一种基于60度坐标系双逆变器共模电压抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于60度坐标系开绕组双逆变器空间矢量调制共模电压抑制方法，通过改变特定矢量组合的占空比来达到共模电压抑制的效果。该方法每变换一次开关状态，开关管只变动一次以及相邻开关序列产生的共模电压互差为产生的共模电压值的最小值，减小系统的开关频率，减小电流、转矩脉动，达到动态共模电压抑制的效果，本质上解决了开绕组双逆变器拓扑结构存在的共模电压等问题，减少永磁电机运行时电流谐波含量及转矩脉动。

【技术实现步骤摘要】
一种基于60度坐标系双逆变器共模电压抑制方法
本专利技术涉及一种基于空间矢量调制的开绕组双逆变器共模电压抑制方法，属于永磁电机控制领域。
技术介绍
开绕组双逆变器拓扑结构比起传统三电平NPC型逆变器、飞跃电容型逆变器的拓扑结构，减少了开关器件的数量，不存在电容中点电压偏移等问题；同时，比起传统单逆变器结构，容错性能也大大提高，当逆变器出现单管故障后，可以不需要在线重构而进行控制策略上的容错，极大提高了驱动系统的可靠性，也大大提高了直流侧电压的利用率。这些优势使得开绕组双逆变器在电动汽车驱动、航天等领域得到广泛的应用。但是这种拓扑结构存在共模电压等问题，会使得永磁电机运行时电流谐波含量较高、转矩脉动较大，这样会造成控制对象的不稳定。为此学者M.R.Baiju和K.K.Mohapatra提出了一种通过筛选不产生共模电压的矢量组合进行调制，从而达到共模电压的抑制，但是这种方法使得空间矢量组合没有完全利用，直流电压利用效率减小，同时由于选取的矢量组合非相邻，使得开关损耗变大。学者V.S等提出一种通过选择零矢量在线进行共模电压补偿，使得在一个开关周期内等效共模电压值为0，从而达到动态抑制共模电压的效果，但是这种方法会使得在一个开关周期内，共模电压值会达到最大，同时在三电平运行时会增加开关损耗，这样不利于双逆变器拓扑结构在电动汽车等领域的应用。
技术实现思路
技术问题：本专利技术基于电动汽车用的开绕组双逆变器的驱动系统，针对开绕组双逆变器驱动系统的共模电压抑制问题，提出了一种基于60度坐标系SVPWM的共模电压抑制方法，解决了传统共模电压抑制方法中系统开关损耗大的问题，改善了电流的正弦度，减小了转矩脉动，并解决了特定矢量抑制共模电压方法的直流电压利用率低的问题，同时可以大大简化控制算法，提高相应速度，也可以达到动态抑制共模电压的效果。技术方案：本专利技术提出的基于60度坐标系开绕组双逆变器电动汽车驱动系统的共模电压抑制方法具体采用如下技术方案：一种开绕组双逆变器空间矢量调制共模电压抑制方法，其特征在于采用基于60度坐标系的SVPWM控制方法，在双逆变器合成的电压矢量全范围内，根据各开关序列的共模电压值特点，在不同空间矢量区域按一定规则选取开关序列，通过调整被选取的开关序列的作用时间，实现相应空间矢量区域的共模电压抑制，从而实现全空间矢量范围的共模电压抑制，并根据所述不同开关序列的作用时间生成控制各开关管的PWM信号。其中，所述一定规则是指：(1)每变换一次开关状态，开关管只变动一次；相邻开关序列产生的共模电压互差为-Udc/3，其中Udc表示逆变器侧直流电压。(2)对于由双极性点参与合成的矢量，只需调整对应矢量点的开关序列的占空比，即双极性点通过自身共模电压抑制来实现整个周期的共模电压抑制；对于含有单极性点参与合成的矢量，需要通过调整双极性点的开关序列的占空比抑制单极性点产生的共模电压来实现最大共模电压抑制，其中矢量点的极性定义如下：定义1：某点的合成矢量组合能够产生不同极性共模电压时，则称此点为双极性点；定义2：某点的合成矢量组合只产生相同极性共模电压时，则称此点为单极性点；定义3：某点的合成矢量组合不产生共模电压时，则称此点为中性点。本专利技术方法是基于控制交轴电流来控制转矩来达到转矩解耦，通过分析各空间矢量的共模电压值进行分组，分别求出各开关组合的占空比，在没有最大矢量点(即单极性矢量点)参与合成时采用五段码运行，在有最大矢量点参与合成时采用四段码运行，以保证在每个区域内均由离参考矢量点最近的矢量组合进行合成，来达到开关损耗的降低、电流波形的改善、转矩脉动的减小以及提高直流电压的利用率。本专利技术本质上解决了开绕组双逆变器拓扑结构存在的共模电压等问题，减少永磁电机运行时电流谐波含量及转矩脉动。有益效果：(1)空间矢量调制是利用60度坐标系，可以简化空间矢量调制策略的运算，提高系统的响应速度，提高效率。(2)由于应用全部的19个空间矢量组合，直流电压利用率高。(3)只需改变对应矢量的占空比，减少了对应矢量组合开关时间的计算，简化了共模电压抑制算法。(4)由于运用三电平逆变器，电流谐波含量小，正弦度高，转矩脉动小。(5)每次开关状态的改变，只需要改变一个开关管的状态，减小了开关损耗。附图说明图1为双电源供电的开绕组电机拓扑结构图；图2为单逆变器产生的电压矢量图；图3为双逆变器合成电压矢量图；图4为ΔAGH共模电压抑制范围图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明。1、开绕组双逆变器双电源空间矢量策略控制算法的工作原理：如图1所示，以双电源双逆变器系统为例，采用空间矢量表示法，双逆变器系统输出的电压矢量v可通过逆变器INV1的输出电压矢量v1和逆变器INV2的输出电压矢量v2来表示：v＝v1+v2(1)电压矢量v1和v2可采用直流母线电压和电力电子开关器件的开关状态来表示，假设VDC1＝VDC2＝U，则有：其中，VDC1、VDC2为两逆变器电容两端电压；U为直流母线电压；是逆变器桥臂的开关状态。逆变器INV1的上桥臂开关管T11、T13和T15的开关状态用[SaSbSc]来表示，则共有8种开关状态，分别是1[100]、2[110]、3[010]、4[011]、5[001]、6[101]、7[111]和8[000]，被称为基本电压空间矢量。相应的逆变器INV2的基本电压空间矢量是1'、2'、3'、4'、5'、6'、7'和8'，单个逆变器产生的电压矢量图如图2所示，不同开关状态下电压空间矢量表如表1所示，双逆变器合成电压矢量图如图3所示。表1不同开关状态下的电压空间矢量表图3所示的双逆变器系统的电压空间矢量图具有按60°分区的特点，是一种非正交的60°坐标系，也被称作g-h坐标系，g轴和h轴分别位于θ＝0°和θ＝60°的位置。基于60°坐标系的SVPWM方法，不需要进行复杂的三角运算，只需要进行简单的逻辑判断就可以确定参考电压矢量的具体位置和用以合成参考矢量的最近三矢量，极大地简化了计算过程，并且可推广到更多电平逆变器的矢量控制算法中。设电压矢量v在三相静止坐标系A-B-C下可表示为α-β坐标系和A-B-C坐标系之间的clark转换关系为其中，vAvBvC为电机在三相静止坐标系A-B-C下的三相电压；vαvβ为电机在两相静止坐标系α-β坐标系下的电压。α-β坐标系和60°坐标系之间的转换关系为其中，vg、vh分别为绕组端电压在60°坐标系下的g、h轴分量。2、共模电压产生的原因：开绕组电机相电压的表达式为：...

