CN102739088A - 多相电压源型两电平逆变器的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多相电压源型两电平逆变器的控制方法，首先根据一组线电压参考值和直流母线电压测量值的比值得到一组线电压调制比，并找出最大和最小的线电压调制比；根据最大和最小的线电压调制比计算得到参考桥臂的占空比；将前述的那组线电压调制比加上参考桥臂的占空比即得到所有桥臂的占空比；占空比跟三角形载波信号进行比较即可以得到各桥臂开关信号，从而控制多相电压源型两电平逆变器。本发明涉及的方法具有不改变现有***硬件结构、性能优越、通用性强、简单易行等优点。

Description

多相电压源型两电平逆变器的控制方法

技术领域

本发明属于电机驱动与控制技术领域，涉及一种多相电压源型两电平逆变器的控制方法。

背景技术

当前，以多相电机为代表的多相驱动***取得了较大发展。由于具有较低的相功率要求，多相***越来越多的应用在大功率驱动***中，诸如舰船、航空、电气化铁路等。

一般地，多相驱动***会由具有相同相数的多相电压源型逆变器控制。目前为止，电压空间矢量（SVPWM）是一种应用最为广泛的电压源型逆变器控制方法。电压空间矢量的执行过程大致如下：根据参考电压矢量确定其所在扇区；根据扇区选择一组电压矢量；根据选择的电压矢量计算得到每个电压矢量的作用时间；根据每个电压矢量的作用时间最终确定电压源型逆变器的每相占空比，从而控制逆变器。但是，随着相数的增加，扇区和电压矢量的数量均呈现几何级数的增加，使得扇区的确定和电压矢量的选择变得十分困难。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种适用于所有的电压源型两电平逆变器，且在此过程中不需要任何软件的修改，简单通用的多相电压源型两电平逆变器的控制方法。

技术方案：本发明提供的多相电压源型两电平逆变器的控制方法，包括如下步骤：

1）根据线电压控制器传来的线电压参考值向量u_{inv_ref}和直流母线电压测量值u_{dc_mea}由下式得到调制比参考值向量m_{inv_ref}：

$m_{\mathrm{inv}\_\mathrm{ref}}=\frac{u_{\mathrm{inv}\_\mathrm{ref}}}{u_{\mathrm{dc}\_\mathrm{mea}}}$

其中，线电压参考值向量u_{inv_ref}是由线电压参考值u_{1n_ref}，u_{2n_ref}，…,u_{(n-1)n_ref}组成的n-1维向量，调制比参考值向量m_{inv_ref}是由调制比参考值m_{1n_ref}，m_{2n_ref}，…,m_{(n-1)n_ref}组成的n-1维向量，n为多相电压源型两电平逆变器的相数，即多相电压源型两电平逆变器包含n相桥臂，且编号依次为1，2，…，n，inv表示变频器，ref表示参考值，直流母线电压测量值u_{dc_mea}由电压传感器测得，mea表示测量，dc表示直流母线，调制比参考值m_{kn_ref}可由线电压参考值u_{kn_ref}和直流母线电压测量值u_{dc_mea}得到：

$m_{\mathrm{kn}\_\mathrm{ref}}=\frac{u_{\mathrm{kn}\_\mathrm{ref}}}{u_{\mathrm{dc}\_\mathrm{mea}}},$ k∈{1,2,...,n-1}

其中，kn表示第k相桥臂和第n相桥臂；

2）从调制比参考值向量m_{inv_ref}中找出最大调制比参考值m_max和最小调制比参考值m_min；

3）根据最大调制比参考值m_max和最小调制比参考值m_min，由下式计算得到饱和系数λ：

$\mathrm{\λ}=\min \{1,\frac{1}{m_{\max }-m_{\min }}\};$

4）选择0和-λm_min中的较大值作为第n相桥臂占空比c_n的下限，记作c_{n_min}；

5）选择1和1-λm_max中的较小值作为第n相占空比c_n的上限，记作c_{n_max}；

6）由下式计算得到第n相桥臂占空比c_n：

c_n=c_{n_min}+η(c_{n_max}-c_{n_min}),η∈[0,1]；

其中，η为选择系数；

7）将调制比参考值向量m_{inv_ref}包含的调制比参考值m_{1n_ref}，m_{1n_ref}，…,m_{(n-l)n_ref}分别加上c_n，得到前n-1相桥臂占空比c₁,…,c_n-1，前n-1相桥臂占空比c₁，...,c_n-1和与c_n一起构成n维桥臂占空比向量c_inv；

8）根据桥臂占空比向量c_inv与三角形载波信号T由下式比较得到桥臂开关信号向量s_inv：

$s_j=\left\{\begin{array}{c}1,c_j\&GreaterEqual;T\\ 0,c_j<T\end{array}\right.,$ j∈{1,2,...,n}

其中，j是桥臂序号，桥臂开关信号向量s_inv是由桥臂占空比s₁，s₂，…，s_n构成的n维向量，T是周期为T_sw的信号，在每个周期T_sw内T的波形可由下式得到：

