CN114884383A - 一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法及*** - Google Patents

一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明属于电力电子功率变换技术领域，提供了一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法及***，该方法包括：扇区及区域判别、虚拟矢量定义及选取、占空比计算、电容电压独立控制、占空比更新、开关序列设计、PWM信号生成。其中，电容电压独立控制策略可进一步分为中线电流计算和最优分配因子获取。本发明方法同时适用于直流侧中点电压平衡和不平衡运行工况，保证高质量输出电流；仅依靠代数运算即可得到基本电压矢量的占空比，大幅降低实现过程的复杂度；同时可实现电容电压灵活控制。

Description

一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法及***
技术领域
本发明属于电力电子功率变换技术领域，尤其涉及一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法及***。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
三电平逆变器(Three-Level Inverter)具有功率开关管电压应力低、输出波形质量高、滤波器体积小等明显优势，在可再生能源发电、复合储能、电能质量治理等领域应用广泛。二极管箝位型(Diode Clamped)和T型(T-Type)三电平逆变器是最为常用的两种三电平逆变器拓扑，但两者需采用数量较多的功率开关管，不可避免地增加了***成本和体积。
为进一步减少功率开关管数量、降低***体积和成本，新西兰奥克兰理工大学学者Tung Ngo等提出了简化型(Simplified Neutral-Point Clamped,SNPC)三电平逆变器拓扑，其包含十个功率开关管，数量较传统T型三电平逆变器拓扑进一步减少，且无需采用箝位二极管。
发明人发现，用于简化型三电平逆变器的现有调制方法仅适用于直流侧中点电压平衡工况。然而，当简化型三电平逆变器用于集中式光伏发电、复合储能、新能源汽车等***时，直流侧设置两个独立的输入电源，对提高***效率意义重大，但是目前的调制方案无法同时适用于直流侧中点电压平衡和不平衡运行工况。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法及***，其适用于直流侧中点电压平衡和不平衡运行工况，保证高质量输出电流；仅依靠代数运算即可得到基本电压矢量的占空比，大幅降低实现过程的复杂度；同时可实现电容电压灵活控制。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法，包括如下步骤：
根据空间电压矢量表达式定义虚拟电压矢量；
根据参考电压矢量的幅值和相角取值情况，判别参考电压矢量当前所在的扇区及区域，若参考电压矢量位于扇区1，基于参考电压和空间矢量图的相对位置关系，采用相应的虚拟电压矢量选取规则方法，合成参考电压矢量，建立伏秒平衡方程，并利用坐标变换计算各虚拟电压矢量占空比，若参考电压矢量位于扇区1之外的其他扇区时，将参考电压矢量的相角通过映射关系转换至扇区1；
其中，所述基于参考电压和空间矢量图的相对位置关系，采用相应的虚拟电压矢量选取规则方法，具体包括：
当参考电压矢量位于空间矢量图内侧区域时，选取距离最近的三个虚拟电压矢量合成参考矢量，采用直接法求解得到各虚拟矢量的占空比；
当参考电压矢量位于空间矢量图外侧区域时，选取距离最近的四个虚拟电压矢量合成参考矢量，采用间接法求解得到各虚拟矢量的占空比；
将各虚拟矢量的占空比转化为基本矢量的占空比，设计电容电压最优控制器，精准调节中线电流，得到P型和N型小矢量占空比最优分配因子，更新各基本矢量的占空比；
基于更新的后的基本矢量的占空比及参考电压矢量所在的扇区及区域设计开关序列，将开关序列转换为功率开关管的PWM驱动信号。
