CN106411168B - 一种二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制方法 - Google Patents

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Abstract

一种适用于二极管箝位三电平逆变器的共模电压抑制方法，其特征在于所述的方法将输出电压合成的矢量中去除正小矢量，同时维持中点电压平衡。根据逆变器需要输出电压所在扇区小区编号，选择基础空间矢量，包含零矢量、过渡小矢量、中矢量和大矢量。为了控制中点电压平衡，引入与过渡小矢量互差120度的两个负小矢量作为第一附加小矢量和第二附加小矢量。根据过渡小矢量、第一附加小矢量和第二附加小矢量对应的三相电流与中点电压偏差，将中点电压控制分为3种工况，计算每种工况对中点电压的控制能力，控制能力最大者为最优工况。根据选择的最优工况计算各矢量最终作用时间，控制电力电子器件通断，将输出共模电压幅值降为1/6直流母线电压。

Description

一种二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制方法
技术领域
本发明涉及一种适用于二极管箝位三电平逆变器的共模电压抑制方法。
背景技术
随着能源和环境问题的突出，世界各国正在把更多目光投向可再生能源，其中风力发电已经成为目前最具规模化开发条件和商业化发展前景的可再生能源发电方式。在风力发电中，需要PWM变频器对电能进行处理，其中由二极管箝位三电平逆变器组成的四象限变流器具有能量转换效率高、控制相对简单、du/dt低等优点被广泛采用，但是在其应用过程中存在一些负面效应，典型问题为逆变器产生的高频共模电压。
高频共模电压会在发电机转轴上感应出高频轴电压，进而形成轴电流，腐蚀发电机轴承。高频共模电压与发电机绕组寄生电容相互作用，降低绕组对地绝缘；同时高频共模电压产生很强的电磁干扰，影响其它控制***和电子设备的正常运行。随着电压的升高，电力设备可供设计的电压裕量越来越小，考虑到多电平结构是实现高电压的典型途径，研究多电平PWM逆变器输出共模电压抑制技术具有重要的理论意义和实用价值。
文献《多电平SPWM变频器中共模电压抑制技术的研究》姜艳姝,徐殿国等.、《多电平逆变器共模电压的抑制》赵莉,宋平岗等，提出采用软件方式抑制逆变器共模电压输出，但均未考虑中点电压平衡控制。而中点电压平衡是二极管箝位三电平逆变器稳定运行的基础。
发明内容
本发明的目的是克服现有共模电压抑制方法不能控制中点电压平衡的缺点，提出一种降低二极管箝位三电平逆变器输出共模电压的抑制方法，在达到共模电压抑制的同时能控制中点电压平衡。
本发明将二极管箝位三电平逆变器的矢量空间分为6个扇区，每个扇区细分为2个小区，根据小矢量作用时中点电流与对应相电流方向，将小矢量分为正小矢量和负小矢量，采用不含正小矢量的PWM(NPSVPWM)矢量合成策略，在输出电压合成的矢量中去除正小矢量，同时维持中点电压平衡；将参与输出电压合成的负小矢量按照矢量合成关系分为过渡小矢量、第一附加小矢量和第二附加小矢量，并根据不同小矢量作用时对中点电压的控制能力推导出最优工况选择标准，实现对中点电压有效控制。本发明可将逆变器输出共模电压幅值由原来的1/3直流母线电压降低到1/6直流母线电压。
对于二极管箝位三电平逆变器，由12个IGBT和6个箝位二极管组成。用开关变量Sa、Sb、Sc分别表示三电平逆变器各桥臂开关状态，0、1、2三个状态分别对应桥臂0、三个电压输出。定义三电平逆变器的开关状态为SaSbSc，则三电平逆变器共有27个开关状态，分别对应19个空间状态。
