CN109617440B - 基于svpwm的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法 - Google Patents

基于svpwm的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于SVPWM的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法，对影响三电平中点电压平衡的控制矢量采用相应的方法进行控制，对于中矢量的控制采用虚拟矢量，用对中点电压无影响的大矢量来合成中矢量；而对小矢量的控制采用PI控制小矢量的合成作用时间；两种控制方法相结合，对中矢量和小矢量进行的改进后，并进行闭环反馈控制，提高了三电平中点电压动态平衡性，满足***稳定性要求；不需要外加辅助电路，减少了变流器损耗，提高了三电平逆变器器直流侧电压平衡的稳定性，控制方法简单。

Description

基于SVPWM的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法
技术领域
本发明涉及三电平逆变器的直流侧中点电压平衡方法，尤其涉及一种基于SVPWM的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法。
背景技术
为了达到三电平逆变器直流侧中点电压平衡，传统的方法是外加辅助电路来实现中点电压平衡，但是改进电路后整个电路和控制算法会变得更加复杂；传统的控制合成矢量电压作用时间方法，容易导致矢量合成作用时间过小，开关频繁切换和浪涌电压，尖峰电流的出现。因此，有必要对这种方法进行改进，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于SVPWM的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法，以改善电平中点电压不平衡问题，提高设备的动态稳定性，保证电机等电气设备的正常运行。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
基于SVPWM的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法，包括以下步骤：
首先划分空间电压矢量区域，根据二极管嵌位三电平逆变器的开关管导通顺序将空间电压矢量区域划分为六个大矢量区域，每个大矢量区域又划分为四个小矢量区域，总共由27个矢量组成；由二极管嵌位形成的三电平逆变器共由12个开关管，其中每相电路含4个开关管，通过分析每相开关管的导通顺序，得到每相开关管有Udc/2、0、-Udc/2三种电压状态，所以三相电路中共有33＝27种开关状态，然后将不同的状态分布在一定的位置上，再进行小区域的划分；
分别列出零矢量、正小矢量、负小矢量、中矢量对三电平中点电压的影响，当输入矢量为零矢量PPP时，负载侧与P点相连与中点m不相连，所以对中点电压无影响；当输入正小矢量POO时，负载测a端与P点相连，而负载的b、c两端与中点m相连，由直流侧电压产生的电电压不平衡；当输入负小矢量ONN时，负载侧与正小矢量连接相通，但是电流iz流出中点m，使电容C2电压下降，C1电压上升，满足C2<C1，导致中点电压不平衡；当输入中矢量PON时，负载侧分别与P点、中点m、N点相连，此时既有流入中点的电流也有流出中的电流，最后，得到零矢量、大矢量对中点电压无影响，中矢量和小矢量对其平衡产生影响；
为了让中点电压达到平衡，需要对中矢量和小矢量进行改进，针对小矢量所产生的不平衡，改变正负小矢量的控制作用时间，尽可能的使正小矢量作用时间与负小矢量的作用时间相等，相互抵消，使中点电压平衡，为此，引入中点调节因子ρ，重新分配V1p、V1n的作用时间：
Figure GDA0002899812640000021
将其带入SVPWM的比较点中得：
Figure GDA0002899812640000031
e为中点电压偏移量；
当Vc1＝Vc2＝0时，ρ＝0；当Vc1＞Vc2时，ρ<0；当Vc1＜Vc2时，ρ>0；利用PI调节器来对其进行偏量修正：
Figure GDA0002899812640000032
ρ∈[-1 1]，其中ΔU(t)为Uc1与Uc2的差值；
通过闭环控制，不断调整调节因子ρ的大小，使中点电压达到平衡；对于中矢量的调整，采用虚拟矢量法，即中矢量由相邻的大矢量根据三角形法则合成，中矢量
Figure GDA0002899812640000033
是由大矢量
Figure GDA0002899812640000034
和
Figure GDA0002899812640000035
合成的，定义为
Figure GDA0002899812640000036
原矢量
Figure GDA0002899812640000037
表示三相桥臂的开关状态，
Figure GDA0002899812640000038
表示由PPN、PNN合成的新矢量，根据上述三个开关矢量画出电路图分析流入流出中点电流，得出Ia+Ib+Ic＝0，使得整个虚拟中矢量作用时间对中点无影响。
由上面对中矢量和小矢量进行一系列的改进后，并进行闭环反馈控制，三电平中点电压的动态平衡性更加稳定，抗干扰性更强。
本发明的优点在于：
