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专利号: 2017106542924
申请人: 南昌工程学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于移相空间矢量调制方法的H桥级联多电平逆变器,其特征在于,包括逆变器本体以及控制器;控制器用于向逆变器本体中的功率开关发送PWM信号;

逆变器本体包括3n个H桥单元,n为每一相H桥的串联级数;

A、B、C三相中,每一相具有n个串联的H桥,串联是指n个H桥的输出侧串联;串联的H桥交流端的一端接A或B或C端,另一端接N点;每一个H桥的输入侧接直流电源,H桥的功率开关由PWM脉冲驱动;

控制器基于移相空间矢量调制方法形成所述的PWM信号;

移相空间矢量调制方法中,基于两电平空间矢量调制的参考矢量轨迹模型进行矢量调制,所述的两电平空间矢量调制的参考矢量轨迹模型是指基于α'-β'坐标的参考矢量轨迹模型;

将传统空间矢量调制技术所采用的α-β坐标系经过逆时针旋转45°并压缩轴向比例所得到的坐标系即为α'-β'坐标系,有:在α'-β'坐标系中,有:

其中,α'和β'分别表示α'-β'坐标系的横坐标和纵坐标,a、b、c分别表示级联多电平逆变器一级的三相输出电平,a、b、c可以取0和1两个电平,0表示低电平,1表示高电平;

α'-β'坐标系具有7个基本矢量:V0(0,0)或V7(0,0)、V1(1,-1)、V2(1,0)、V3(0,1)、V4(-1,

1)、V5(-1,0)、V6(0,-1),Vj(*,*)表示基本矢量,其中(*,*)表示该基本矢量的坐标;7个基本矢量有1个零矢量V0或V7,6个非零矢量V1、V2、V3、V4、V5和V6;α'-β'坐标系中的6个非零基本矢量构成一个六边形;

两个相邻的非零矢量与零矢量组成一个扇区三角形,其中V1、V2和V0/V7构成扇区I,V2、V3和V0/V7构成扇区II,V3、V4和V0/V7构成扇区III,V4、V5和V0/V7构成扇区IV,V5、V6和V0/V7构成扇区V,V6、V1和V0/V7构成扇区VI;

所述的基于α'-β'坐标的参考矢量轨迹模型由下式表示:

式中,αr'和βr'分别表示α'-β'坐标系中参考电压矢量Vr的坐标值,m表示调制系数,且0<m≤1,m的大小反应了电源电压的利用率,式(3)所述参考矢量轨迹为一个椭圆,当该椭圆内切6个非零基本矢量构成的六边形时,m为1,电源电压的利用率最大,随着调制系数m的减小,椭圆的半径减小,电源电压的利用率减小;

步骤A:判断参考矢量Vr所在扇区:

根据公式3所得椭圆形参考电压矢量轨迹,对参考电压矢量进行采样,采样频率为fr,为了满足同步采样的要求,采样频率fr是参考电压频率f的整数倍,采样所得参考电压矢量为Vr(αr',βr'),通过判断参考电压矢量的值确定参考电压矢量所属扇区,具体判断依据如下:如果αr'≥0&&βr'≤0&&(αr'+βr')>(1+floor(αr')+floor(βr')),则参考矢量Vr位于扇区I;

如果αr'≥0&&βr'≥0,则参考矢量Vr位于扇区II;

如果αr'<0&&βr'>0&&(αr'+βr')>(1+floor(αr')+floor(βr')),则参考矢量Vr位于扇区III;

如果αr'<0&&βr'>0&&(αr'+βr')≤(1+floor(αr')+floor(βr')),则参考矢量Vr位于扇区IV;

如果αr'≤0&&βr'≤0,则参考矢量Vr位于扇区V;

如果αr'≥0&&βr'≤0&&(αr'+βr')≤(1+floor(αr')+floor(βr')),则参考矢量Vr位于扇区VI;

其中,&&表示与运算,floor(αr')、floor(βr')分别表示对αr'、βr'向下取整。

2.根据权利要求1所述的基于移相空间矢量调制方法的H桥级联多电平逆变器,其特征在于,还包括步骤B:计算合成参考矢量的基本矢量作用时间:确定参考矢量所在扇区的位置后,即可采用该扇区三角形的三个顶点对应基本矢量合成参考矢量,根据伏秒平衡原理计算合成参考矢量的基本矢量作用时间;

各扇区合成参考矢量的基本矢量作用时间为:

扇区I:t0=Ts(1-αr'),t1=-Tsβr',t2=Ts(αr'+βr');

扇区II:t0=Ts(1-αr'-βr'),t2=Tsαr',t3=Tsβr'扇区III:t0=Ts(1-βr'),t3=Ts(αr'+βr'),t4=-Tsαr'扇区IV:t0=Ts(1+αr'),t4=Tsβr',t5=-Ts(αr'+βr')扇区V:t0=Ts(1+αr'+βr'),t5=-Tsαr',t6=-Tsβr'扇区VI:t0=Ts(1+βr'),t6=-Ts(αr'+βr'),t1=Tsαr';

其中,t0、t1、t2、t3、t4、t5、t6分别表示矢量V0(V7)、V1、V2、V3、V4、V5、V6的作用时间,Ts表示参考电压采样周期,TS=1/fr。

3.根据权利要求2所述的基于移相空间矢量调制方法的H桥级联多电平逆变器,其特征在于,还包括步骤C:确定切换路径以及各基本矢量的作用时间:分配零矢量的作用时间和顺序,根据两个基本矢量间的切换每次只能改变某一相的开关状态的最小切换的原则,采用七段制调方法确定切换路径。

4.根据权利要求3所述的基于移相空间矢量调制方法的H桥级联多电平逆变器,其特征在于,还包括步骤D:产生三路PWM信号;

基于步骤B中的计算合成参考矢量的基本矢量作用时间,并由七段调制方法产生三路PWM信号,分别控制第一级各H桥逆变单元的左桥臂,将该三路信号移相180°分别控制第一级各H桥逆变单元的右桥臂,级与级之间相应桥臂的控制信号相位互差π/kn,k表示频率调制比,k=fr/f,其值为参考电压信号采样频率与参考电压信号频率的比值。