本发明的第二个方面提供一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制***，包括：
虚拟电压矢量定义模块，用于根据空间电压矢量表达式定义虚拟电压矢量；
虚拟电压矢量选取及占空比计算模块，用于根据参考电压矢量的幅值和相角取值情况，判别参考电压矢量当前所在的扇区及区域，若参考电压矢量位于扇区1，基于参考电压和空间矢量图的相对位置关系，采用相应的虚拟电压矢量选取规则方法，合成参考电压矢量，建立伏秒平衡方程，并利用坐标变换计算各虚拟电压矢量占空比，若参考电压矢量位于扇区1之外的其他扇区时，将参考电压矢量的相角通过映射关系转换至扇区1；
其中，所述基于参考电压和空间矢量图的相对位置关系，采用相应的虚拟电压矢量选取规则方法，具体包括：
当参考电压矢量位于空间矢量图内侧区域时，选取距离最近的三个虚拟电压矢量合成参考矢量，采用直接法求解得到各虚拟矢量的占空比；
当参考电压矢量位于空间矢量图外侧区域时，选取距离最近的四个虚拟电压矢量合成参考矢量，采用间接法求解得到各虚拟矢量的占空比；
电容电压独立控制模块，用于将各虚拟矢量的占空比转化为基本矢量的占空比，设计电容电压最优控制器，精准调节中线电流，得到P型和N型小矢量占空比最优分配因子，更新各基本矢量的占空比；
驱动信号生成模块，用于基于更新的后的基本矢量的占空比及参考电压矢量所在的扇区及区域设计开关序列，将开关序列转换为功率开关管的PWM驱动信号。
本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法中的步骤。
本发明的第四个方面提供一种计算机设备。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明方法同时适用于简化型三电平逆变器直流侧电容电压平衡和不平衡运行工况，保证高质量输出电流，通过扇区及区域判别、虚拟矢量定义及选取、占空比计算、电容电压独立控制、占空比更新、开关序列设计、PWM信号生成。其中，电容电压独立控制策略可进一步分为中线电流计算和最优分配因子获取，仅依靠代数运算即可得到基本电压矢量的占空比，大幅降低实现过程的复杂度，同时可实现电容电压灵活控制。
(2)采用本发明方法时，简化型三电平逆变器的直流侧电容电压波动幅值很小，可使用容量较小的电容，有利于实现***的降本增效；
(3)本发明方法可灵活控制直流侧两个电容电压的差值，调节时间较传统比例积分(Proportional Integral,PI)控制器明显缩短。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为***整体控制框图；
图2为简化型三电平逆变器的电路拓扑图；
图3为直流侧不平衡因子大于0时、简化型三电平逆变器的空间矢量图；
图4为直流侧不平衡因子小于0时、简化型三电平逆变器的空间矢量图；
图5为本发明方法的空间矢量图；
图6为扇区1、区域A内的开关序列示意图；
图7为扇区1、区域B内的开关序列示意图；
图8(a)-图8(c)为调制度m＝0.8时本发明方法的稳态工作波形图；
图9(a)-图9(b)为调制度m＝0.8时、电容电压控制采用本发明方法、传统PI控制方法的工作波形对比图；
图10(a)-图10(c)为调制度m＝0.4时本发明方法的稳态工作波形图；
图11(a)-图11(b)为调制度m＝0.4时、电容电压控制采用本发明方法、传统PI控制方法的工作波形对比图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
本实施例提供了一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤1：根据空间电压矢量定义和基本电压矢量的表达式定义虚拟矢量；
步骤2：基于参考电压矢量的幅值和相角取值情况，判别参考电压矢量当前所在的扇区及区域；
步骤3：根据参考电压矢量当前所在的扇区，设计虚拟电压矢量选取规则，合成参考电压矢量，建立伏秒平衡方程，利用坐标变换求解伏秒平衡方程，得到各虚拟矢量的占空比；
步骤4：设计电容电压最优控制器，精准调节中线电流，得到P型、N型小矢量占空比最优分配因子，并结合虚拟矢量和基本矢量的对应关系式，更新各基本矢量的占空比；