将整个矢量空间分成6个扇区，每个扇区分成2个小区，用(xy)表示，x代表扇区号，y代表小区号，比如(12)区表示第1扇区第2小区。矢量根据长短分为4类：零矢量、小矢量、中矢量和大矢量，位于0点的为零矢量，长度位于小矢量圆的为小矢量，长度位于中矢量圆的为中矢量，长度位于大矢量圆的为大矢量。小矢量有1个冗余状态，零矢量有2个冗余状态。定义三相电流Iabc和中点电流Im均以输出为正，如果小矢量作用时对应中点电流与相电流方向相同，称为正小矢量，如100,122；如果小矢量作用时对应中点电流与相电流相反，则称为负小矢量，如011、211。
不同矢量对应不同共模电压幅值|VN0|，如表1所示。其中，Udc为逆变器直流母线电压。
表1
其中，中矢量对应共模电压幅值|VN0|＝0，大矢量对应共模电压幅值正小矢量对应共模电压幅值负小矢量对应共模电压幅值零矢量111对应共模电压幅值|VN0|＝0，零矢量000、222对应共模电压幅值如果参与合成输出电压的矢量状态不包含000、222两个零矢量，逆变器输出共模电压幅值将从降低到如果再去掉正小矢量，则逆变器输出共模电压幅值将从降低到去除000、222两个零矢量，去除6个正小矢量，剩余的19个矢量位置唯一对应19个空间状态。
为了实现抑制共模电压输出的目的，参与输出电压合成的矢量去除两个零矢量000和222，去除6个正小矢量。对于各小区采用零矢量111，负小矢量、中矢量和大矢量4个基础矢量参与输出电压合成。各小区参与输出电压合成的基础矢量如表2所示。
表2
选择合成输出电压所用的矢量，求取每个矢量作用时间。对于每个开关序列，为了控制中点电压平衡，优先采用中矢量和大矢量；负小矢量用于状态过渡分配最小作用时间Tmin，称为过渡小矢量；零矢量用于剩余时间填充。设过渡小矢量Vst作间为Tst，中矢量Vm作用时间为Tm，大矢量Vl作用时间为Tl，零矢量V0作用时间为T0，扇区号为n。
定义逆变器需要输出电压Uoαβ在α轴分量为Uα，在β轴分量为Uβ，设最大矢量长度为对各矢量根据直流母线电压Udc进行标幺化，中矢量大矢量
各扇区第1小区时过渡小矢量计算第1小区各矢量作用时间如式(1)所示。
各扇区第2小区时，小矢量计算第2小区各矢量作用时间如式(2)所示。
公式(1)和公式(2)中，T0为零矢量V0的作用时间，Tst为过渡小矢量Vst的作用时间、Tm为中矢量Vm的作用时间，Tl为大矢量Vl的作用时间，n为扇区号，Tmin为过渡小矢量分配的最小作用时间，Vα和Vβ分别为逆变器需要输出电压U0αβ在α轴和β轴分量。
每个开关序列包含一个负小矢量用于状态过渡，单一负小矢量累积作用将使中点电压失去失衡，必须引入其它的负小矢量作为附加小矢量，引入互差120度的其它两个负小矢量是合适的，一方面过渡小矢量和引入的两个负小矢量作用分别对应不同的三相电流，可以满足中点电压的实时控制需求，另一方面保证一个PWM周期内各桥臂器件最多动作一次。本发明将引入的其它两个负小矢量分别称为第一附加小矢量和第二附加小矢量。其中，与大矢量一起合成中矢量的附加小矢量命名为第一附加小矢量，与中矢量一起合成0.5倍大矢量的附加小矢量命名为第二附加小矢量。
本发明关于过渡小矢量、第一附加小矢量、第二附加小矢量的定义以及对中点电压的控制作用，以第(11)小区为例进行详细说明。
第(11)小区参与输出电压合成基础矢量包含大矢量200，中矢量210，过渡小矢量211和零矢量111。另外，根据中点电压控制需要，引入121作为第一附加小矢量或引入112作为第二附加小矢量参与输出电压合成，附加小矢量121与大矢量200可以合成中矢量210，附加小矢量112与中矢量210可以合成0.5倍大矢量200。
引入附加小矢量后，依据过渡小矢量Vst、第一附加小矢量Vsa1和第二附加小矢量Vsa2作用对应中点电流符号和中点电压调整方向将对中点电压的控制分为3种工况，过渡小矢量调整中点电压对应工况1，第一附加小矢量调整中点电压对应工况2，第二附加小矢量调整中点电压对应工况3。以第(11)小区为例对工况1、工况2、工况3进行详细描述。
