一种三电平变流器中点电位平衡控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力电子变流技术领域，特别地，设及一种=电平变流器中点电位平 衡控制方法。
【背景技术】
[0002] S电平的拓扑结构自1981年被日本学者化bae A等人提出W来，就受到了广泛关 注。=电平变流器相比两电平变流器开关管承受电压应力更小，输出谐波性能更好，因此在 就在中高压交流传动、柔性输电、电网无功补偿和吸收等高压大功率领域得到了广泛的应 用。
[0003] 中点电位不平衡是二极管巧位型=电平逆变器的固有问题，一直W来也是=电平 逆变器研究的热点问题。中点电位不平衡是指直流母线两串联电容电压不相等。中点电位 的不平衡会大幅增加输出电压和电流谐波，导致开关管承受应力变大，甚至造成负载电机 转矩大幅震荡。中点电位的不平衡包括中点电位的低频振荡和偏移，要使中点电位平衡，必 须消除中点电位的偏移和低频振荡。
[0004] S电平调制算法大都从两电平调制算法延伸而来，主要有载波脉宽调制（pulse wid1:h modulation,SPWM)和空间矢量脉宽调制（space vector pulse width modulation， SVPWM)。载波脉宽调制方法向调制波中注入优化的零序电压，改变某些开关状态的作用时 间，从而改变中点电流，控制中点电位;空间矢量脉宽调制方法根据中点电压偏移和负载电 流的方向来分配小矢量和中矢量的作用时间来平衡中点电位。传统的虚拟空间矢量方法根 据中点电位偏移方向，调整成对小矢量的作用时间，增加有利于中点电位平衡的小矢量作 用时间，减少不利于中点电位平衡的小矢量作用时间，平衡中点电位的偏移。但运类方法没 有考虑到中点电位偏移时成对小矢量幅值不相等，对矢量时间的计算不精确;且由于使用 成对两个小矢量，会使得动态响应较慢，开关损耗大。
[0005] 针对现有技术中空间矢量脉宽调制法对矢量时间的计算不精确、动态响应较慢、 开关损耗大的问题，目前尚未有有效的解决方案。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种=电平变流器中点电位平衡控制方法，既 能在全调制度下消除中点电位的低频波动、有效治理中点电位偏移、提高时间计算精度，又 比传统虚拟空间矢量方法开关损耗更低，动态性能更好。
[0007] 根据本发明的一个方面，提供了一种=电平变流器中点电位平衡控制方法。
[000引根据本发明提供的=电平变流器中点电位平衡控制方法包括：
[0009] 根据中点电位偏移时小矢量与中矢量的幅值变化情况，对=电平变流器的空间矢 量进行重新分区；
[0010] 根据中点电位偏移时成对小矢量幅值改变情况，计算中点电位不平衡度；
[0011] 选择有利于平衡中点电位的小矢量，并根据中点电位不平衡度进行参考电压矢量 合成；
[0012] 使用参考电压矢量精确控制=电平变流器的中点电位。
[0013] 其中，对=电平变流器的空间矢量进行重新分区，为将=电平空间矢量的一个大 扇区均分为S个小扇区。
[0014] 其中，根据中点电位不平衡度进行参考电压矢量合成，为将中点电位不平衡度作 为描述成对小矢量幅值改变的参量参与参考电压矢量合成。
[0015] 并且，根据中点电位不平衡度进行参考电压矢量合成，还包括将虚拟中矢量加入 参考电压矢量的合成中，其中，虚拟中矢量为中矢量与两个相邻小矢量的矢量和。
[0016] 其中，选择有利于平衡中点电位的小矢量，为根据中点电位偏移方与和相电流的 方向选择有利于平衡中点电位的小矢量参与合成参考电压矢量。
[0017] 其中，当零矢量时间为正时，使用零矢量作为首发矢量；当零矢量时间为正时，使 用正小矢量作为首发矢量。
[0018] 从上面所述可W看出，本发明提供的技术方案通过将一个大扇区平分为=个小扇 区，引入中点电位不平衡度，通过判断中点电位偏移和相电流的方向，选择有利于中点电位 平衡的小矢量，精确计算各矢量作用时间，合理安排矢量序列的技术手段，既能在全调制度 下消除中点电位的低频波动、有效治理中点电位偏移、提高时间计算精度，又比传统虚拟空 间矢量方法开关损耗更低，动态性能更好。
【附图说明】
[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W根据运些附图获 得其他的附图。
[0020] 图1为根据本发明实施例的一种=电平变流器中点电位平衡控制方法的流程图；
[0021] 图2为根据本发明实施例的一种=电平变流器中点电位平衡控制方法的一个实施 例的流程图；
[0022] 图3为根据本发明实施例的一种=电平变流器中点电位平衡控制方法的一个实施 例的空间矢量图；
[0023] 图4为根据本发明实施例的一种=电平变流器中点电位平衡控制方法的一个实施 例的A扇区的矢量合成关系图。
【具体实施方式】
