專利名稱：基于25個空間矢量的電流型多電平逆變器及控制方法
技術領域：
本發明屬于電力電子技術領域，特別是涉及一種基于25個基本空間矢量的多電 平電流型逆變器，適用于高壓大功率場合。
背景技術：
現有的用于電流型多電平逆變器調制策略通常為SVPWM空間矢量脈沖調制法和 TPWM梯形波調制法，SVPWM法具有動態響應快，輸出電流利用率高等優點。多電平逆變器 應用領域主要是中壓大功率的場合，比如高壓變頻調速，電力網無功補償，諧波抑制等。多 電平與兩電平相比，他的優勢是輸出的諧波小。而且電平數越多則輸出的功率越大，諧波越 小。相應的使用的功率開關器件也就越多。SVPWM是一種逆變的控制方法，和SPWM相比，具 有輸出諧波小，實時性好的優點。一般好的控制器多用SVPWM控制。如果將多電平和SVPWM 控制結合起來，則得到大功率的高性能提速系統，但帶來的問題是調制比較困難，因為電平 數越多則基本空間矢量數就會越多，而且成指數型增長，其關系為3η，比如η等于3時，即3 電平，則有27種開關組合狀態，除去冗余開關狀態，有19個基本空間矢量。但通常的方法 只有19個基本空間矢量，因而在中低調制度時由于所選擇的空間矢量較少，則輸出的諧波 較大。
發明內容
本發明的目的是為了解決電流型逆變器在中低調制度時降低輸出的諧波的技術 問題，設計了基于25個空間矢量的電流型多電平逆變器及控制方法，在原有19個空間矢量 的基礎上又增加了 6個空間矢量，通過對25空間矢量選取的控制，在低調制度時具有更小 的諧波含量。本發明為實現發明目的采用的技術方案是，基于25個空間矢量的電流型多電平 逆變器及控制方法，以上逆變器電路中包括移相輸出電路，逆變器借助移相輸出電路移相 形成矢量分布實現電流逆變，上述的逆變器電路中還包括有開關管組、開關選通編碼電路、 CPU以及存儲有配套軟件指令的存儲單元，CPU借助存儲單元中的指令輸出控制信號至開 關選通編碼電路的輸入端，開關選通編碼電路進行編碼，并輸出編碼電平信號至移相輸出 電路中的開關管組，移相輸出電路借助開關管組的開關狀態輸出25種電流空間矢量，所述 逆變器借助25種電流空間矢量實現電流逆變調制。本發明的有益效果是在不改變原兩單元并聯組合電流型逆變器主拓撲結構的基 礎上，以及保證三相負載對稱條件，將電流型逆變器脈寬調制的空間矢量由原19個擴展為 25個，該方法比一般空間矢量多6個矢量，由于新生成的6個矢量的模是中大矢量的一半， 使得在低調制度時多了一倍的空間矢量，因此具有更小的諧波含量。下面結合附圖對本發明進行詳細說明。
圖1是本發明的逆變器原理框圖。圖2是本發明的電流型逆變器的移相輸出電路的原理圖。圖2a-圖2e是圖1中通過對開關管的選通得到的實際拓撲和電流回路。圖3是本發明的空間矢量分布圖。圖1中，1是移相輸出電路，1-1是開關管組，2是開關選通編碼電路，3是存儲單元。圖2中Sn_16、S21_26為開關管，L1^L2為續流電感，Vdc;1、Vd。2為電壓源，La、Lb、L。為負 載電感，Ra、Rb、R。、為負載電阻。圖2a_2e中，I1, i2為獨立電流源，A相、B相、C相為三相對稱負載。圖3 中，I” 12、13、14、15、I6 是大矢量，17、18、19、11(1、In、I12 是中大矢量，113、114、 !15、！16、！17、Il8 是中小矢量， !19、！20、！21、！22、！23、^24 是小矢量，Itl為是零矢量。
具體實施例方式基于25個空間矢量的電流型多電平逆變器及控制方法，以上逆變器電路中包括 移相輸出電路1，逆變器借助移相輸出電路移相形成矢量分布實現電流逆變，上述的逆變器 電路中還包括有開關管組1-1、開關選通編碼電路2、CPU以及存儲有配套軟件指令的存儲 單元3，CPU借助存儲單元3中的指令輸出控制信號至開關選通編碼電路2的輸入端，開關 選通編碼電路2進行編碼，并輸出編碼電平信號至移相輸出電路1中的開關管組1-1，移相 輸出電路1借助開關管組1-1的開關狀態輸出25種電流空間矢量，所述逆變器借助25種 電流空間矢量實現電流逆變調制。上述的25個空間矢量中包括6個大矢量，6個中大矢量，6個中小矢量，6個小 矢量，1個零矢量，其中大矢量與中小矢量的相角一致，分別為0°、60°、120°、180°、 240°、300°，中小矢量的模長是大矢量的一半；中大矢量與小矢量的相角一致，分別為 30°、90°、150°、210°、270°、300°，小矢量的模長是中大矢量的一半。上述的移相輸出電路1的電路結構中包括一對并聯的直流電流源Vdc;1、Vd。2、續流電 感Ll、L2、一組開關管、負載電阻Ra、Rb、Rc、負載電感La、Lb、Lc和電容Ca、Cb、C。。