工况1：过渡小矢量作用对应中点电流符号满足中点电压控制要求，调整过渡小矢量作用时间控制中点电压。对于第(11)小区，大矢量200与过渡小矢量211相位相同，长度相差1倍，过渡小矢量211作用对应中点电流Im＝-Ia，A相电流为输出时211作用使中点电压升高，A相电流为输入时211作用使中点电压降低。过渡小矢量211对中点电压调整最直接，但是半个基波周期内只能朝着一个方向控制。
工况2：第一附加小矢量作用对应电流符号满足中点电压控制要求，增加第一附加小矢量参与输出电压合成。对于第(11)小区，第一附加小矢量121作用对应中点电流Im＝-Ib，B相电流为输出时第一附加小矢量121作用使中点电压升高，B相电流为输入时第一附加小矢量121作用使中点电压降低。同时，121与200等时间作用合成中矢量210，减少210作用时间，210作用对应中点电流Im＝Ib。通过增加-Ib作用时间，减少Ib作用时间，实现对中点电压双重调节效果。
工况3：第二附加小矢量作用对应电流符号满足中点电压控制要求，增加第二附加小矢量参与输出电压合成。对于第(11)小区，第二附加小矢量112作用对应中点电流Im＝-Ic，C相电流为输出时第二附加小矢量112作用使中点电压升高，C相电流为输入时第二附加小矢量112作用使中点电压降低。同时，112与中矢量210等时间作用可以合成0.5倍大矢量200，增加中矢量210作用时间，210作用对应中点电流Im＝Ib。通过增加-Ic作用时间，增加Ib作用时间实现对中点电压双重调节效果。
对于第(11)小区，工况1对应增加过渡小矢量211作用时间，实现A相电流对中点电压控制作用；工况2对应增加第一附加小矢量121作用时间，减少中矢量210作用时间，实现B相电流对中点电压双重调节作用；工况3对应增加第二附加小矢量112作用时间，增加中矢量210作用时间，实现C、B两相电流对中点电压双重调节作用。3种工况分别对应3相电流，通过调整负小矢量、中矢量作用时间，实现三相电流对中点电压的实时控制。
其它小区依此类推，总结如表3所示,括号中电流为矢量作用时对应的中点电流情况。
表3
小区 过渡小矢量 第一附加小矢量 第二附加小矢量 中矢量
11 211(-I<sub>a</sub>) 121(-I<sub>b</sub>) 112(-I<sub>c</sub>) 210(I<sub>b</sub>)
12 110(-I<sub>c</sub>) 101(-I<sub>b</sub>) 011(-I<sub>a</sub>) 210(I<sub>b</sub>)
21 110(-I<sub>c</sub>) 011(-I<sub>a</sub>) 101(-I<sub>b</sub>) 120(I<sub>a</sub>)
22 121(-I<sub>b</sub>) 211(-I<sub>a</sub>) 112(-I<sub>c</sub>) 120(I<sub>a</sub>)
31 121(-I<sub>b</sub>) 112(-I<sub>c</sub>) 211(-I<sub>a</sub>) 021(I<sub>c</sub>)
32 011(-I<sub>a</sub>) 110(-I<sub>c</sub>) 101(-I<sub>b</sub>) 021(I<sub>c</sub>)
41 011(-I<sub>a</sub>) 101(-I<sub>b</sub>) 110(-I<sub>c</sub>) 012(I<sub>b</sub>)
42 112(-I<sub>c</sub>) 121(-I<sub>b</sub>) 211(-I<sub>a</sub>) 012(I<sub>b</sub>)
51 112(-I<sub>c</sub>) 211(-I<sub>a</sub>) 121(-I<sub>b</sub>) 102(I<sub>a</sub>)
52 101(-I<sub>b</sub>) 011(-I<sub>a</sub>) 110(-I<sub>c</sub>) 102(I<sub>a</sub>)