步骤5：根据参考电压矢量当前所在的扇区及区域，设计开关序列；当参考电压矢量位于扇区1之外的其它扇区时，通过映射关系，将参考电压矢量的相角转换至扇区1；将开关序列转换为功率开关管的PWM驱动信号。
图2为简化型三电平逆变器***的电路拓扑图，包括如下组成部分：两组光伏阵列(PV1和PV2)、两个直流侧支撑电容(C1和C2)、十个功率开关管(S1，S2，…，S10)。
其中，两个直流侧支撑电容的值相等，即C1＝C2＝Cdc；每个电容两端各连接一组光伏阵列，以实现独立最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)功能，进而提高***的发电效率。
S1、S2、S3以及S4四个功率开关管通过串联构成公共开关单元，S5、S6通过串联构成第一组独立开关单元，S7、S8通过串联构成第二组独立开关单元，S9、S10通过串联构成第三组独立开关单元。
将S2和S3的连接点作为逆变器的中性点，电容C1和C2的连接点作为直流输入电源的中性点，将逆变器的中性点与直流输入电源的中性点相连接。通过采用脉宽调制(PulseWidth Modulation,PWM)方式控制各功率开关管的开通及关断。
可以理解的是，本实施例中的功率开关管可以为绝缘栅双极型晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor,IGBT)，也可采用其他形式晶体管来实现，具体可以根据本领域技术人员的实际需求进行选取。
简化型三电平逆变器的开关状态包括三种：[P]、[O]和[N]。
选择直流侧中性点(即图2中的点O1)作为参考。其中，当开关状态为[P]时，桥臂输出电压为+VC1；当开关状态为[O]时，桥臂输出电压为0；当开关状态为[N]时，桥臂输出电压为-VC2。
简化型三电平逆变器的基本电压矢量、开关状态及开通的开关管见表1。可见，简化型三电平逆变器的基本电压矢量包括大矢量、小矢量和零矢量。
表1简化型三电平逆变器的基本电压矢量、开关状态及开通的开关管
Figure BDA0003685870300000081
为便于描述直流侧两个电容电压的差值，定义直流侧不平衡因子为
Figure BDA0003685870300000082
其中，VC1和VC2分别为电容C1和C2两端的电压，Vdc＝VC1+VC2。
当直流侧不平衡因子大于、小于0时，简化型三电平逆变器的空间矢量图分别如图3、图4所示。可见，在直流侧中点电压不平衡工况下，大矢量和零矢量的位置保持不变，即与中点电压平衡工况时相同；小矢量的位置发生了偏移，P型小矢量和N型小矢量的位置不再重合，遂使得空间矢量调制方法的实现过程异常复杂。
为此，本实施例提供了一种适用于简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法及***，可有效解决上述难题。不失一般性，以扇区1为例，详细说明具体的实施过程。
步骤1：根据空间电压矢量定义表达式定义虚拟矢量；
作为一种或多种实施例，步骤1中，根据空间电压矢量的定义，可得扇区1内基本电压矢量的表达式为：
Figure BDA0003685870300000091
定义虚拟矢量为：
Figure BDA0003685870300000092
其中，α为P型小矢量和N型小矢量的分配因子。
可见：虚拟大矢量与大矢量相同；虚拟零矢量与零矢量相同；虚拟小矢量为P型小矢量和N型小矢量的组合。当α取不同值时，虚拟小矢量的顶点有所不同。
本实施例中，为便于求解，取α等于1/2。
步骤2：基于参考电压矢量的幅值和相角取值情况，判别参考电压矢量当前所在的扇区及区域；
步骤3：根据参考电压矢量当前所在的扇区，设计虚拟电压矢量选取规则，合成参考电压矢量，建立伏秒平衡方程，利用坐标变换求解伏秒平衡方程，得到各虚拟矢量的占空比；
作为一种或多种实施例，步骤3中，为简化计算过程，建立60°坐标系，即将g轴逆时针旋转60°得到h轴(见图4)。坐标变换过程可表示为：
Figure BDA0003685870300000101
其中，vrg表示参考电压矢量的g轴分量，vrh表示参考电压矢量的h轴分量，vrα表示参考电压矢量的α轴分量，vrβ表示参考电压矢量的β轴分量。
