一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法   0    0

本发明公开了一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，涉及多电平变换器空间矢量调制方法领域，为解决传统SVM技术随电平数增加冗余开关状态大大增加，冗余开关状态的计算以及合适的开关状态的选择导致SVM实现困难的问题。包括以下步骤：步骤一：建立矢量表达式；步骤二：建立参考矢量轨迹模型；步骤三：用参考矢量和基本矢量的坐标分量及相应分量和分别表示参考信号和电平信号；步骤四：构造星型连接多电平变换器；步骤五：对星型连接多电平变换器相电压参考矢量轨迹模型采样，并合成参考矢量；步骤六：计算等效基本矢量作用时间；步骤七：将星型连接多电平变换器的等效基本矢量的分量及分量和作为控制三角形连接多电平变换器线电压的开关状态。

1.一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：传统笛卡尔坐标系上相电压对应的基本矢量Vαβ(vα,vβ)的表达式为：
式中，vα和vβ表示基本矢量Vαβ对应的坐标分量，va、vb和vc分别表示多电平变换器三个相电压对应的电平，(va,vb,vc)称为基本矢量Vαβ对应的开关状态，对于n电平变换器，va,vb,vc∈[(n-1),(n-2),…,2,1,0]；
α-β坐标系上根据相电压参考信号计算的参考矢量Vrαβ(vrα,vrβ)为：
式中，vrα和vrβ表示参考矢量Vrαβ对应的坐标分量，m为调制系数，ω正弦参考电压角频率；
步骤二：将α-β平面的坐标轴逆时针旋转45°并压缩轴向比例，得α′-β′坐标系，建立参考矢量轨迹模型：
α′-β′坐标系上的基本矢量V′(v′α,v′β)为：
式中，v′α和v′β表示基本矢量V′对应的坐标分量；
α′-β′坐标系上根据相电压参考信号计算的参考矢量V′r(v′rα,v′rβ)为：
式中，v′rα和v′rβ表示参考矢量V′r对应的坐标分量；
α′-β′坐标系上，参考矢量轨迹模型为：
式中，Ur表示变换器期望输出的相电压幅值，E表示单位电平对应的直流电压；
步骤三：在α′-β′坐标系中，用参考矢量V′r的坐标分量及两个分量之和v′rα、v′rβ、v′rα+v′rβ分别表示线电压参考信号-urca、-urab、urbc，用基本矢量V′的坐标分量及两个坐标分量之和v′α、v′β、v′α+v′β分别表示线电压电平信号-vca、-vab、vbc：
式中，urab、urbc和urca分别表示三个线电压的参考信号；
式中，vab、vbc和vca分别表示三个线电压对应的电平，vab,vbc,vca∈[±n,±(n-1),…,±
2,±1,0]，每个线电压输出2n+1个电平；
步骤四：构造一个新的星形连接多电平变换器，使其线电压参考信号与被控制的三角
形连接多电平变换器的线电压参考信号相同；
步骤五：对被构造的星形连接多电平变换器相电压参考矢量轨迹模型进行采样，计算
最靠近被采样参考矢量V′r的三个基本矢量，并把这三个基本矢量作为等效基本矢量，三个
等效基本矢量组成一个扇区三角形，利用这三个等效基本矢量合成参考矢量；
步骤六：利用伏秒平衡原理计算合成采样参考矢量的等效基本矢量作用时间：
当参考矢量位于Ⅰ型扇区内，有：
式中，t1、t2、t3分别表示矢量V1′、V′2、V′3的作用时间，TS表示采样周期；
当参考矢量位于Ⅱ型扇区内，有：
式中，t0、t1、t3分别表示矢量V′0、V1′、V′3的作用时间；
步骤七：将星形连接多电平变换器相电压参考矢量的等效基本矢量的分量及两个分量
的和作为控制三角形连接多电平变换器线电压的开关状态。

2.根据权利要求1所述的一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，其特征在于：所
述步骤五中，相邻三个基本矢量组成的扇区三角形均为等腰直角三角形，且其直角边长为
单位1，形状有Ⅰ型和Ⅱ型两种，组成Ⅰ型和Ⅱ型扇区三角形的基本矢量包括V′0(v′α,v′β)，V1′(v′α+1,v′β)，V′2(v′α+1,v′β+1)和V′3(v′α,v′β+1)，
且
式中，floor(*)表示向下取整函数；
第一种情况：当(v′rα-v′α)+(v′rβ-v′β)≥1时，参考矢量位于Ⅰ型扇区内，用矢量V1′(v′α+
1,v′β)、V′2(v′α+1,v′β+1)和V′3(v′α,v′β+1)合成参考矢量；
第二种情况：当(v′rα-v′α)+(v′rβ-v′β)<1，参考矢量位于Ⅱ型扇区内，用矢量V′0(v′α,v′β)、V1′(v′α+1,v′β)和V′3(v′α,v′β+1)合成参考矢量。