61 101(-I<sub>b</sub>) 110(-I<sub>c</sub>) 011(-I<sub>a</sub>) 201(I<sub>c</sub>)
62 211(-I<sub>a</sub>) 112(-I<sub>c</sub>) 121(-I<sub>b</sub>) 201(I<sub>c</sub>)
增加中点电压控制策略后，各矢量作用时间在式(1)和式(2)基础上将发生变化，定义Tsa'、T0'、Tst'、Tm'、Tl'分别为附加小矢量Vsa、零矢量V0、过渡小矢量Vst、中矢量Vm、大矢量Vl最终作用时间。
采用过渡小矢量控制中点电压时，各矢量最终作用时间如式(3)所示：
采用第一附加小矢量控制中点电压时，各矢量最终作用时间如式(4)所示：
采用第二附加小矢量控制中点电压时，各矢量最终作用时间如式(5)所示。
式(3)、式(4)、式(5)中，Tsa′、T0′、Tst′、Tm′、Tl′分别为考虑中点电压平衡控制后附加小矢量Vsa、零矢量V0、过渡小矢量Vst、中矢量Vm、大矢Vl量最终作用时间,其中工况2时附加小矢量Vsa对应第一附加小矢量Vsa1，工况3时附加小矢量Vsa对应第二附加小矢量Vsa2；T0、Tst、Tm、Tl分别为采用中点电压控制前由式(1)或式(2)计算得到的零矢量V0、过渡小矢量Vst、中矢量Vm、大矢量Vl作用时间，Tmin为过渡小矢量分配的最小作用时间，K为根据中点电压偏差PI闭环调节输出量。
分析式(3)、式(4)、式(5)可以看出，选择三种工况中的不同工况作用时，各矢量作用时间将发生变化，不同合成矢量的调整通过占用零矢量作用时间T0来实现。工况1、工况2、工况3作用对零矢量的占用时间分别为K(T0-Tmin)和K(T0-Tmin)。单从对零矢量占用时间角度考虑，采用工况2或工况3调整中点电压的代价是工况1的2倍。同时，小矢量或中矢量对中点电压的控制能力，与矢量作用对应的电流大小成正比。
同样以第(11)小区为例分析选择最佳运行工况的标准。在第(11)小区，过渡小矢量、第一附加小矢量和第二附加小矢量的作用对象分别对应为A相电流ia、B相电流ib和C相电流ic，结合不同工况作用时对中点电压的调整特性与零矢量时间占用关系，定义不同工况对中点电压的控制能力为e，如式(6)所示：
式(6)中，e1、e2、e3分别为工况1、工况2、工况3对中点电压的控制能力，其中工况1对中点电压的控制能力e1取2倍系数是因为工况1对零矢量占用时间是工况2或工况3的工况2对中点电压的控制能力e2中出现两个电流ib是因为工况2时增加第一附加小矢量作用和减小中矢量作用都对应B相电流，sign(ΔUneut)为中点电压符号。式(6)的含义为根据中点电压符号和矢量作用特性得到不同工况作用时对中点电压控制能力e，控制能力e包含e1、e2和e3，e1对应工况1，e2对应工况2，e3对应工况3。其中控制能力e最大者对中点电压控制能力最强，为调整中点电压的最佳工况。
本发明具体步骤如下：
步骤1：将二极管箝位三电平逆变器的整个360度矢量空间按照角度进行划分，每60度为一个扇区，共分为6个扇区，编号依次为1～6；每个扇区60度空间按照角度再进行细分，前30度空间为第1小区，后30度空间为第2小区。整个矢量空间共分为12个小区。根据逆变器需要输出电压Uoαβ识别扇区与小区编号。具体方法：对逆变器需要输出电压Uoαβ在α轴和β轴分量Uα和Uβ求取反正切得到矢量空间角度θ，矢量空间角度θ除以60向上取整即为扇区号；同时余数小于30度为第1小区，余数大于等于30度为第2小区。例如当矢量空间角度θ为70度时，除以60向上取整为2，扇区号为2，余数10小于30，小区号为1。
步骤2：根据逆变器需要输出电压Uoαβ所在扇区小区编号，选择参与输出电压合成的基础空间矢量，所述的基础空间矢量包含零矢量V0、过渡小矢量Vst、中矢量Vm和大矢量Vl。以第(11)小区为例，基础空间矢量包含零矢量111、过渡小矢量211、中矢量210和大矢量200；
