一种用于单相三电平级联整流器的具有均压功能的带反向矢量的空间矢量调制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子技术领域，设及一种单相=电平多模块级联整流器空间矢量 调制方法。
【背景技术】
[0002] 对于级联型整流器，常见的是由H桥结构组成的，其控制目标是各级联模块的直 流电压均衡和交流侧输入电压电流工作在单位功率因数。在负载不平衡的情况下，直流 侧电容电压可能会出现不平衡状况，该将会导致作用在开关器件和电容的电压超过其耐压 值。因此，级联整流器的直流侧电容的均压控制是非常必要的。
[0003] 针对级联整流器的均压控制，当前的研究主要有W下几类：
[0004] 1、使用PI调节器电压平衡控制方法。将各级整流模块的直流电压与给定值做差， 经PI调节器后作为各模块的功率器件的信号。
[0005] 2、基于非线性控制的电压平衡控制算法，例如无源性控制算法。
[0006] 3、采用滞环比较器实现直流侧的均压控制。
[0007] 类似的，二极管错位型整流模块同样可W构成级联型整流器。但其面临着比H桥 结构更为复杂的直流侧均压问题；各整流模块内部直流侧上下电容的电压均衡与各整流模 块之间的直流侧电容电压的均衡。如果直流侧电容均压不成功，可能会严重影响输出电压 的质量，并对功率器件造成损害。在单个模块中，大矢量和零矢量不会导致直流侧电容电压 不平衡，但小矢量将引起直流侧电容电压不均衡，并且成对小矢量对电容电压的作用相反。 同时，对电容作用效果不同的矢量可W称为冗余矢量，可W通过将其分配到同一个开关周 期内，并希望通过对冗余状态作用时间不相等时，中点电位状态的计算来控制电压平衡。在 模块之间，通过载波相位的不同保证所有级联模块IGBT开关状态轮流作用相等时间并加 入均压算法，使得各模块直流侧电容电压保持均衡。
【发明内容】
[000引技术问题；为了克服现有多模块级联整流器中的均压问题，本发明提供了一种不 会影响控制效果、在完成模块内部与模块之间均压功能的同时不会导致开关频率升高的单 相S电平空间矢量调制方法。
[0009] 技术方案：本发明所设及的一种用于单相=电平级联整流器的具有均压功能的带 反向矢量的空间矢量调制方法，包括W下步骤：
[0010] (1)将一个单相=电平整流器模块的A相桥臂和B相桥臂的九种开关状态所产生 电压矢量分别表示为Vi…Vg。可W将其分为五类，Vi，V。与Vg为零矢量，V,与V3为正小矢 量，Ve与V7为负小矢量，V4与V8为正大矢量与负大矢量。在两个电容电压相等时，同类矢 量参与合成矢量等效，互为冗余矢量；
[0011] (2)对整流器控制系统输出的调制波信号运用移相载波控制策略，根据带反向矢 量的单相=电平空间矢量调制方法生成PWM波形，从而形成该级联整流器的PWM波形；
[0012] (3)对各整流模块的直流电压的大小进行排序，并根据排序结果为各模块选择合 适的步骤（2)中所生成的PWM信号，形成新的P丽波形。
[0013] (4)将步骤（3)中生成的PWM波形作为功率器件的驱动信号。
[0014] 本发明用于单相S电平级联整流器的具有均压功能的带反向矢量的空间矢量调 制方法，能够有效提高级联整流器的均压能力，并可W通过理论计算找到该调制方法的均 压范围。
[001引有益效果：与现有技术相比，本发明具有W下优点：
[0016] 1、本发明所提供的一种用于单相S电平级联整流器的具有均压功能的带反向矢 量的空间矢量调制方法。在单个=电平整流模块中，现有电容均压控制方法的基本思想是 检测上下电容的电压差，并根据当前整流器系统的工作状态来重新分配导致电容电压不平 衡的开关状态的作用时间，改变上下电容的充放电过程从而实现上下电容均压。本发明则 利用正负小矢量对不同电容的作用，选择冗余正负小矢量对单相S电平整流器的上下电容 进行均压。同时，矢量切换时必须满足一定的规则，从而维持系统的开关频率不变。