对影响三电平中点电压平衡的控制矢量采用相应的方法进行控制，对于中矢量的控制采用虚拟矢量，用对中点电压无影响的大矢量来合成中矢量；而对小矢量的控制采用PI控制小矢量的合成作用时间；两种控制方法相结合，对中矢量和小矢量进行的改进后，并进行闭环反馈控制，提高了三电平中点电压动态平衡性，满足***稳定性要求；不需要外加辅助电路，减少了变流器损耗，提高了三电平逆变器器直流侧电压平衡的稳定性，控制方法简单。
附图说明
图1是三电平逆变器空间矢量示意图；
图2是扇区I的电压矢量分解示意图；
图3是不同矢量对中点的影响示意图；
图4是电容中点电压控制示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
本发明提出的基于SVPWM的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法，包括以下步骤：
首先划分空间电压矢量区域，根据二极管嵌位三电平逆变器的开关管导通顺序将空间电压矢量区域划分为六个大矢量区域，每个大矢量区域又划分为四个小矢量区域，总共由27个矢量组成；如图1，由二极管嵌位形成的三电平逆变器共由12个开关管，其中每相电路含4个开关管，通过分析每相开关管的导通顺序，得到每相开关管有Udc/2、0、-Udc/2三种电压状态，所以三相电路中共有33＝27种开关状态，然后将不同的状态分布在一定的位置上，如图2再进行小区域的划分；
如图3所示，分别列出零矢量、正小矢量、负小矢量、中矢量对三电平中点电压的影响，当输入矢量为零矢量PPP时，负载侧与P点相连与中点m不相连，所以对中点电压无影响；当输入正小矢量POO时，负载测a端与P点相连，而负载的b、c两端与中点m相连，由直流侧电压产生的电电压不平衡；当输入负小矢量ONN时，负载侧与正小矢量连接相通，但是电流iz流出中点m，使电容C2电压下降，C1电压上升，满足C2<C1，导致中点电压不平衡；当输入中矢量PON时，负载侧分别与P点、中点m、N点相连，此时既有流入中点的电流也有流出中的电流，最后，得到零矢量、大矢量对中点电压无影响，中矢量和小矢量对其平衡产生影响；
如图4，为了让中点电压达到平衡，需要对中矢量和小矢量进行改进，针对小矢量所产生的不平衡，改变正负小矢量的控制作用时间，尽可能的使正小矢量作用时间与负小矢量的作用时间相等，相互抵消，使中点电压平衡，为此，引入中点调节因子ρ，重新分配V1p、V1n的作用时间：
Figure GDA0002899812640000051
将其带入SVPWM的比较点中得：
Figure GDA0002899812640000061
e为中点电压偏移量；
当Vc1＝Vc2＝0时，ρ＝0；当Vc1＞Vc2时，ρ<0；当Vc1＜Vc2时，ρ>0；利用PI调节器来对其进行偏量修正：
Figure GDA0002899812640000062
ρ∈[-1 1]，其中ΔU(t)为Uc1与Uc2的差值；
通过图4中的闭环控制，不断调整调节因子ρ的大小，使中点电压达到平衡；对于中矢量的调整，采用虚拟矢量法，即中矢量由相邻的大矢量根据三角形法则合成，如图2，中矢量
Figure GDA0002899812640000063
是由大矢量
Figure GDA0002899812640000064
和
Figure GDA0002899812640000065
合成的，定义为
Figure GDA0002899812640000066
原矢量
Figure GDA0002899812640000067
表示三相桥臂的开关状态，
Figure GDA0002899812640000068
表示由PPN、PNN合成的新矢量，根据上述三个开关矢量画出电路图分析流入流出中点电流，得出Ia+Ib+Ic＝0，使得整个虚拟中矢量作用时间对中点无影响。
其中，Udc为图3中上下桥臂电容c1和c2的电压，即直流电压，V1p为正小矢量，V1n为负小矢量，t1p为引入调节因子后正小矢量作用时间，t1n为引入调节因子后负小矢量作用时间，Uc1为图3中电容c1的电压，即上桥臂电容电压，Uc2为图3中电容c2的电压，即下桥臂电容电压，taon为A相小矢量作用时间，t′aon为引入调节因子后的A相小矢量作用时间，t′bon为引入调节因子后的B相小矢量作用时间，t′con为引入调节因子后的C相小矢量作用时间，τi为PI调节器的时间常数，t1为引入调节因子前的正小矢量作用时间，t2为引入调节因子前的负小矢量作用时间，Kp为PI调节器的比例调节系数。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域的技术人员了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.基于SVPWM的三电平逆变器直流侧中点电压平衡方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先划分空间电压矢量区域，根据二极管嵌位三电平逆变器的开关管导通顺序将空间电压矢量区域划分为六个大矢量区域，每个大矢量区域又划分为四个小矢量区域，总共由27个矢量组成；由二极管嵌位形成的三电平逆变器共由12个开关管，其中每相电路含4个开关管，通过分析每相开关管的导通顺序，得到每相开关管有Udc/2、0、-Udc/2三种电压状态，所以三相电路中共有33＝27种开关状态，然后将不同的状态分布在一定的位置上，再进行小区域的划分；