步骤3：根据逆变器需要输出电压Uoαβ所在扇区小区编号，根据式(1)和式(2)计算零矢量V0、过渡小矢量Vst、中矢量Vm、大矢量Vl的作用时间，分别记为T0、Tst、Tm和Tl；
步骤4：为了实现中点电压Uneut平衡控制，根据逆变器需要输出电压Uoαβ所在扇区小区编号，将与过渡小矢量Vst空间位置相差120度的两个负小矢量作为第一附加小矢量Vsa1和第二附加小矢量Vsa2。其中，与基础矢量中的大矢量Vl共同合成中矢量Vm的附加小矢量命名为第一附加小矢量Vsa1，与基础矢量中的中矢量Vm共同合成0.5倍大矢量Vl的附加小矢量命名为第二附加小矢量Vsa2。以第(11)小区为例，121与大矢量200可以合成中矢量210，称为第一附加小矢量Vsa1，112与中矢量210可以合成0.5倍大矢量200，称为第二附加小矢量Vsa2。
步骤5：根据逆变器需要输出电压Uoαβ所在扇区小区编号，参照过渡小矢量Vst、第一附加小矢量Vsa1和第二附加小矢量Vsa2对应的三相电流Iabc和中点电压Uneut偏差，根据式(6)计算3种工况对中点电压的控制能力e，控制能力e包含e1、e2和e3，e1对应工况1，e2对应工况2，e3对应工况3。选择控制能力e最大者为最优运行工况。
步骤6：根据步骤2选择的基础空间矢量，步骤4选择的附加小矢量，步骤5选择的最优运行工况，步骤3计算的各基础矢量作用时间，代入式(3)、式(4)或式(5)计算各矢量最终作用时间，生成开关序列，控制对应电力电子器件通断，实现最终电压控制。
本发明的优点在于采用软件优化输出电压合成空间矢量作用时间的方式，将二极管箝位三电平逆变器输出共模电压幅值由原来的1/3直流母线电压降低到1/6直流母线电压，在不增加设备硬件成本的前提下实现抑制逆变器共模电压输出，降低共模电压对其它设备的危害。
附图说明
图1二极管箝位三电平拓扑；
图2三电平逆变器空间矢量划分；
图3第(11)小区附加小矢量和其它矢量相互合成关系；
图4二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制策略框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
二极管箝位三电平逆变器拓扑如图1所示。逆变器采集正负直流母线电压，分别记为UdcP和UdcN；采集三相交流电流，记为Iabc，其中A相、B相、C相分别对应Ia、Ib和Ic；对正直流母线电压UdcP和负直流母线电压UdcN求和，得到直流母线电压Udc；对正母线电压UdcP和负直流母线电压UdcN做差，得到中点电压偏差ΔUneut。
逆变器采用矢量控制方法，图1中10所示矢量控制模块输出逆变器需要输出电压Uoαβ。本发明对于二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制方法如图4所示：
步骤1：将整个矢量空间360度按照角度进行划分，每60度为一个扇区，共分为6个扇区，编号依此为1～6；每个扇区60度空间按照角度再进行细分，前30度空间为第1小区，后30度空间为第2小区，整个矢量空间共分为12个小区，如图2所示。根据逆变器需要输出电压Uoαβ，识别扇区与小区编号，如图4中110所示。具体方法：对逆变器输出电压Uoαβ在α轴和β轴分量Uα和Uβ求取反正切得到矢量空间角度θ，矢量空间角度θ除以60向上取整即为扇区号；同时余数小于30度为第1小区，余数大于等于30度为第2小区。例如当矢量空间角度θ为70度时，向上求整为2，扇区号为2，余数10小于30，小区号为1。
步骤2：根据图4中110部分根据逆变器需要输出电压Uoαβ识别的扇区小区编号，选择参与输出电压合成的基础空间矢量，所述的基础空间矢量包含零矢量V0、过渡小矢量Vst、中矢量Vm和大矢量Vl，如图4中120所示。以第(11)小区为例，基础空间矢量包含零矢量111、过渡小矢量211、中矢量210和大矢量200；