①当参考电压矢量在扇区1中的区域A(即空间矢量图外侧区域)时，选取距离最近的四个虚拟电压矢量，包括两个虚拟大矢量和两个虚拟小矢量(即VL1、VL2、VS1和VS2)合成参考电压矢量，伏秒平衡方程为：
Figure BDA0003685870300000102
其中，Vr为参考电压矢量，dL1、dL2、dS1和dS2分别为VL1、VL2、VS1和VS2的占空比。
下面采用间接计算方法求解占空比dL1、dL2、dS1和dS2：
利用式(4)所给出的坐标变换，伏秒平衡方程可化简为：
Figure BDA0003685870300000111
其中，Vrg和Vrh分别为参考电压矢量的g轴和h轴分量。
进一步得到dS1和dS2满足
Figure BDA0003685870300000112
引入分配因子β(0<β<1)，dS1和dS2可表示为：
Figure BDA0003685870300000113
dL1和dL2可表示为：
Figure BDA0003685870300000114
因dL1和dL2为占空比，显然：dL1>0，dL2>0，进一步可得分配因子β满足
Figure BDA0003685870300000115
结合0<β<1，可得分配因子β的上限值βmax和下限值βmin分别为：
Figure BDA0003685870300000116
Figure BDA0003685870300000117
选取分配因子β为其上限值βmax和下限值βmin的平均值，即：
Figure BDA0003685870300000121
将式(13)给出的分配因子代入上述占空比的表达式，即可得到各虚拟矢量的占空比。将其转换为基本矢量的占空比，如式(14)所示。
Figure BDA0003685870300000122
其中，d1、d2、d7p、d7n、d8p和d8n分别为V1[PNN]、V2[PPN]、V7p[POO]、V7n[ONN]、V8p[PPO]和V8n[OON]的占空比。ξ为P型小矢量和N型小矢量的占空比分配因子，可用于控制电容电压偏差。
②当参考电压矢量在扇区1中的区域B(即空间矢量图内侧区域)时，选取距离最近的三个虚拟电压矢量包括两个虚拟小矢量和虚拟零矢量(即VS1、VS2和VZ)合成参考电压矢量，伏秒平衡方程为：
Figure BDA0003685870300000123
其中，Vr为参考电压矢量，dS1、dS2和dZ分别为VS1、VS2和VZ的占空比。下面采用直接计算方法求解占空比dS1、dS2和dZ：
利用式(4)所给出的坐标变换，可得各虚拟矢量的占空比为：
Figure BDA0003685870300000131
将其转换为基本矢量的占空比，如式(17)所示。
Figure BDA0003685870300000132
其中，d7p、d7n、d8p、d8n和d0分别为V7p[POO]、V7n[ONN]、V8p[PPO]、V8n[OON]和V0[OOO]的占空比。
步骤4：设计电容电压最优控制器，精准调节中线电流，得到P型、N型小矢量占空比最优分配因子，并结合虚拟矢量和基本矢量的对应关系式，更新各基本矢量的占空比；
作为一种或多种实施例，在得到各虚拟矢量的占空比后，通过设计电容电压最优控制器，精准调节中线电流，得到P型、N型小矢量占空比分配因子，并结合虚拟矢量和基本矢量的对应关系式，更新各基本矢量的占空比，具体包括如下步骤：
中线电流的数学模型为：
Figure BDA0003685870300000133
其中，Cdc为直流侧支撑电容的值(即C1＝C2＝Cdc)，Vdiff为直流侧两个电容的电压差值(即Vdiff＝VC1–VC2)。
中线电流的数学模型的离散形式为：
Figure BDA0003685870300000141
其中，Ts为数字控制器的采样周期，Vdiff(k)和Vdiff(k+1)分别为k时刻和k+1时刻直流侧两个电容的电压差值。
令Vdiff(k+1)为电容电压偏差给定值Vdiff_ref，则中线电流的参考值可表示为：
Figure BDA0003685870300000142
当参考电压矢量位于扇区1(包括区域A和区域B时)，***实际中线电流与三相输出电流、基本矢量占空比之间的关系可表示为：