[0024] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中 的附图，对本发明实施例中的技术方案进一步进行清楚、完整、详细地描述，显然，所描述的 实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域 普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025] 如图1所示，根据本发明的实施例提供的=电平变流器中点电位平衡控制方法包 括：
[0026] 步骤SlOl，根据中点电位偏移时小矢量与中矢量的幅值变化情况，对=电平变流 器的空间矢量进行重新分区；
[0027] 步骤S103,根据中点电位偏移时成对小矢量幅值改变情况，计算中点电位不平衡 度；
[0028] 步骤S105,选择有利于平衡中点电位的小矢量，并根据中点电位不平衡度进行参 考电压矢量合成；
[0029] 步骤S107,使用参考电压矢量精确控制=电平变流器的中点电位。
[0030] 其中，对=电平变流器的空间矢量进行重新分区，为将=电平空间矢量的一个大 扇区均分为S个小扇区。
[0031] 其中，根据中点电位不平衡度进行参考电压矢量合成，为将中点电位不平衡度作 为描述成对小矢量幅值改变的参量参与参考电压矢量合成。
[0032] 并且，根据中点电位不平衡度进行参考电压矢量合成，还包括将虚拟中矢量加入 参考电压矢量的合成中，其中，虚拟中矢量为中矢量与两个相邻小矢量的矢量和。
[0033] 其中，选择有利于平衡中点电位的小矢量，为根据中点电位偏移方与和相电流的 方向选择有利于平衡中点电位的小矢量参与合成参考电压矢量。
[0034] 其中，当零矢量时间为正时，使用零矢量作为首发矢量；当零矢量时间为正时，使 用正小矢量作为首发矢量。
[0035] 下面根据具体实施例进一步阐述本发明的技术方案。
[0036] 图2示出的是本实施例的流程图。如图2所示，对=电平空间矢量进行重新分区，将 一个大扇区平分为S个小扇区。考虑到中点电位偏移时小矢量幅值的变化，引入中点电位 不平衡度，根据中点电位偏移方向和相电流的方向，选择有利于平衡中点电位的小矢量，精 确计算矢量作用时间，合理安排矢量序列，实现对中点电位的精确控制。
[0037] 计算参考电压矢量幅值和相角的方法具体为=相-两相变换的方法，其计算公式 为：
[0040] 根据上述公式可W计算参考电压矢量的幅值Uref和相角U。
[0041] 参考电压矢量所在大扇区的判断方法为：
[00创若0如<V3,定子磁链位于A扇区，令S=A，n = l;
[00创若V3如。V3时，定子磁链位于B扇区，令S = B,n = 2;
[0044] 若化/3如<31时，定子磁链位于C扇区，令S = C,n = 3;
[0045] 若31如<如/3时，定子磁链位于D扇区，令S = D,n = 4;
[0046] 若4V3 ^ u<加/3时，定子磁链位于E扇区，令S = E，n = 5;
[0047] 若加/3 ^ u<化时，定子磁链位于F扇区，令S=F，n = 6。
[0048] 参考电压矢量所在小扇区的判断方法为：
[0049] 当参考电压矢量位于S(S=A，B，C，D，E，F)扇区，令0=u-(n-l)V3。
[0050] 若^/^所別曲巧+ Tt/巧< 1或饼S0 > V^/2,参考电压矢量位于SI扇区；
[0化。若、巧me日S0 < I或COS0 <、,巧/2,参考电压矢量位于S2扇区；
[0052] 否则，参考电压矢量位于S3扇区。
[0053] 选择有利于中点电位平衡的小矢量的判断方法为：
[0054] 考虑中点电位不平衡时，成对小矢量幅值大小并不相等，引入中点电位不平衡度k =l-2Uc2/UDCDk表征中点电位偏移程度，k为0表示中点电位不发生偏移，k的绝对值越大，表 示中点电位偏移越严重。调制度为航=线性调制区间为〇<m<l。考虑到中 点电位偏移，应注意成对的小矢量大小并不相等。将扇区AW角平分线为边界分为=个小扇 区，引入虚拟空间矢量巧=(UiN + Uap +化)/3。
[0055] 零矢量和大矢量对应的工作状态不与中点相连，对中点电位无影响；虚拟空间矢 量流入中点的电流为零，则虚拟空间矢量的引入对中点电位也无影响。因此，根据中点电位 偏移的方向和相电流方向来选取有利于中点电位平衡的小矢量，就可实现对中点电位的控 审IJ。由于只选择成对小矢量中的一个小矢量参与合成参考矢量，而不是使用成对两个矢量 合成参考矢量，运样使得治理中点电位偏移的速度更快，开关次数更少。
[0056] 图3示出的是在本实施例中的空间矢量图。如图3所示，空间矢量图由零矢量，小矢 量，中矢量和大矢量组成，分为ABCDEF运六个扇区。考虑中点电位不平衡，中点电位偏移较 大时，例如串联电容两侧电压比为化iAJc2 = 3/7时，成