步骤3：根据图4中110部分根据逆变器需要输出电压Uoαβ识别的扇区小区编号，将直流电压Udc、逆变器需要输出电压Uoαβ带入公式(1)(2)计算零矢量V0、过渡小矢量Vst、中矢量Vm和大矢量Vl作用时间，分别记为T0、Tst、Tm和Tl，如图4中150所示；
步骤4：为了实现中点电压Uneut平衡控制，根据图4中110部分根据逆变器需要输出电压Uoαβ识别的扇区小区编号，选择第一附加小矢量Va1和第二附加小矢量2Va2，如图4中130所示。其中，与基础矢量中的大矢量一起合成中矢量的附加小矢量命名为第一附加小矢量Va1，与基础矢量中的中矢量一起合成0.5倍大矢量的附加小矢量命名为第二附加小矢量Va2。以第(11)小区为例，121与大矢量200可以合成中矢量210，称为第一附加小矢量Vsa1，112与中矢量210可以合成0.5倍大矢量200，称为第二附加小矢量Vsa2，合成关系如图3所示。
步骤5：根据图4中110部分根据逆变器需要输出电压Uoαβ识别的扇区小区编号，参照过渡小矢量Vst、第一附加小矢量Va1和第二附加小矢量Va2对应的三相电流Iabc和中点电压Uneut偏差，根据式(6)计算3种工况对中点电压的控制能力e，控制能力e包含e1、e2和e3，e1对应工况1，e2对应工况2，e3对应工况3。选择控制能力e最大者为最优运行工况，如图4中140所示。
步骤6：根据步骤2中120部分选择的基础矢量，步骤4中130部分选择的附加小矢量，步骤5中140部分选择的最优运行工况，步骤3中150部分计算的各基础矢量作用时间，带入式(3)、(4)或(5)计算各矢量最终作用时间，生产开关序列，控制对应电力电子器件通断，实现需要的逆变器电压输出，如图4中160所示。

Claims (5)

1.一种二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制方法，其特征在于：所述的方法将二极管箝位三电平逆变器的矢量空间分为6个扇区，每个扇区细分为2个小区，根据小矢量作用时中点电流与对应相电流方向，将小矢量分为正小矢量和负小矢量，采用不含正小矢量的PWM矢量合成策略，在输出电压合成的矢量中去除正小矢量，实现降低共模电压输出的目的；为了维持中点电压平衡，将参与输出电压合成的负小矢量按照矢量合成关系分为过渡小矢量、第一附加小矢量和第二附加小矢量；第一附加小矢量定义为与大矢量一起合成中矢量的附加小矢量，第二附加小矢量定义为与中矢量一起合成0.5倍大矢量的附加小矢量；过渡小矢量、第一附加小矢量和第二附加小矢量为空间上互差120度的负小矢量，作用时中点电流分别对应三相电流；过渡小矢量、第一附加小矢量和第二附加小矢量调整中点电压对应三种不同工况，每种工况均通过增加对应负小矢量作用时间，减小零矢量作用时间实现；根据占用零矢量作用时间长短和作用时对应的中点电流大小，过渡小矢量、第一附加小矢量和第二附加小矢量作用时对中点电压的控制能力不同，选择控制能力最强的工况作为最优工况，对中点电压进行有效控制。
2.根据权利要求1所述的二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制方法，其特征在于所述方法的步骤如下：
步骤1，将二极管箝位三电平逆变器的整个360度矢量空间按照角度进行划分，每60度为一个扇区，共分为6个扇区，编号依次为1～6；每个扇区60度空间按照角度再进行细分，前30度空间为第1小区，后30度空间为第2小区；整个矢量空间共分为12个小区；根据逆变器需要输出电压Uoαβ识别扇区与小区编号，具体为：对逆变器需要输出电压Uoαβ在α轴和β轴分量Uα和Uβ求取反正切得到矢量空间角度θ，矢量空间角度θ除以60，向上取整即为扇区号；同时余数小于30度为第1小区，余数大于等于30度为第2小区；
步骤2，根据逆变器需要输出电压Uoαβ所在扇区小区编号，选择参与输出电压合成的基础空间矢量，所述的基础空间矢量包含零矢量V0、过渡小矢量Vst、中矢量Vm和大矢量Vl；