inp＝ia·(d7n+d8n)+ib·(d8n+d7p)+ic·(d7p+d8p) (21)
结合式(17)、式(20)和式(21)，可得最优分配因子ξopt为
Figure BDA0003685870300000143
采用类似分析及求解方法，可得其它扇区内的最优分配因子ξopt。各扇区内的最优分配因子如下：
当参考电压矢量位于扇区1时，最优分配因子为：
Figure BDA0003685870300000144
当参考电压矢量位于扇区2时，最优分配因子为：
Figure BDA0003685870300000145
当参考电压矢量位于扇区3时，最优分配因子为：
Figure BDA0003685870300000151
当参考电压矢量位于扇区4时，最优分配因子为：
Figure BDA0003685870300000152
当参考电压矢量位于扇区5时，最优分配因子为：
Figure BDA0003685870300000153
当参考电压矢量位于扇区6时，最优分配因子为：
Figure BDA0003685870300000154
步骤5：根据参考电压矢量当前所在的扇区及区域，设计开关序列；
作为一种或多种实施例，所述步骤5中，考虑简化型三电平逆变器输出波形谐波含量低、功率开关管动作次数少等因素，设计开关序列。
设计的开关序列为七段式或九段式开关序列，具体包括：
当参考电压矢量位于扇区1内的区域A时，设计七段式开关序列如下：[PNN]-[ONN]-[OON]-[PPN]-[PPO]-[POO]-[PNN](如图5所示)。
当参考电压矢量位于扇区1内的区域B时，设计九段式开关序列如下：[ONN]-[OON]-[OOO]-[POO]-[PPO]-[POO]-[OOO]-[OON]-[ONN](如图6所示)。
步骤6：当参考电压矢量位于扇区1之外的其它扇区时，通过映射关系，将参考电压矢量的相角转换至扇区1；将开关序列转换为功率开关管的PWM驱动信号。
作为一种或多种实施例，步骤6中，当参考电压矢量位于其它扇区(即扇区2—扇区6)时，将参考电压矢量的相角通过映射关系(即式(14))转换至扇区1，即
Figure BDA0003685870300000161
其中，θ为参考电压矢量的相角，N为扇区编号，θ'为参考电压矢量的相角映射至扇区1内的值。
在此基础上，利用扇区1内的占空比计算公式，计算相应基本电压矢量的占空比。然后选取参考电压矢量所在扇区内的基本电压矢量，设计开关序列。
不同扇区及区域内的开关序列设计如下：
当参考电压矢量位于扇区2内的区域A时，设计七段式开关序列如下：[PPN]-[OON]-[NON]-[NPN]-[OPO]-[PPO]-[PPN]。
当参考电压矢量位于扇区2内的区域B时，设计九段式开关序列如下：[NON]-[OON]-[OOO]-[OPO]-[PPO]-[OPO]-[OOO]-[OON]-[NON]。
当参考电压矢量位于扇区3内的区域A时，设计七段式开关序列如下：[NPN]-[NON]-[NOO]-[NPP]-[OPP]-[OPO]-[NPN]。
当参考电压矢量位于扇区3内的区域B时，设计九段式开关序列如下：[NON]-[NOO]-[OOO]-[OPO]-[OPP]-[OPO]-[OOO]-[NOO]-[NON]。
当参考电压矢量位于扇区4内的区域A时，设计七段式开关序列如下：[NPP]-[NOO]-[NNO]-[NNP]-[OOP]-[OPP]-[NPP]。
当参考电压矢量位于扇区4内的区域B时，设计九段式开关序列如下：[NNO]-[NOO]-[OOO]-[OOP]-[OPP]-[OOP]-[OOO]-[NOO]-[NNO]。
当参考电压矢量位于扇区5内的区域A时，设计七段式开关序列如下：[NNP]-[NNO]-[ONO]-[PNP]-[POP]-[OOP]-[NNP]。
当参考电压矢量位于扇区5内的区域B时，设计九段式开关序列如下：[NNO]-[ONO]-[OOO]-[OOP]-[POP]-[OOP]-[OOO]-[ONO]-[NNO]。
当参考电压矢量位于扇区6内的区域A时，设计七段式开关序列如下：[PNP]-[ONO]-[ONN]-[PNN]-[POO]-[POP]-[PNP]。