分别列出零矢量、正小矢量、负小矢量、中矢量对三电平中点电压的影响，当输入矢量为零矢量PPP时，负载侧与P点相连与中点m不相连，所以对中点电压无影响；当输入正小矢量POO时，负载测a端与P点相连，而负载的b、c两端与中点m相连，由直流侧电压产生的电电压不平衡；当输入负小矢量ONN时，负载侧与正小矢量连接相通，但是电流iz流出中点m，使电容C2电压下降，C1电压上升，满足C2<C1，导致中点电压不平衡；当输入中矢量PON时，负载侧分别与P点、中点m、N点相连，此时既有流入中点的电流也有流出中的电流，最后，得到零矢量、大矢量对中点电压无影响，中矢量和小矢量对其平衡产生影响；
为了让中点电压达到平衡，需要对中矢量和小矢量进行改进，针对小矢量所产生的不平衡，改变正负小矢量的控制作用时间，尽可能的使正小矢量作用时间与负小矢量的作用时间相等，相互抵消，使中点电压平衡，为此，引入中点调节因子ρ，重新分配V1p、V1n的作用时间：
Figure FDA0002899812630000021
将其带入SVPWM的比较点中得：
Figure FDA0002899812630000022
e为中点电压偏移量；
当Vc1＝Vc2＝0时，ρ＝0；当Vc1＞Vc2时，ρ<0；当Vc1＜Vc2时，ρ>0；
利用PI调节器来对其进行偏量修正：
Figure FDA0002899812630000023
其中ΔU(t)为Uc1与Uc2的差值；
通过闭环控制，不断调整调节因子ρ的大小，使中点电压达到平衡；对于中矢量的调整，采用虚拟矢量法，即中矢量由相邻的大矢量根据三角形法则合成，中矢量
Figure FDA0002899812630000024
是由大矢量
Figure FDA0002899812630000025
和
Figure FDA0002899812630000026
合成的，定义为
Figure FDA0002899812630000027
原矢量
Figure FDA0002899812630000028
表示三相桥臂的开关状态，
Figure FDA0002899812630000029
表示由PPN、PNN合成的新矢量，根据上述三个开关矢量画出电路图分析流入流出中点电流，得出Ia+Ib+Ic＝0，使得整个虚拟中矢量作用时间对中点无影响；
其中，Udc为上下桥臂电容c1和c2的电压，即直流电压，V1p为正小矢量，V1n为负小矢量，t1p为引入调节因子后正小矢量作用时间，t1n为引入调节因子后负小矢量作用时间，Uc1为电容c1的电压，即上桥臂电容电压，Uc2为电容c2的电压，即下桥臂电容电压，taon为A相小矢量作用时间，t′aon为引入调节因子后的A相小矢量作用时间，t′bon为引入调节因子后的B相小矢量作用时间，t′con为引入调节因子后的C相小矢量作用时间，τi为PI调节器的时间常数，t1为引入调节因子前的正小矢量作用时间，t2为引入调节因子前的负小矢量作用时间，Kp为PI调节器的比例调节系数。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111030495B (zh) * 2019-12-30 2023-03-21 东北农业大学 一种基于四分区三电平逆变器中点电压的平衡方法及***
CN111181429B (zh) * 2020-01-09 2023-06-13 东北农业大学 基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡方法及***
CN111092562B (zh) * 2020-01-09 2023-06-27 东北农业大学 基于三分区式的三电平逆变器中点电压的控制方法及***
CN113037110B (zh) * 2021-02-25 2023-04-11 安徽大学绿色产业创新研究院 一种五电平逆变器中点电压控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101834443A (zh) * 2010-04-22 2010-09-15 河源市雅达电子有限公司 一种利用时间因子平衡三电平直流中点电压的方法
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
CN108054945A (zh) * 2017-12-31 2018-05-18 王大方 一种三电平逆变器的虚拟空间矢量脉宽调制策略

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10075119B2 (en) * 2016-08-22 2018-09-11 Hamilton Sundstrand Corporation Three level inverter midpoint control gain correction

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101834443A (zh) * 2010-04-22 2010-09-15 河源市雅达电子有限公司 一种利用时间因子平衡三电平直流中点电压的方法
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
CN108054945A (zh) * 2017-12-31 2018-05-18 王大方 一种三电平逆变器的虚拟空间矢量脉宽调制策略

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
具有中点电位平衡功能的三电平直接转矩控制;李阳等;《微电机》;20160731;第62-67页 *

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