一種帶反向矢量的二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空間矢量調制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電力電子技術領域，涉及一種二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空間 矢量調制方法。
【背景技術】
[0002] 對于單相整流器，常用的調制方法主要有正弦脈寬調制技術SPWM和空間矢量脈 寬調制技術SVPWM。SPWM方法是將正弦參考信號與三角載波信號進行比較形成等效的PWM 控制波形以確定整流電路中的各開關狀態的轉換方式，簡單有效；SVPWM方法是根據整流 器中不同開關狀態形成的空間矢量在切換時形成PWM控制波形，從而逼近所需要的電壓輸 出。因此，在不提高開關頻率的情況下，使整流器提高了電壓利用率，獲得了更好的動態響 應。根據空間矢量脈寬調制的實施方案，任意參考矢量都可以由基本空間矢量進行合成。為 了降低開關頻率和開關損耗，同時減少輸出電壓矢量的諧波含量，一般采用與參考矢量相 鄰最近的基本空間矢量來合成，并且在一個脈沖中，每次工作狀態切換時，盡量保證一個開 關器件進行切換。
[0003] 單相二極管鉗位型三電平脈沖整流器模塊中，根據開關器件的導通順序，可得到 九種不同的開關狀態，這九種開關狀態量在電壓空間矢量調制策略中將成為合成指令電壓 信號的矢量。為方便描述，在此將矢量分為五類：
[0004] 零矢量、正小矢量、負小矢量、正大矢量、負大矢量。零矢量長度為0,共計3個；正 小矢量長度為l/2Vdc，共計2個；負小矢量長度為l/2Vdc，共計2個；正大矢量長度為Vdc， 共計1個；負大矢量長度為Vdc，共計1個。
[0005] 在二極管鉗位型三電平脈沖整流器中存在一個比較常見的問題：中點電位平衡。 若中點電位不平衡，會嚴重影響輸出電壓的波形質量，上下電容分壓嚴重不均時可能會對 功率器件造成損害。研宄分析表明：在單個模塊中，大矢量和零矢量不會導致中點電位漂 移，但小矢量出現時，直流側電容中點會被注入或抽取電流，并且成對的小矢量對電容電壓 的作用相反。同時，對電容作用效果不同的矢量可以稱為冗余矢量，可以通過將其分配到同 一個開關周期內，并希望通過改變冗余開關狀態作用時間，來控制中點電位狀態達到電容 電壓平衡。
【發明內容】
[0006] 為了克服現有二極管鉗位型三電平脈沖整流器的中點電位問題，本發明提供了一 種不會影響控制效果，在完成中點電位均衡功能的同時不會導致開關頻率升高的三電平空 間矢量調制方法。
[0007] 具體實現的技術方案為：一種帶反向矢量的二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空 間矢量調制方法，將二極管鉗位型三電平脈沖整流器的A相橋臂和B相橋臂的九種開關狀 態所產生電壓矢量分別表示為V^·· V9，將其分為五類W1，^與V 9為零矢量，V 2與V 3為正小 矢量，1與V 7為負小矢量，V 4與V 8為正大矢量與負大矢量；在兩個電容電壓相等時，同類矢 量參與合成矢量等效，互為冗余矢量；采用包含如下的步驟得到PWM信號實現對二極管鉗 位電路的電容進行均壓：
[0008] (1)根據整流器控制系統的輸出信號作為參考電壓合成矢量VMf，將參考信號的運 動軌跡均分為I -IV四個區間；
[0009] (2)判斷所述參考電壓矢量所在區間；
[0010] ⑶在每個區間內選擇兩個基本矢量；計算所選擇的兩個基本矢量的作用時間生 成調制波；
[0011] (4)通過調制波與三角載波調制得到PWM信號。
[0012] 所述步驟（2)中的四個區間是按照如下方法劃分得到的：參考電壓合成矢量Vref 的運動軌跡為一條直線，取該直線的一點為參考零點，根據五類矢量的大小和方向，正矢量 置于正向，負矢量置于負向，由此將其總負向到正向分為I - IV四個區間。
[0013] 所述步驟（3)中的選擇兩個矢量是按照如下方法得到的：選擇參與合成VMf的矢 量時，在II與III區內通過正小矢量與負小矢量合成V Mf，在I區內通過正大矢量與負小矢 量合成，在第IV區內通過負大矢量與正小矢量合成。
[0014] 整流器工作時，不同的正小矢量作用時，將會對不同的電容進行充電，不同的負小 矢量作用時，將會對不同電容進行放電。零矢量作用時不會對電容進行充放電，正大矢量作 用時將同時對兩個電容進行充電，負大矢量作用時將會同時對兩個電容進行放電。
[0015] 與現有技術相比，本發明具有以下優點：
[0016] 1、本發明所提供的一種帶反向矢量的二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空間矢 量調制方法。現有控制方法的基本思想是檢測不平衡電容的電壓差，并根據系統運行狀態 來補償控制，重新分配導致中點電位不平衡的開關狀態的作用時間，從而解決電容電壓的 平衡問題。本發明則利用正負小矢量對不同電容的作用，選擇冗余正負小矢量對二極管鉗 位電路的電容電壓進行均壓。同時，矢量切換時必須在當前矢量不為將被切換矢量，因此該 算法可以維持系統的開關頻率保持不變。