当参考电压矢量位于扇区6内的区域B时，设计九段式开关序列如下：[ONN]-[ONO]-[OOO]-[POO]-[POP]-[POO]-[OOO]-[ONO]-[ONN]。
图7为本发明方法的控制框图，基本步骤包括：扇区及区域判别、虚拟矢量选取、占空比计算、电容电压独立控制、占空比更新、开关序列设计、PWM生成。其中，电容电压独立控制策略可进一步分为中线电流计算、最优分配因子计算、限幅等部分。
当调制度为0.8时，简化型三电平逆变器的稳态工作波形图如图8(a)-图8(c)所示。当运行时间在0.15s至0.2s之间时，电容电压偏差给定值为0V；当运行时间在0.25s至0.3s之间时，电容电压偏差给定值为100V；当运行时间在0.35s至0.4s之间时，电容电压偏差给定值为-100V。同时，图8(a)-图8(c)给出了输出线电压总谐波畸变率(THDv)和输出电流总谐波畸变率(THDi)。不难看出：在直流侧电容电压平衡和不平衡工况下，本发明方法均能保证高质量输出电流。
当***调制度等于0.8、电容电压偏差给定值发生阶跃变化时，本发明方法和传统PI控制方法的性能对比如图9(a)-图9(b)所示。
可以看出：采用本发明方法，直流侧电容电压调节时间较传统PI控制方法明显缩短。
当调制度为0.4时，简化型三电平逆变器的稳态工作波形图如图10(a)-图10(c)所示。当运行时间在0.15s至0.2s之间时，电容电压偏差给定值为0V；当运行时间在0.25s至0.3s之间时，电容电压偏差给定值为100V；当运行时间在0.35s至0.4s之间时，电容电压偏差给定值为-100V。同时，图10(a)-图10(c)给出了输出线电压总谐波畸变率(THDv)和输出电流总谐波畸变率(THDi)。可见，本发明方法同时适用于直流侧电容电压平衡和不平衡运行工况，保证了逆变器***的稳定可靠运行。
当***调制度等于0.4、电容电压偏差给定值发生阶跃变化时，本发明方法和传统PI控制方法的性能对比如图11(a)-图11(b)所示。
可以看出：本发明方法能实现电容电压的快速精准跟踪控制，与传统PI控制方法相比，优势明显。
实施例二
本实施例提供一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制***，包括：
虚拟电压矢量定义模块，用于根据空间电压矢量表达式定义虚拟电压矢量；
虚拟电压矢量选取及占空比计算模块，用于根据参考电压矢量的幅值和相角取值情况，判别参考电压矢量当前所在的扇区及区域，若参考电压矢量位于扇区1，基于参考电压和空间矢量图的相对位置关系，采用相应的虚拟电压矢量选取规则方法，合成参考电压矢量，建立伏秒平衡方程，并利用坐标变换计算各虚拟电压矢量占空比，若参考电压矢量位于扇区1之外的其他扇区时，将参考电压矢量的相角通过映射关系转换至扇区1；
其中，所述基于参考电压和空间矢量图的相对位置关系，采用相应的虚拟电压矢量选取规则方法，具体包括：
当参考电压矢量位于空间矢量图内侧区域时，选取距离最近的三个虚拟电压矢量合成参考矢量，采用直接法求解得到各虚拟矢量的占空比；
当参考电压矢量位于空间矢量图外侧区域时，选取距离最近的四个虚拟电压矢量合成参考矢量，采用间接法求解得到各虚拟矢量的占空比；
电容电压独立控制模块，用于将各虚拟矢量的占空比转化为基本矢量的占空比，设计电容电压最优控制器，精准调节中线电流，得到P型和N型小矢量占空比最优分配因子，更新各基本矢量的占空比；
驱动信号生成模块，用于基于更新的后的基本矢量的占空比及参考电压矢量所在的扇区及区域设计开关序列，将开关序列转换为功率开关管的PWM驱动信号。
实施例三
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法中的步骤。
实施例四
本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据空间电压矢量表达式定义虚拟电压矢量；
根据参考电压矢量的幅值和相角取值情况，判别参考电压矢量当前所在的扇区及区域，若参考电压矢量位于扇区1，基于参考电压和空间矢量图的相对位置关系，采用相应的虚拟电压矢量选取规则方法，合成参考电压矢量，建立伏秒平衡方程，并利用坐标变换计算各虚拟电压矢量占空比，若参考电压矢量位于扇区1之外的其他扇区时，将参考电压矢量的相角通过映射关系转换至扇区1；