步骤3，根据逆变器需要输出电压Uoαβ所在扇区小区编号，计算零矢量V0、过渡小矢量Vst、中矢量Vm、大矢量Vl的作用时间，分别记为T0、Tst、Tm和Tl；
步骤4，为了实现中点电压Uneut平衡控制，根据逆变器需要输出电压Uoαβ所在扇区小区编号，将与过渡小矢量Vst空间位置相差120度的两个负小矢量作为第一附加小矢量Vsa1和第二附加小矢量Vsa2；其中，与基础矢量中的大矢量Vl共同合成中矢量Vm的附加小矢量命名为第一附加小矢量Vsa1，与基础矢量中的中矢量Vm共同合成0.5倍大矢量Vl的附加小矢量命名为第二附加小矢量Vsa2；
步骤5，根据逆变器需要输出电压Uoαβ所在扇区小区编号，参照过渡小矢量Vst、第一附加小矢量Vsa1和第二附加小矢量Vsa2对应的三相电流Iabc和中点电压Uneut偏差，计算3种工况对中点电压的控制能力e，控制能力e包含e1、e2和e3，其中e1对应工况1，e2对应工况2，e3对应工况3；选择控制能力e最大者为最优运行工况；
步骤6，根据步骤2选择的基础空间矢量，步骤4选择的附加小矢量，步骤5选择的最优运行工况，步骤3计算的各基础矢量作用时间，计算各矢量最终作用时间，生成开关序列，控制对应电力电子器件通断，实现逆变器需要的电压输出。
3.根据权利要求2所述的二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制方法，其特征在于所述步骤3计算零矢量V0、过渡小矢量Vst、中矢量Vm、大矢量Vl的作用时间按照以下公式进行：
各扇区第1小区时各矢量作用时间如式(1)所示：
各扇区第2小区时各矢量作用时间如式(2)所示：
式中，T0为零矢量V0的作用时间，Tst为过渡小矢量Vst的作用时间，Tm为中矢量Vm的作用时间，Tl为大矢量Vl的作用时间，n为扇区号，Tmin为过渡小矢量分配的最小作用时间，Uα和Uβ分别为逆变器需要输出电压U0αβ在α轴和β轴的分量。
4.根据权利要求2所述的二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制方法，其特征在于：所述的步骤5计算三种工况对中点电压的控制能力e，控制能力e包含e1、e2和e3，其中e1对应工况1，e2对应工况2，e3对应工况3；选择控制能力e最大者为最优运行工况的方法如下；
依据过渡小矢量Vst、第一附加小矢量Vsa1和第二附加小矢量Vsa2作用对应中点电流符号和中点电压调整方向将对中点电压的控制分为3种工况；
工况1：过渡小矢量作用对应中点电流符号满足中点电压控制要求，调整过渡小矢量作用时间控制中点电压；
工况2：第一附加小矢量作用对应电流符号满足中点电压控制要求，增加第一附加小矢量参与输出电压合成；
工况3：第二附加小矢量作用对应电流符号满足中点电压控制要求，增加第二附加小矢量参与输出电压合成；
结合不同工况作用时对中点电压的调整特性与零矢量时间占用关系，定义不同工况对中点电压的控制能力为e，如式(6)所示：
式(6)中，e1、e2、e3分别为工况1、工况2、工况3对中点电压的控制能力，ia、ib和ic为三相交流电流，其中工况1对中点电压的控制能力e1取2倍系数是因为工况1对零矢量占用时间是工况2或工况3的工况2对中点电压的控制能力e2中出现两个电流ib是因为工况2时增加第一附加小矢量作用和减小中矢量作用都对应B相电流，sign(ΔUneut)为中点电压符号；式(6)的含义为根据中点电压符号和矢量作用特性得到不同工况作用时对中点电压控制能力e，其中e1对应工况1，e2对应工况2，e3对应工况3；控制能力e最大者对中点电压控制能力最强，为控制中点电压的最佳工况。
5.根据权利要求2所述的二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制方法，其特征在于：所述的步骤6计算各矢量最终作用时间的方法如下：
根据步骤2选择的基础空间矢量，步骤4选择的附加小矢量，步骤5选择的最优运行工况，步骤3计算的各基础矢量作用时间，代入式(3)、式(4)或式(5)，计算各矢量最终作用时间；