[0017] 2、本發明所提供的調制方法能夠保證，當在一個載波周期內出現與電流同相和反 相的兩種不同電壓時依然可以合成參考電壓矢量，特別地，該整流器作為子單元級聯時能 夠快速地調整輸出電壓并完成均壓效果。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明所應用的二極管鉗位型三電平脈沖整流器
[0019] 圖2為二極管鉗位型三電平脈沖整流器開關等效電路圖 [0020] 圖3為帶反向矢量的電壓空間矢量調制各區間矢量圖
[0021] 圖4為本發明所涉及調制流程的框圖
[0022] 圖5為本發明所涉及的一個載波周期內的調制波形圖
【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明
[0024] 本發明所提供的一種帶反向矢量的二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空間矢量 調制方法，與現有的三電平調制方法重新分配開關狀態的作用時間不同，本發明則利用正 負小矢量對不同電容的作用，選擇冗余正負小矢量對二極管鉗位電路的電容進行均壓。相 對于傳統的重新分配開關狀態的作用時間的調制方法來解決中點電位的漂移問題，本發明 則利用正負小矢量對不同電容的作用，選擇冗余正負小矢量對二極管鉗位電路的電容進行 均壓。通過上述調制方法，可以保持系統開關頻率不變的同時，維持中點電位的平衡。該方 法主要包括以下步驟：
[0025] (1)把一個二極管鉗位型三電平脈沖整流器的A相橋臂和B相橋臂的九種開關狀 態所產生電壓矢量分別表示為AV·· V9。可以將其分為五類，V1, ^與V 9為零矢量，V 2與V 3為 正小矢量，1與V 7為負小矢量，V 4與V 8為正大矢量與負大矢量。在兩個電容電壓相等時， 同類矢量參與合成矢量等效，互為冗余矢量。如表1所示。
[0026] 表 1
【主權項】
1. 一種帶反向矢量的二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空間矢量調制方法，將二極管 鉗位型三電平脈沖整流器的A相橋臂和B相橋臂的九種開關狀態所產生電壓矢量分別表示 為V1-V9，將其分為五類A，％與V9為零矢量，V2與V3為正小矢量，V6與V7為負小矢量，V4 與V8為正大矢量與負大矢量；在兩個電容電壓相等時，同類矢量參與合成矢量等效，互為冗 余矢量；采用包含如下的步驟得到PWM信號實現對二極管鉗位電路的電容進行均壓： (1) 根據整流器控制系統的輸出信號作為參考電壓合成矢量VMf，將參考信號的運動軌 跡均分為I-IV四個區間； (2) 判斷所述參考電壓矢量所在區間； (3) 在每個區間內選擇兩個基本矢量；計算所選擇的兩個基本矢量的作用時間生成調 制波； (4) 通過調制波與三角載波調制得到PWM信號。
2. 根據權利要求1所述的一種帶反向矢量的二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空間 矢量調制方法，其特征在于，所述步驟（2)中的四個區間是按照如下方法劃分得到的：參考 電壓合成矢量VMf的運動軌跡為一條直線，取該直線的一點為參考零點，根據五類矢量的 大小和方向，正矢量置于正向，負矢量置于負向，由此將其總負向到正向分為I-IV四個區 間。
3. 根據權利要求1所述的一種帶反向矢量的二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空間 矢量調制方法，其特征在于，所述步驟（3)中的選擇兩個矢量是按照如下方法得到的：選擇 參與合成Vref的矢量時，在II與III區內通過正小矢量與負小矢量合成VMf，在I區內通過 正大矢量與負小矢量合成，在第IV區內通過負大矢量與正小矢量合成。
【專利摘要】本發明公開了一種帶反向矢量的二極管鉗位型三電平脈沖整流器的空間矢量調制方法，包括以下步驟：(1)定義二極管鉗位型三電平脈沖整流器的電壓矢量，劃分參考電壓矢量的運動區間；(2)判斷所述參考電壓矢量的區間，在各區間選擇合成參考電壓的基本矢量；(3)計算所選擇的矢量的作用時間生成調制波；(4)通過調制波與三角載波得到PWM信號實現對二極管鉗位電路的電容進行均壓。相比于現有調制方法中通過調整矢量作用時間來達到均壓效果，本發明利用正負小矢量對不同電容的作用，選擇冗余正負小矢量對二極管鉗位電路的電容進行均壓。特別是在參與組成多電平變換器時能夠完成在不平衡負載情況下的直流輸出電壓均衡。
【IPC分類】H02M7-217
【公開號】CN104779821
【申請號】CN201510136608
【發明人】何曉瓊, 郭愛平, 彭旭, 舒澤亮
【申請人】西南交通大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月26日