其中，所述基于参考电压和空间矢量图的相对位置关系，采用相应的虚拟电压矢量选取规则方法，具体包括：
当参考电压矢量位于空间矢量图内侧区域时，选取距离最近的三个虚拟电压矢量合成参考矢量，采用直接法求解得到各虚拟矢量的占空比；
当参考电压矢量位于空间矢量图外侧区域时，选取距离最近的四个虚拟电压矢量合成参考矢量，采用间接法求解得到各虚拟矢量的占空比；
将各虚拟矢量的占空比转化为基本矢量的占空比，设计电容电压最优控制器，精准调节中线电流，得到P型和N型小矢量占空比最优分配因子，更新各基本矢量的占空比；
基于更新的后的基本矢量的占空比及参考电压矢量所在的扇区及区域设计开关序列，将开关序列转换为功率开关管的PWM驱动信号。
2.如权利要求1所述的一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法，其特征在于，所述采用直接法求解得到各虚拟矢量的占空比表达式为：
Figure FDA0003685870290000021
对应的各基本电压矢量的占空比为：
Figure FDA0003685870290000022
式中，dS1、dS2和dZ为三个虚拟电压矢量的占空比，ξ为P型小矢量和N型小矢量的占空比分配因子；Vrg和Vrh分别为参考电压矢量的g轴和h轴分量，
Figure FDA0003685870290000025
为直流侧不平衡因子，Vdc为电容两端的电压之和，α为P型小矢量和N型小矢量的分配因子。
3.如权利要求1所述的一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法，其特征在于，所述采用间接法求解得到各虚拟矢量的占空比表达式为：
Figure FDA0003685870290000023
其中，
Figure FDA0003685870290000024
Figure FDA0003685870290000031
Figure FDA0003685870290000032
Figure FDA0003685870290000033
各基本电压矢量的占空比为：
Figure FDA0003685870290000034
式中，dL1、dL2、dS1和dS2为四个虚拟电压矢量的占空比，ξ为P型小矢量和N型小矢量的占空比分配因子。
4.如权利要求1所述的一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法，其特征在于，所述最优分配因子具体为：
当参考电压矢量位于扇区1时，最优分配因子为：
Figure FDA0003685870290000035
当参考电压矢量位于扇区2时，最优分配因子为：
Figure FDA0003685870290000036
当参考电压矢量位于扇区3时，最优分配因子为：
Figure FDA0003685870290000037
当参考电压矢量位于扇区4时，最优分配因子为：
Figure FDA0003685870290000041
当参考电压矢量位于扇区5时，最优分配因子为：
Figure FDA0003685870290000042
当参考电压矢量位于扇区6时，最优分配因子为：
Figure FDA0003685870290000043
其中，中线电流的参考值为
Figure FDA0003685870290000044
Cdc为直流侧支撑电容的值，Vdiff_ref为电容电压偏差给定值，Ts为数字控制器的采样周期，Vdiff(k)为k时刻直流侧两个电容的电压差值。
5.如权利要求1所述的一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法，其特征在于，设计的开关序列为七段式或九段式开关序列。
6.如权利要求5所述的一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法，其特征在于，所述七段式或九段式开关序列具体为：
当参考电压矢量位于扇区1内的区域A时，设计开关序列如下：
[PNN]-[ONN]-[OON]-[PPN]-[PPO]-[POO]-[PNN]；