【技术保护点】
一种开绕组双逆变器空间矢量调制共模电压抑制方法，其特征在于采用基于60度坐标系的SVPWM控制方法，在双逆变器合成的电压矢量全范围内，根据各开关序列的共模电压值特点，在不同空间矢量区域按一定规则选取开关序列，通过调整被选取的开关序列的作用时间，实现相应空间矢量区域的共模电压抑制，从而实现全空间矢量范围的共模电压抑制，并根据经过调整的开关序列的作用时间生成控制各开关管的PWM信号。

【技术特征摘要】
1.一种开绕组双逆变器空间矢量调制共模电压抑制方法，其特征在于采用基于60度坐标系的SVPWM控制方法，在双逆变器合成的电压矢量全范围内，根据各开关序列的共模电压值特点，在不同空间矢量区域按一定规则选取开关序列，通过调整被选取的开关序列的作用时间，实现相应空间矢量区域的共模电压抑制，从而实现全空间矢量范围的共模电压抑制，并根据经过调整的开关序列的作用时间生成控制各开关管的PWM信号；所述一定规则是指：(1)每变换一次开关状态，开关管只变动一次；相邻开关序列产生的共模电压互差为-Udc/3，其中Udc表示逆变器侧直流电压；(2)对于由双极性点参与合成的矢量，只需调整对应矢量点的开关序列的占空比，即双极性点通过自身共模电压抑制来实现整个周期的共...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊英，张向阳，祝卫霞，程明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32