$T=\left\{\begin{array}{c}1-2t/T_{\mathrm{sw}},{\mathrm{NT}}_{\mathrm{sw}}\&le;t\&le;{\mathrm{NT}}_{\mathrm{sw}}+T_{\mathrm{sw}}/2\\ 2t/T_{\mathrm{sw}}-1,{\mathrm{NT}}_{\mathrm{sw}}+T_{\mathrm{sw}}/2<t<{\mathrm{NT}}_{\mathrm{sw}}+T_{\mathrm{sw}}\end{array}\right.$

其中，N为任意自然数，t为控制***运行的当前时间。

优选的，步骤6）中的η＝0.5。

有益效果：通用PWM方法适用于所有的电压源型两电平逆变器，且在此过程中不需要任何软件的修改，简单通用。具体到本发明的技术方案，具有如下优点：

1.跟传统SVPWM方法相比，本方法简单易行；

2.与其他多相多相电压源型两电平逆变器控制方法相比，本方法通用性强，在应用于不同相数的多相电压源型两电平逆变器过程不需要做任何修改。

附图说明

图1是本发明方法的流程框图；

图2是硬件实验***结构示意图；

图3是两相实验波形；

图4是三相实验波形；

图5是四相实验波形。

图中有：u_dc表示直流母线电压，i_dc表示直流母线电流，1,2，...，n分别表示逆变器桥臂的编号，i₁，i₁，...，i_n分别表示对应桥臂的电流，u_kn表示第k相桥臂和第n相桥臂之间的线电压，k＝1,2，...,n-1，R表示电阻，L表示电感。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明进行说明。

本发明的实施例的***硬件结构如图2所示，包括：直流电压源、多相电压源型两电平逆变器、多相感性负载。其中，直流电压源电压u_dc=100V，每相电阻R=24.2Ω，每相电感L=20mH；参考相电流频率和幅值分别为50Hz和2A。

本发明的多相电压源型两电平逆变器的控制方法，包括如下步骤：

1）根据线电压控制器传来的线电压参考值向量u_{inv_ref}和直流母线电压测量值u_{dc_mea}由下式得到调制比参考值向量m_{inv_ref}：

$m_{\mathrm{inv}\_\mathrm{ref}}=\frac{u_{\mathrm{inv}\_\mathrm{ref}}}{u_{\mathrm{dc}\_\mathrm{mea}}}$

其中，线电压参考值向量u_{inv_ref}是由线电压参考值u_{1n_ref}，u_{2n_ref}，…,u_{(n-l)n_ref}组成的n-1维向量，调制比参考值向量m_{inv_ref}是由调制比参考值m_{1n_ref}，m_{2n_ref}，…,m_{(n-1)n_ref}组成的n-1维向量，n为多相电压源型两电平逆变器的相数，即多相电压源型两电平逆变器包含n相桥臂，且编号依次为1，2，…，n，inv表示变频器，ref表示参考值，直流母线电压测量值u_{dc_mea}由电压传感器测得，mea表示测量，dc表示直流母线，调制比参考值m_{kn_ref}可由线电压参考值u_{kn_ref}和直流母线电压测量值u_{dc_mea}得到：

$m_{\mathrm{kn}\_\mathrm{ref}}=\frac{u_{\mathrm{kn}\_\mathrm{ref}}}{u_{\mathrm{dc}\_\mathrm{mea}}},$ k∈{1,2,...,n-1}

其中，kn表示第k相桥臂和第n相桥臂；

2）从调制比参考值向量m_{inv_ref}中找出最大调制比参考值m_max和最小调制比参考值m_min；

3）根据最大调制比参考值m_max和最小调制比参考值m_min，由下式计算得到饱和系数λ：

$\mathrm{\&lambda;}=\min \{1,\frac{1}{m_{\max }-m_{\min }}\};$

4）选择0和-λm_min中的较大值作为第n相桥臂占空比c_n的下限，记作c_{n_min}；

5）选择1和1-λm_max中的较小值作为第n相占空比c_n的上限，记作c_{n_max}；

6）由下式计算得到第n相桥臂占空比c_n：

c_n＝c_{n_min}+η(c_{n_max}-c_{n_min}),η∈[0,1]；

其中，η为选择系数；

7）将调制比参考值向量m_{inv_ref}包含的调制比参考值m_{1n_ref}，m_{1n_ref}，…,m_{(n-1)n_ref}分别加上c_n，得到前n-1相桥臂占空比c₁,…,c_n-1，前n-1相桥臂占空比c₁，...,c_n-1和与c_n一起构成n维桥臂占空比向量c_inv；

8）根据桥臂占空比向量c_inv与三角形载波信号T由下式比较得到桥臂开关信号向量s_inv，将其输出即可控制多相逆变器：

$s_j=\left\{\begin{array}{c}1,c_j\&GreaterEqual;T\\ 0,c_j<T\end{array}\right.,$ j∈{1,2,...,n}

