[发明专利]五电平有源中点钳位H桥变频器单相空间矢量调制方法

说明书

本发明公开了一种五电平有源中点钳位H桥变频器单相空间矢量调制方法，根据变频器共模电压最小原则和开关状态切换约束对变频器的开关状态进行筛选‑确定期望输出电压矢量所在矢量区间采用的基本电压矢量‑根据伏秒平衡原理计算基本电压矢量的作用时间‑根据基本电压矢量的作用时间、反馈回来的中点电位偏差和悬浮电容器电压偏差计算各开关状态的作用时间‑根据开关动作次数最小的原则确定一个控制周期内开关状态序列‑根据一个控制周期内开关状态序列及各开关状态的作用时间生成脉冲发送给变频器。通过综合考虑输出电压、中点电位平衡、悬浮电容器电压平衡来产生脉冲，实现中点电位和悬浮电容器电压的解耦控制。

技术领域

本发明涉及五电平有源中点钳位多相H桥变频器技术领域，具体涉及一种五电平有源中点钳位H桥变频器单相空间矢量调制方法。

背景技术

为适应舰船负荷的增长，未来综合电力系统直流电压可能提升至更高等级，结合器件耐压等级，考虑装置适装性，较适合变频调速领域的拓扑主要为五电平有源中点钳位拓扑，其也是目前较有应用前景的拓扑之一。中高压多相开绕组电机系统可满足大功率电力推进系统容量大、可靠性好、转矩密度高等要求，成为舰船大容量推进变频器的首选方案。配套多相开绕组电机系统变频器可以采用五电平有源中点钳位H桥拓扑方案。如图1所示为多相H桥变频器拓扑，单个五电平有源中点钳位H桥变频器可以输出九个电平，电平数的增多也使空间矢量选择范围更多，调制技术变得更复杂，若多相H桥变频器采用统一的空间矢量控制将导致实现非常复杂，也不利于提高多相H桥变频器控制的独立性及装置故障运行的冗余性。此外，考虑到每个五电平有源中点钳位H桥单元主电路和控制上相对独立，对于多相H桥拓扑变频器，每个H桥拓扑可采用单独的空间矢量控制策略。

对于五电平有源中点钳位H桥变频器，其存在直流电容器电压和悬浮电容器电压均衡控制问题，控制上需要实现多电平脉冲输出的同时实现直流电容器电压和悬浮电容器电压的平衡。此外五电平有源中点钳位H桥变频器的直流电容器电压和悬浮电容器电压的控制之间存在耦合，常规的载波移相调制不便于实现解耦控制。采用空间矢量调制技术可以灵活的指定开关管的开关状态，易于实现控制目标。

常规的控制方法是对中点电位和悬浮电容器电压分别进行控制，通过注入共模电压控制中点电位，通过冗余矢量的选择控制悬浮电容器电压。中点电位控制在前，悬浮电容器电压控制在后，不同的冗余状态也会对中点平均电流产生影响，从而有可能导致中点电位恶化。以输出电平为-E的两种冗余状态为例。如图2和图3所示，两种状态的输出电平均为-E，其对悬浮电容器的影响相反，图2中电流给悬浮电容器放电，对中点电位没有影响；图3中电流给悬浮电容器充电，会影响中点电位，通过这两个冗余状态的切换可以使悬浮电容器的电压保持平衡。但是也带来问题，改变冗余状态后会带来额外的中点电流，会使中点电位发生波动。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术的不足，提供一种五电平有源中点钳位H桥变频器单相空间矢量调制方法，能够实现中点电位和悬浮电容器电压控制的完全解耦，并且能够根据中点电位和悬浮电容器电压偏差精确的进行补偿。

为实现上述目的，本发明所设计的五电平有源中点钳位H桥变频器单相空间矢量调制方法如下：

1)根据变频器共模电压最小原则和开关状态切换约束对变频器的开关状态进行筛选；

2)确定期望输出电压矢量所在矢量区间和采用的基本电压矢量；

3)根据伏秒平衡原理计算基本电压矢量的作用时间；

4)根据基本电压矢量的作用时间、反馈回来的中点电位偏差和悬浮电容器电压偏差计算各开关状态的作用时间；

5)根据开关动作次数最小的原则确定一个控制周期内开关状态序列；

6)根据一个控制周期内开关状态序列及各开关状态的作用时间生成脉冲发送给变频器。