3.根据权利要求2所述的一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，其特征在于：
第一种情况：
当利用V1′、V′2、V′3分时制合成参考电压矢量V′r时，对应三角形连接多电平变换器的开关状态分别为(-v′β,v′α+v′β+1,-(v′α+1))、(-(v′β+1),v′α+v′β+2,-(v′α+1))、(-(v′β+1),v′α+v′β+1,-v′α)：
(1)在基本矢量V1′作用时间段，即用-v′β、v′α+v′β+1、-(v′α+1)分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号；
(2)在基本矢量V′2作用时间段，即用-(v′β+1)、v′α+v′β+2、-(v′α+1)分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号；
(3)在基本矢量V′3作用时间段，即用-(v′β+1)、v′α+v′β+1、-v′α分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号；
第二种情况：
当利用V′0、V1′、V3′分时制合成参考电压矢量Vr′时，对应三角形连接多电平变换器的开关状态分别为(-v′β,v′α+v′β,-v′α)、(-v′β,v′α+v′β+1,-(v′α+1))、(-(v′β+1),v′α+v′β+1,-v′α)：
(1)在基本矢量V′0作用时间段，即用-v′β、v′α+v′β、-v′α分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号；
(2)在基本矢量V1′作用时间段，即用-v′β、v′α+v′β+1、-(v′α+1)分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号；
(3)在基本矢量V′3作用时间段，即用-(v′β+1)、v′α+v′β+1、-v′α分别作为被控三角形连接多电平变换器AB相、BC相、CA相的控制信号。

4.根据权利要求3所述的一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，其特征在于：所
述开关状态在任一时刻的三个分量之和都是0，即三相变换器输出共模电压为0。

5.根据权利要求3所述的一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，其特征在于：所
述开关状态作为三角形连接多电平变换器线电压的控制信号，其中三个开关状态两两之间
有两个分量各相差一个电平，在一个参考矢量采样周期内，开关状态切换的时候以三个开
关状态中的任意一个为起点采用四段切换方法实现切换路径封闭，
第一种情况的开关状态切换序列有三种模式：
模式①： 对应的切换时间
为t1/2→t2→t3→t1/2，
模式②： 对应的切换时
间为t2/2→t3→t1→t2/2，
模式③： 对应的切换时
间为t3/2→t1→t2→t3/2，
三种模式任选一种；
第二种情况的开关状态切换序列有三种模式：
模式①： 对应的切换时间为t0/2→t1
→t3→t0/2，
模式②： 对应的切换时间为t1/2
→t3→t0→t1/2，
模式③： 对应的切换时间为
t3/2→t0→t1→t3/2，
三种模式任选一种。

6.根据权利要求1所述的一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，其特征在于：所
述的三角形连接多电平变换器中每一相由2k个H桥子模块级联而成，输出的线电压有4k+1
个电平，所述的星形连接多电平变换器每一相由k个H桥子模块级联而成，输出的相电压有
2k+1个电平，输出的线电压有4k+1个电平，即由k个H桥子模块级联的星形连接变换器输出
的线电压电平数与由2k个H桥子模块级联的三角形连接变换器输出的线电压电平数相等。

7.根据权利要求1所述的一种简化的多电平变换器空间矢量调制方法，其特征在于，在
α′-β′坐标系中，用简化的多电平变换器空间矢量调制方法实现对2k个H桥子模块级联的三角形连接变换器的调制，实现步骤如下：
步骤1：虚构一个星形连接变换器，该变换器每一相由k个H桥子模块级联；
步骤2：将被控变换器的相电压参考信号除以 即得虚构的变换器的相电压参考信号；
步骤3：在α′-β′坐标系中，对虚构的变换器的相电压参考矢量轨迹模型进行采样，并采
用扇区三角形上的三个等效基本矢量合成参考矢量，利用等效基本矢量的坐标分量及两个
坐标分量之和作为被控变换器三相的开关状态信号即可实现空间矢量调制。