采用过渡小矢量控制中点电压时，各矢量最终作用时间如式(3)所示：
采用第一附加小矢量控制中点电压时，各矢量最终作用时间如式(4)所示：
采用第二附加小矢量控制中点电压时，各矢量最终作用时间如式(5)所示：
式(3)、式(4)、式(5)中，T’sa、T’0、T’st、T’m、T’l分别为考虑中点电压平衡控制后附加小矢量Vsa、零矢量V0、过渡小矢量Vst、中矢量Vm、大矢Vl量最终作用时间,其中工况2时附加小矢量Vsa对应第一附加小矢量Vsa1，工况3时附加小矢量Vsa对应第二附加小矢量Vsa2；T0、Tst、Tm、Tl分别为采用中点电压控制前由式(1)或式(2)计算得到的零矢量V0、过渡小矢量Vst、中矢量Vm、大矢量Vl作用时间，Tmin为过渡小矢量分配的最小作用时间，K为根据中点电压偏差PI闭环调节输出量。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106803725A (zh) * 2016-11-25 2017-06-06 科诺伟业风能设备（北京）有限公司 一种二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制方法
CN108712101B (zh) * 2018-06-08 2020-07-28 哈尔滨工程大学 一种船用三相四桥臂逆变器输出中点对地电压周期波动的抑制方法
CN109217701B (zh) * 2018-10-22 2020-01-07 山东大学 三电平整流器共模电压抑制pwm方法、调制器及***
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103138619A (zh) * 2011-12-01 2013-06-05 苏州欧姆尼克新能源科技有限公司 一种用于三相三电平光伏并网逆变器的零序分量注入抑制中点电位波动方法
CN104038091A (zh) * 2014-07-04 2014-09-10 国家电网公司 基于svpwm的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法
CN104158429A (zh) * 2014-08-27 2014-11-19 阳光电源股份有限公司 三电平光伏逆变器脉宽调制方法和调制器
CN105305791A (zh) * 2015-12-01 2016-02-03 安徽大学 一种抑制共模电压的三电平shepwm方法
CN105703634A (zh) * 2016-03-11 2016-06-22 中南大学 一种三电平变流器中点电位平衡控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103138619A (zh) * 2011-12-01 2013-06-05 苏州欧姆尼克新能源科技有限公司 一种用于三相三电平光伏并网逆变器的零序分量注入抑制中点电位波动方法
CN104038091A (zh) * 2014-07-04 2014-09-10 国家电网公司 基于svpwm的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法
CN104158429A (zh) * 2014-08-27 2014-11-19 阳光电源股份有限公司 三电平光伏逆变器脉宽调制方法和调制器
CN105305791A (zh) * 2015-12-01 2016-02-03 安徽大学 一种抑制共模电压的三电平shepwm方法
CN105703634A (zh) * 2016-03-11 2016-06-22 中南大学 一种三电平变流器中点电位平衡控制方法

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