

为解决该问题，需要探索一种新的方法，能够有效的控制电容母线中点电位的不平衡程度，使电机的速度更为平稳，转矩脉动更小，可以长期运行。

发明内容

由此，本发明基于目前的研究方法提供了一种基于SVM DTC的容错三相四开关中点电位补偿方法，通过改进零矢量的合成方式，用U(0，1)、U(1，0)合成，能够有效的控制电容母线中点电位的不平衡程度，提高了输出的性能，并且可以在电容容值相同时应用于更大的功率场合下。

基于上述目的，本发明提供的技术方案步骤如下：

(1)采集三相四开关逆变器的直流母线电压V_dc以及与直流母线上下电容电压差ΔU

(2)将所述逆变器的调制电压转换至静止α-β坐标系下，得到电压矢量V_αβ。