下面列舉一實施例進一步描述。如圖2、圖2a_2e所示，本發明包括主電路拓撲 結構，該拓撲結構由兩個獨立的電流源逆變器并聯而成，每個電流源逆變器包括電流源、負 載、6個開關器件以及3個切換電容。由該兩單元拓撲結構組合后可形成多電平的逆變器。 SVPWM控制是一種優秀的調制方法，在電壓型逆變器中已得到廣泛應用，在電流型逆變器中 應用較少。電流型逆變器的基本空間矢量和電壓型逆變器的基本空間矢量相比，在基本矢 量的形成上不一樣，電流型逆變器的空間矢量是在相與相之間進行的，電流從一相進入從 另一相流出為一個基本矢量，圖2a_2e為空間矢量形時電流的流向，電流的控制室依靠相 應的開關管的動作，如從A相流入，則S21或Sll導通，如果是從C相流出，則是S12或S22 導通。圖2a為大矢量形成原理，兩單元電流都從同一相流入從另一相流出，分別是I” 12、
13、14、15、16，該組矢量的模長為4^1^，相角分別為0°、60°、120°、180°、240°、300° ；
圖2b為中大矢量，有6種，分別是17、18、19、I10, I11, 112，模長為，相角分別是30°、 90°、150°、210°、270°、330° ；圖 2c 為中小矢量，有 6 個，分別是 113、114、115、116、117、118，該組矢量的模長為
，相角和大矢量的相角相同；圖2d為小矢量，有6個，分別是119、
12。、121、122、123、124，該組矢量的模長為
相角和中大矢量的相角一樣。圖2e為零
Mc'
矢量，它的模是零，相角任意。有人提出了 19個基本空間矢量的SVPWM控制，本發明提出一 種25基本空間矢量的調制方法。即將原有空間矢量的基礎上增加了一組小矢量，共6個，
分別是119、120> 121、I22> 123、124，該組矢量的模長為
，相角和中大矢量的相角一樣，如
圖3所示。 由于增加了一組空間矢量，從而使得矢量的空間分布更為均勻，大矢量和中大矢 量構成了外六邊形，小矢量和中小矢量構成了內六邊形。空間矢量的增加使得在低調制度 時，輸出的諧波更小。本發明適用于三相對稱負載。
權利要求
基于25個空間矢量的電流型多電平逆變器及控制方法，以上逆變器電路中包括移相輸出電路(1)，逆變器借助移相輸出電路移相形成矢量分布實現電流逆變，其特征在于所述的逆變器電路中還包括有開關管組(1 1)、開關選通編碼電路(2)、CPU以及存儲有配套軟件指令的存儲單元(3)，CPU借助存儲單元(3)中的指令輸出控制信號至開關選通編碼電路(2)的輸入端，開關選通編碼電路(2)進行編碼，并輸出編碼電平信號至移相輸出電路(1)中的開關管組(1 1)，移相輸出電路(1)借助開關管組(1 1)的開關狀態輸出25種電流空間矢量，所述逆變器借助25種電流空間矢量實現電流逆變調制。
2.根據權利要求1所述的基于25個空間矢量的電流型多電平逆變器及控制方法，其特 征在于所述的25個空間矢量中包括6個大矢量，6個中大矢量，6個中小矢量，6個小矢量， 1個零矢量，其中大矢量與中小矢量的相角一致，分別為0°、60°、120°、180°、240°、 300°，中小矢量的模長是大矢量的一半；中大矢量與小矢量的相角一致，分別為30°、 90°、150°、210°、270°、300°，小矢量的模長是中大矢量的一半。
3.根據權利要求1所述的基于25個空間矢量的電流型多電平逆變器及控制方法，其 特征在于所述的移相輸出電路(1)的電路結構中包括一對并聯的直流電流源(vdc;1、vd。2)、 續流電感(Li、L2)、一組開關管、負載電阻(Ra、Rb、R。)、負載電感(La、Lb、L。)和電容(Ca、Cb、 Cc)。
全文摘要
基于25個空間矢量的電流型多電平逆變器及控制方法，解決電流型逆變器在中低調制度時降低輸出的諧波的技術問題，采用的技術方案是，以上逆變器電路中包括移相輸出電路，逆變器借助移相輸出電路移相形成矢量分布實現電流逆變，上述的逆變器電路中還包括有開關管組、開關選通編碼電路、CPU以及存儲有配套軟件指令的存儲單元，CPU借助存儲單元中的指令輸出控制信號至開關選通編碼電路的輸入端，開關選通編碼電路進行編碼，并輸出編碼電平信號至移相輸出電路中的開關管組，移相輸出電路借助開關管組的開關狀態輸出25種電流空間矢量，所述逆變器借助25種電流空間矢量實現電流逆變調制。
文檔編號H02M7/44GK101908830SQ20101019117
公開日2010年12月8日 申請日期2010年6月2日 優先權日2010年6月2日
發明者劉岫嶺, 姜志成, 常國祥, 李雯, 江曉林 申請人:黑龍江科技學院