当参考电压矢量位于扇区1内的区域B时，设计开关序列如下：
[ONN]-[OON]-[OOO]-[POO]-[PPO]-[POO]-[OOO]-[OON]-[ONN]；
当参考电压矢量位于扇区2内的区域A时，设计开关序列如下：
[PPN]-[OON]-[NON]-[NPN]-[OPO]-[PPO]-[PPN]；
当参考电压矢量位于扇区2内的区域B时，设计开关序列如下：
[NON]-[OON]-[OOO]-[OPO]-[PPO]-[OPO]-[OOO]-[OON]-[NON]。
当参考电压矢量位于扇区3内的区域A时，设计开关序列如下：
[NPN]-[NON]-[NOO]-[NPP]-[OPP]-[OPO]-[NPN]；
当参考电压矢量位于扇区3内的区域B时，设计开关序列如下：
[NON]-[NOO]-[OOO]-[OPO]-[OPP]-[OPO]-[OOO]-[NOO]-[NON]；
当参考电压矢量位于扇区4内的区域A时，设计开关序列如下：
[NPP]-[NOO]-[NNO]-[NNP]-[OOP]-[OPP]-[NPP]；
当参考电压矢量位于扇区4内的区域B时，设计开关序列如下：
[NNO]-[NOO]-[OOO]-[OOP]-[OPP]-[OOP]-[OOO]-[NOO]-[NNO]；
当参考电压矢量位于扇区5内的区域A时，设计开关序列如下：
[NNP]-[NNO]-[ONO]-[PNP]-[POP]-[OOP]-[NNP]；
当参考电压矢量位于扇区5内的区域B时，设计开关序列如下：
[NNO]-[ONO]-[OOO]-[OOP]-[POP]-[OOP]-[OOO]-[ONO]-[NNO]；
当参考电压矢量位于扇区6内的区域A时，设计开关序列如下：
[PNP]-[ONO]-[ONN]-[PNN]-[POO]-[POP]-[PNP]；
当参考电压矢量位于扇区6内的区域B时，设计开关序列如下：
[ONN]-[ONO]-[OOO]-[POO]-[POP]-[POO]-[OOO]-[ONO]-[ONN]。
7.如权利要求1所述的一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法，其特征在于，所述虚拟电压矢量包括虚拟大矢量、虚拟小矢量和虚拟零矢量，其中，虚拟大矢量与大矢量相同；虚拟零矢量与零矢量相同；虚拟小矢量为P型小矢量和N型小矢量的组合。
8.一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制***，其特征在于，包括：
虚拟电压矢量定义模块，用于根据空间电压矢量表达式定义虚拟电压矢量；
虚拟电压矢量选取及占空比计算模块，用于根据参考电压矢量的幅值和相角取值情况，判别参考电压矢量当前所在的扇区及区域，若参考电压矢量位于扇区1，基于参考电压和空间矢量图的相对位置关系，采用相应的虚拟电压矢量选取规则方法，合成参考电压矢量，建立伏秒平衡方程，并利用坐标变换计算各虚拟电压矢量占空比，若参考电压矢量位于扇区1之外的其他扇区时，将参考电压矢量的相角通过映射关系转换至扇区1；
其中，所述基于参考电压和空间矢量图的相对位置关系，采用相应的虚拟电压矢量选取规则方法，具体包括：
当参考电压矢量位于空间矢量图内侧区域时，选取距离最近的三个虚拟电压矢量合成参考矢量，采用直接法求解得到各虚拟矢量的占空比；
当参考电压矢量位于空间矢量图外侧区域时，选取距离最近的四个虚拟电压矢量合成参考矢量，采用间接法求解得到各虚拟矢量的占空比；
电容电压独立控制模块，用于将各虚拟矢量的占空比转化为基本矢量的占空比，设计电容电压最优控制器，精准调节中线电流，得到P型和N型小矢量占空比最优分配因子，更新各基本矢量的占空比；
驱动信号生成模块，用于基于更新的后的基本矢量的占空比及参考电压矢量所在的扇区及区域设计开关序列，将开关序列转换为功率开关管的PWM驱动信号。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法中的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法中的步骤。
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