[发明专利]一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法及系统

说明书

本发明属于电力电子功率变换技术领域，提供了一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法及系统，该方法包括：扇区及区域判别、虚拟矢量定义及选取、占空比计算、电容电压独立控制、占空比更新、开关序列设计、PWM信号生成。其中，电容电压独立控制策略可进一步分为中线电流计算和最优分配因子获取。本发明方法同时适用于直流侧中点电压平衡和不平衡运行工况，保证高质量输出电流；仅依靠代数运算即可得到基本电压矢量的占空比，大幅降低实现过程的复杂度；同时可实现电容电压灵活控制。

技术领域

本发明属于电力电子功率变换技术领域，尤其涉及一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

三电平逆变器(Three-Level Inverter)具有功率开关管电压应力低、输出波形质量高、滤波器体积小等明显优势，在可再生能源发电、复合储能、电能质量治理等领域应用广泛。二极管箝位型(Diode Clamped)和T型(T-Type)三电平逆变器是最为常用的两种三电平逆变器拓扑，但两者需采用数量较多的功率开关管，不可避免地增加了系统成本和体积。

为进一步减少功率开关管数量、降低系统体积和成本，新西兰奥克兰理工大学学者Tung Ngo等提出了简化型(Simplified Neutral-Point Clamped,SNPC)三电平逆变器拓扑，其包含十个功率开关管，数量较传统T型三电平逆变器拓扑进一步减少，且无需采用箝位二极管。

发明人发现，用于简化型三电平逆变器的现有调制方法仅适用于直流侧中点电压平衡工况。然而，当简化型三电平逆变器用于集中式光伏发电、复合储能、新能源汽车等系统时，直流侧设置两个独立的输入电源，对提高系统效率意义重大，但是目前的调制方案无法同时适用于直流侧中点电压平衡和不平衡运行工况。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法及系统，其适用于直流侧中点电压平衡和不平衡运行工况，保证高质量输出电流；仅依靠代数运算即可得到基本电压矢量的占空比，大幅降低实现过程的复杂度；同时可实现电容电压灵活控制。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法，包括如下步骤：

根据空间电压矢量表达式定义虚拟电压矢量；

根据参考电压矢量的幅值和相角取值情况，判别参考电压矢量当前所在的扇区及区域，若参考电压矢量位于扇区1，基于参考电压和空间矢量图的相对位置关系，采用相应的虚拟电压矢量选取规则方法，合成参考电压矢量，建立伏秒平衡方程，并利用坐标变换计算各虚拟电压矢量占空比，若参考电压矢量位于扇区1之外的其他扇区时，将参考电压矢量的相角通过映射关系转换至扇区1；

其中，所述基于参考电压和空间矢量图的相对位置关系，采用相应的虚拟电压矢量选取规则方法，具体包括：

当参考电压矢量位于空间矢量图内侧区域时，选取距离最近的三个虚拟电压矢量合成参考矢量，采用直接法求解得到各虚拟矢量的占空比；

当参考电压矢量位于空间矢量图外侧区域时，选取距离最近的四个虚拟电压矢量合成参考矢量，采用间接法求解得到各虚拟矢量的占空比；

将各虚拟矢量的占空比转化为基本矢量的占空比，设计电容电压最优控制器，精准调节中线电流，得到P型和N型小矢量占空比最优分配因子，更新各基本矢量的占空比；

基于更新的后的基本矢量的占空比及参考电压矢量所在的扇区及区域设计开关序列，将开关序列转换为功率开关管的PWM驱动信号。

本发明的第二个方面提供一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制系统，包括：