基于npc三电平svpwm逆变器相电流重构方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力电子与电力传动技术领域，具体设及一种基于NPCS电平SVPWM 逆变器相电流重构方法。
【背景技术】
[0002] 工业领域对交流传动控制日益增长的需求促进了电力电子器件容量耐压等级及 微电子控制技术的提高，中点错位式（NPC)S电平是其中的典型拓扑，相较于传统的两电 平逆变器，由于电平数目增多，使得输出电压谐波成分减少，开关管的电压开关应力降低， 从而使系统损耗减少，在低压开关器件的应用更加广泛。
[0003] 为了使逆变器输出达到较好的效果，需要对相电流进行采样反馈。电流采样技术 可分为直接采样和间接采样。直接采样中，将至少两个电流传感器放置在输出负载侧，W提 供=相电流的反馈信号；间接采样中，使用一个电流传感器，通过采集中点电位上的电流用 W构建=相电流。间接采样法相比于直接采样法，减少了电流传感器个数，节省生产成本， 同时降低了系统的重量和体积，并且能够消除由于传感器间参数的差异导致的测量误差。 基于上述的优势，基于中点电位的电流采样技术广泛应用于多种场合。
[0004] 然而，NPC^电平逆变器空间矢量调制（SVPWM)运行，进行中点电流采样时，载波 周期内非零基本空间矢量的作用时间只有在满足最小采样时间Tmm的前提下，才能对相电 流进行有效重构。空间参考矢量在扇区边界切换时，会出现在一个载波周期内非零基本空 间矢量的作用时间不满足Tmm,导致电流采样失效，运些区域称为非观测区。针对非观测 区的处理方法，主要是通过改变调制矢量时序W及状态，如增减调制矢量作用，增大载波周 期，保证非零基本空间矢量最小作用时间。 阳0化]申请号为201010039771. 3的专利《基于直流母线电流的电动机相电流检测方 法》，通过在一个多倍于载波周期的算法周期内，保持该时间段内多个载波周期非零矢量总 作用时间不变，将其中一个PWM载波周期内非零基本空间矢量的作用时间，增大到满足最 小采样时间。该方法算法周期较长，不利于精准检测电流；专利号为201110331123.X的《基 于对称PWM载波的电动机相电流重构方法》，将调制矢量分解为该扇区边界区域非零基本空 间矢量相邻的两非零基本空间矢量，并加入零基本空间矢量。该方法基于两电平拓扑结构， 不能拓展至NPCS电平逆变器。
【发明内容】
[0006] 本发明为了解决NPCS电平逆变器运行时，通过中点电流采样的方式进行重构相 电流，SVPWM调制在扇区边界位置的非观测区域无法完成相电流重构的不足，提供一种算法 容易实现、控制效果较好的相电流重构方法，并采用W下技术方案来实现：
[0007] 一种基于NPCS电平SVPWM逆变器相电流重构方法，
[000引 NPCS电平逆变器运行时，在可观测区域，采用传统SVPWM方式进行调制；在扇区 边界位置的非观测区域，将传统SVPWM基本空间矢量中的零或短矢量，分解为两个互补的 矢量，并构建新的基本空间矢量，在新建的空间矢量作用过程中，采用中点电流采样方式重 构相电流。
[0009] 分解传统SVPWM基本空间矢量中的零或短矢量时，选取与调制矢量相近的矢量进 行分解，W相邻的原基本至间矢量为参考量，分解为与参考量同向和反向的两个互补矢量， 并W此作为新的基本空间矢量进行调制。
[0010] 分解后两个互补矢量的作用时间是分解前的原基本空间矢量作用时间的一半，W 互补矢量及原基本空间矢量为基础，构建新的基本空间矢量，同时调整重构后的基本空间 矢量调制时序与作用时间。
[0011] 本发明针对NPC=电平逆变器运行时，在扇区边界位置的非观测区域，将传统 SVPWM基本空间矢量中的零或短矢量，分解为两个互补的矢量，并构建新的空间作用矢量， 对相电流进行重构；在可观测区域，采用传统SVPWM方式进行调制，W保证在全周期内相电 流的有效检测。
【附图说明】
[0012] 图1为NPCS电平逆变器中点电流采样结构图；
[0013] 图2为空间矢量调制示意图；
[0014] 图3为第一扇区区域划分示意图；
[0015] 图4为划分后的小区域矢量调制时序图；
[0016] 图5为空间矢量调制时的非观测区域示意图；
[0017] 图6为第一扇区的非观测区域划分及空间矢量分解方式示意图；
[0018] 图7为与非观测区域Zi对应的分解重构后的空间矢量调制时序与作用时间示意 图；
[0019] 图8为与非观测区域Zz对应的分解重构后的空间矢量调制时序与作用时间示意 图；
[0020] 图9为与非观测区域Zs对应的分解重构后的空间矢量调制时序与作用时间示意 图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和实施例，对本发明做进一步详细描述。但是下文所掲示的内容为 本发明的原理，并不局限于仅此一例。
[0022] 为了克服使用传感器检测=相电流时成本高、体积大的问题，在精度要求不高且 需要降低成本的情况下，通常采用检测中点电流的方法重构S相电流。NPCS电平逆变器在 错位二极管与直流电容中点之间进行电流采样，利用中点电流和开关管开关状态重构=相 电流。
[0023]NPCS电平逆变器的结构原理图如图1所示，通过在不同的开关状态下检测中点 电流id。便可W重新构建相电流。下面分析SVPWM调制时的开关状态，WA相桥臂为例，S 电平的每相桥臂有=种状态[P，0,闲，对应的开关管状态为：
[00巧]0: Sai= 0, S a2= 1，S a3= 1，S a4= 0, V = 0
[0027]S电平的SVPWM调制空间矢量有27种类型，每个基本空间矢量都对应一种开关状 态，基本空间矢量的施加是通过改变12个开关管（IGBT)的导通状态来实现的，通过控制开 关管导通时间，即控制基本空间矢量的作用时间，由基本空间矢量作用时间的长短，即可合 成任意方向、大小的调制矢量，图2为空间矢量调制示意图。
[002引不同的开关管通断状态对应着不同的相电流流向。因此，可利用空间矢量调制时， 同一PWM载波周期内开关管两次不同状态时刻，通过采集中点电流来重构=相电流，图2中 标示出当基本空间矢量为短矢量W及中矢量时，中点电流传感器采样值id。对应的S相电 流。
[0029] 传统SVPWM调制算法将整个矢量空间先分成6个大扇区，再将每个大扇区分成6 个小区域。W第一扇区为例，如图3空间矢量示意图所示，阐述如何进行中点电流采样并重 构相电流。根据传统SVPWM调制算法，选取S个基本空间矢量V。、Vi和V2,分别作用后再进 行合成而获得调制矢量，图4为第一扇区内6个小区域的开关时序图。
[0030] W区间1的相电流状态为例，如图4中的区间1所示。在开关管的状态为ONN时， 此时流进中点的电流为A相正电流，即id。=i。;开关管的状态为PON时，此时流进中点的电 流为B相正电流，即id。=ib;开关管的状态为POO时，此时流进中点的电流为A相负电流， 即id。=-i。，而根据平衡负载下，S相电流之和1。+扣1。=0,至此可W得到一个载波周期内 的立相电流。所W通过在不同开关状态时刻，对中点电流进行采样，可W重构立相电流，同 时由于传统SVPWM为屯段式调制，所W可W选择在调制前端或者后端进行