[0017] 本发明方法增大了级联整流器的均压范围和均压能力。使用移相载波调制策略 时，在一个载波周期内，各载波将高低电平作用时间分为n份并分配给每个模块轮流作用。 当出现负载不平衡现象时，将作用于输出直流电压较高模块的PWM波的高电平作用时间分 配给输出直流电压较低模块（若电流反向，则将作用于直流电压较高模块的PWM波的低电 平作用时间分配给输出直流电压较低模块）；同时，当某个模块输出直流电压升高，则均压 算法将为该模块交换低电平矢量，直到电压恢复正常为止。交换矢量后，由于直流输出较高 模块长期占用低电平，直流输出较低模块长期占用高电平，因此将导致模块间矢量切换次 数减少。通过上述均压算法，本发明能够实现当某一个负载出现空载情况，整个系统也可W 保持电压平衡。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明所应用的单相S电平级联整流器
[0019] 图2为单相=电平脉冲整流器开关等效电路图
[0020] 图3为级联整流器调制策略的系统框图
[0021] 图4为级联整流器的均压策略控制框图
[0022] 图5为级联整流器均压时的电压相量图
[0023] 图6为带反向矢量的电压空间矢量调制图
[0024] 图7为带反向矢量的电压空间矢量调制的均压范围
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。本发明所提供的一种 用于单相S电平级联整流器的具有均压功能的带反向矢量的空间矢量调制方法，与现有的 =电平调制方法重新分配开关状态的作用时间不同，本发明则利用模块内部反向矢量对不 同电容的充放电作用，选择冗余矢量对=电平整流模块的上下电容进行均压，再通过均压 算法完成各整流模块之间的电容均压。
[0026] 相对于传统的调整各开关状态的作用时间来解决各模块电容均压问题，本发明利 用反向矢量对不同电容的充放电作用，选择冗余矢量对各整流模块的上下电容进行均压， 再通过均压算法完成各模块之间的电容均压。通过上述调制方法，可W在保持系统开关频 率不变的同时，增大单相=电平级联整流器的均压能力和均压范围。该方法主要包括W下 步骤：
[0027] (1)如图2所示，把一个单相S电平整流器的A相桥臂和B相桥臂的九种开关状态 所产生电压矢量分别表示为Vi…Vg。可W将其分为五类，Vi，V。与Vg为零矢量，V,与V3为 正小矢量，Ve与V7为负小矢量，V4与V8为正大矢量与负大矢量。在两个电容电压相等时， 同类矢量参与合成矢量等效，互为冗余矢量。如表1所示。
[002引 表1
[0029]
【主权项】
1. 一种用于单相三电平级联整流器的具有均压功能的带反向矢量的空间矢量调制方 法，用以实现级联整流器的直流侧电容的均压控制，其特征在于，包括以下步骤： (1) 一个单相三电平整流器模块的A相桥臂和B相桥臂的九种开关状态所产生电压矢 量分别表示为V1-V9;将其分为五类，Vp^与V9为零矢量，V2与V3为正小矢量，V6与V7为 负小矢量，1与V8为正大矢量与负大矢量；在两个电容电压相等时，同类矢量参与合成矢量 等效，互为冗余矢量； (2) 对整流器控制系统输出的调制波信号运用移相载波控制策略，根据带反向矢量的 单相三电平空间矢量调制方法合成参考矢量，过程如下： 在II与III区内通过正小矢量与负小矢量合成参考矢量，在I区内通过正大矢量与负 小矢量合成，在第IV区内通过负大矢量与正小矢量合成； 最后形成该级联整流器的PWM波形； (3) 对各整流模块的直流电压的大小进行排序，并根据排序结果为各模块选择对应的 PWM电平序列，从而形成新的PWM波形； (4) 将步骤（3)中生成的PWM波形作为功率器件的驱动信号。
【专利摘要】本发明公开了一种用于单相三电平级联整流器的具有均压功能的带反向矢量的空间矢量调制方法，包括以下步骤：(1)定义单相三电平整流器模块的开关状态矢量；(2)结合移相载波控制策略，利用带反向矢量的单相三电平空间矢量调制方法生成PWM波形；(3)使用均压算法对上述PWM波形进行更新；(4)将该PWM信号作为功率器件的驱动信号。本发明则利用正负小矢量对不同电容的作用，选择冗余正负小矢量对单相三电平整流器的上下电容进行均压。同时，矢量切换时必须满足一定的规则，从而维持系统的开关频率不变。增大了级联整流器的均压范围和均压能力，能够实现当某一个负载出现空载情况，整个系统也可以保持电压平衡。
【IPC分类】H02M7-217
【公开号】CN104753370
【申请号】CN201510136690
【发明人】彭旭, 何晓琼, 郭爱平, 舒泽亮
【申请人】西南交通大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月26日