[发明专利]一种具有中点电位控制能力的变换器最优序列调制方法

说明书

本发明提供一种具有中点电位控制能力的变换器最优序列调制方法，涉及变换器调制技术领域。本发明采用正负区间分离法，将第四桥臂取值区间划分成多个子区间，分析各个子区间内的最优序列产生的中点电流，选取最有利于中点平衡控制的最优序列。本发明提供的具有中点电位控制能力的变换器最优序列调制方法，在保证输出电压THD略微增加的条件下，能够极大减小中点电位振荡幅值，减小功率器件上承受的电压，减小电容容量。

技术领域

本发明涉及变换器调制技术领域，尤其涉及一种具有中点电位控制能力的变换器最优序列调制方法。

背景技术

三电平变换器相比于传统的两电平变换器输出功率大，输出电压谐波少，功率器件上承受的电压低，在大功率电能变换场合已得到广泛应用。四桥臂变换器是三相四线结构中一种较好的选择，其直流电压利用率高，中性点电位可控。三电平四桥臂变换器结合了三电平和四桥臂拓扑结构的优点，在大功率三相四线系统中可精确控制中性电流，提供高质量电能输出，在不平衡或非线性负载下，可以输出三相对称电压，作为有源滤波器可以补偿电网中性电流，是大功率不对称系统中一种优势拓扑结构。

三电平四桥臂变换器调制方法主要有三种：载波调制、空间矢量调制和消除特定谐波调制。相比于载波调制，空间矢量调制方法的研究文献相对较多，其研究难点在于参考矢量轨迹位于三维空间，基本矢量数目多，部分基本矢量含有冗余分量，四面体数量多，且每个四面体含有的冗余矢量数目不一致，不仅确定参考矢量空间位置过程复杂，在选取矢量序列和利用冗余分量优化系统性能时也非常复杂。目前三电平四桥臂变换器空间矢量调制方法的研究主要集中在三维SVM算法实现及算法简化两个方面。F′elix Roias近年发表了两篇文献，研究了四面体选择的简单实现方法，并对中点电位控制进行了简单研究，提出在含有冗余矢量的四面体中，对作用时间最长的一个冗余矢量的冗余分量作用时间进行分配，进而控制中点电位。以上两篇文献尽管在选择四面体时，给出了简化实现方法，但是在确定矢量序列时，由于每个四面体含有的冗余矢量数目不同，如何根据四个基本作用矢量确定矢量作用序列也是一个比较复杂的过程。同时上述文献都没有研究三电平四桥臂变换器各种开关序列对中点电流的影响，无法实现最优中点电位控制目标。

载波调制方法实现简单，可直接对四个桥臂的输出状态进行控制，且其含有第四桥臂端电压这个自由分量，通过调节该自由分量(也可称为偏置电压)，可得到不同的开关序列及充分利用冗余分量，实现各种预期控制目标。现有的文献只对最优序列载波调制方法的偏置电压进行了研究，能够减小输出电压中的谐波含量，但没有涉及中点电位平衡控制问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种具有中点电位控制能力的变换器最优序列调制方法，能够减小中点电位振荡幅值，采用正负区间分离法，将第四桥臂取值区间划分成多个子区间，分析各个子区间内的最优序列产生的中点电流，选取最有利于中点平衡控制的最优序列。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种具有中点电位控制能力的变换器最优序列调制方法，包括以下步骤：

步骤1：变换器三相电压除以基准值V_dc/2得到标准化后的变换器三相参考电压v_af、v_bf和v_cf，取值范围均为[-2，2]；标准化的四个桥臂端电压为v_xo，x＝a、b、c、f，v_xo∈[-1，1]，三相参考电压和端电压之间满足下面关系式：

步骤2：确定偏置电压取值范围；

由式(1)中的三个方程确定偏置电压v_fo的三个取值区间，每个区间的跨度为2，三个区间以及区间[-1，1]的交集即为偏置电压的取值范围，用区间[Q，F]表示；