其中，j是桥臂序号，桥臂开关信号向量s_inv是由桥臂占空比s₁，s₂，…，s_n构成的n维向量，T是周期为T_sw的信号，在每个周期T_sw内T的波形可由下式得到：

$T=\left\{\begin{array}{c}1-2t/T_{\mathrm{sw}},{\mathrm{NT}}_{\mathrm{sw}}\&le;t\&le;{\mathrm{NT}}_{\mathrm{sw}}+T_{\mathrm{sw}}/2\\ 2t/T_{\mathrm{sw}}-1,{\mathrm{NT}}_{\mathrm{sw}}+T_{\mathrm{sw}}/2<t<{\mathrm{NT}}_{\mathrm{sw}}+T_{\mathrm{sw}}\end{array}\right.$

其中，N为任意自然数，t为控制***运行的当前时间。

图3是两相***的实验波形。图4是三相***的实验波形。图5是四相***的实验波形。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (2)

1.一种多相电压源型两电平逆变器的控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1）根据线电压控制器传来的线电压参考值向量u_{inv_ref}和直流母线电压测量值u_{dc_mea}由下式得到调制比参考值向量m_{inv_ref}：

$m_{\mathrm{inv}\_\mathrm{ref}}=\frac{u_{\mathrm{inv}\_\mathrm{ref}}}{u_{\mathrm{dc}\_\mathrm{mea}}}$

其中，线电压参考值向量u_{inv_ref}是由线电压参考值u_{1n_ref}，u_{2n_ref}，…,u_{(n-1)n_ref}组成的n-1维向量，调制比参考值向量m_{inv_ref}是由调制比参考值m_{1n_ref}，m_{2n_ref}，…,m_{(n-1)n_ref}组成的n-1维向量，n为多相电压源型两电平逆变器的相数，即多相电压源型两电平逆变器包含n相桥臂，且编号依次为1，2，…，n，inv表示变频器，ref表示参考值，直流母线电压测量值u_{dc_mea}由电压传感器测得，mea表示测量，dc表示直流母线，调制比参考值m_{kn_ref}可由线电压参考值u_{kn_ref}和直流母线电压测量值u_{dc_mea}得到：

$m_{\mathrm{kn}\_\mathrm{ref}}=\frac{u_{\mathrm{kn}\_\mathrm{ref}}}{u_{\mathrm{dc}\_\mathrm{mea}}},$ k∈{1,2,...,n-1}

其中，kn表示第k相桥臂和第n相桥臂；

2）从调制比参考值向量m_{inv_ref}中找出最大调制比参考值m_max和最小调制比参考值m_min；

3）根据最大调制比参考值m_max和最小调制比参考值m_min，由下式计算得到饱和系数λ：

$\mathrm{\&lambda;}=\min \{1,\frac{1}{m_{\max }-m_{\min }}\};$

4）选择0和-λm_min中的较大值作为第n相桥臂占空比c_n的下限，记作c_{n_min}；

5）选择1和1-λm_max中的较小值作为第n相占空比c_n的上限，记作c_{n_max}；

6）由下式计算得到第n相桥臂占空比c_n：

c_n=c_{n_min}+η(c_{n_max}-c_{n_min}),η∈[0,1]；

其中，η为选择系数；

7）将调制比参考值向量m_{inv_ref}包含的调制比参考值m_{ln_ref}，m_{ln_ref}，…,m_{(n-l)n_ref}分别加上c_n，得到前n-1相桥臂占空比c₁，…,c_n-1，前n-1相桥臂占空比c₁，…,c_n-1和与c_n一起构成n维桥臂占空比向量c_inv；

8）根据桥臂占空比向量c_inv与三角形载波信号T由下式比较得到桥臂开关信号向量s_inv：

$s_j=\left\{\begin{array}{c}1,c_j\&GreaterEqual;T\\ 0,c_j<T\end{array}\right.,$ j∈{1,2,...,n}

其中，j是桥臂序号，桥臂开关信号向量s_inv是由桥臂占空比s₁，s₂，…，s_n构成的n维向量，T是周期为T_sw的信号，在每个周期T_sw内T的波形可由下式得到：

$T=\left\{\begin{array}{c}1-2t/T_{\mathrm{sw}},{\mathrm{NT}}_{\mathrm{sw}}\&le;t\&le;{\mathrm{NT}}_{\mathrm{sw}}+T_{\mathrm{sw}}/2\\ 2t/T_{\mathrm{sw}}-1,{\mathrm{NT}}_{\mathrm{sw}}+T_{\mathrm{sw}}/2<t<{\mathrm{NT}}_{\mathrm{sw}}+T_{\mathrm{sw}}\end{array}\right.$

其中，N为任意自然数，t为控制***运行的当前时间。

2.根据权利要求1所述的多相电压源型两电平逆变器的控制方法，其特征在于，所述步骤6）的η＝0.5。

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