一种三电平三维SVPWM中γ分量的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种三电平三维SVPWM中γ分量的合成方法，该方法是在三电平二维SVPWM调制的基础上，将二维矢量空间由外向内分为外层区域、中层区域和内层区域，并针对每一层区域中矢量合成的特点来选择不同的矢量合成γ分量，采用更准确的方法计算正负小矢量的作用时间，提高了合成γ分量的准确性。该方法条理清晰，实施简便，易于在数字控制器中实现并且具有较高的效率，具有调制范围大，调制精度高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种三电平三维SVPWM中γ分量的合成方法，属于电力电子

技术介绍
在APF或者SVG产品中，如图1所示，经常采用中点钳位（NPC）三相三线制三电平拓扑，该拓扑在直流侧母线电容电压的均压或者带不平衡负载时，需要在三电平的SVPWM中合成纵轴坐标γ，即需要在三维空间进行SVPWM调制。如图2所示，单相的NPC三电平拓扑，对于每一相来说，可以输出三种电平：+Udc，0和-Udc（Udc为直流母线电容电压），对于三相的三电平拓扑则会有33=27种开关矢量，这27个开关矢量形成了三相三电平的矢量空间。将每一种开关矢量输出的三相电压Uoa、Uob、Uoc的abc坐标经过Clark变换变换到αβγ坐标系下，得到27个开关矢量的Clark变换坐标，结果如表1所示。将27个开关矢量在αβ平面的投影绘制在αβ平面上可以得到三电平二维矢量空间，该矢量空间组成了一个大六边形，如图3所示，图中带箭头的线段即为开关矢量，所有的矢量起点为大六边形的中心点，终点为箭头，开关矢量以终点表示。其中6对正小矢量和负小矢量的投影是分别重合在一起的，比如V3为负小矢量，V9为正小矢量，它们在αβ平面上的投影是重合的。零矢量V0、V1、V2在αβ平面上的投影是大六边形中心点，用V1,2,3表示。注：表中的Udc为三电平逆变器的直流母线电容上的电压。现有的三电平SVPWM调制方法是首先把三电平二维矢量空间划分为大四边形区域和小正三角形区域。以大六边形的一个顶点及其相邻两条大六边形边的中点和大六边形中心点组成的四边形为大四边形，矢量空间共可以划分为6个大四边形，按照逆时针方向编号为N（N=1,2,3,4,5,6）。如图3所示，V21V15V0,1,2V20即为一个大四边形，其编号N=1。以开关矢量的终点组成的小正三角形区域为小正三角形，V21V15V9(V3)即为一个小正三角形。在一个大四边形中包含6个全部或者部分小正三角形，这6个小正三角形按照逆时针编号为M（M=1,2,3,4,5,6）,相邻两个大四边形边界上的小正三角形是共用的。大四边形V21V15V0,1,2V20中六个小正三角形编号为M=1,2,3,4,5,6，其中N=1，M=2编号的小正三角形与N=2，M=6编号的小正三角为同一个小正三角形。因此确定一个小正三角形需要知道小正三角形所在的大四边形编号N，和在该大四边形内小正三角形的编号M。每个小三角形的顶点中必包含一对重合在一起的正负小矢量投影的终点，其余两个顶点为其它矢量投影的终点，因此一个小三角形的顶点包含了3种矢量投影的终点。三电平二维SVPWM调制只合成了参考矢量的投影（αr,βr），没有合成γr坐标，现有的三电平三维SVPWM调制在合成γ坐标时，只是通过分配一对正负小矢量的作用时间来合成γ坐标，而没有将其它作用矢量的γ坐标考虑进来，因此其调制的准确度不高，而且由于忽略了其它矢量的γ坐标，因此其调制范围也会一定程度的减小。
技术实现思路
本专利技术在三电平二维SVPWM调制的基础上，提供了一种三电平三维SVPWM中γ分量的合成方法，将二维矢量空间由外向内分为外层区域、中层区域、内层区域，并针对每一层区域中矢量合成的特点来选择不同的矢量，合成γ分量，提高了合成γ分量的准确性。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案如下。一种三电平三维SVPWM中γ分量的合成方法，包括以下步骤：第一步，将三电平二维矢量空间由外向内分为三层区域：外层区域、中层区域、内层区域。第二步，根据现有的三电平二维SVPWM调制方法计算出参考矢量在αβ平面的投影区域的编码值，以及在该区域内三种矢量的作用时间。第三步，根据参考矢量的编码值，确定参考矢量所属的分层区域。第四步，根据参考矢量所在分层区域的特点，分别计算正小矢量和负小矢量的作用时间t4和t1。所述第一步中三层区域的分层方法是将三电平二维矢量空间大六边形的六个顶点为顶点的最外层12个小正三角形划分为外层区域；将以大六边形边的中点为顶点的6个小正三角形划分为中层区域；将以大六边形中心为顶点的6个小正三角形划分为内层区域。所述第二步中参考矢量在αβ平面的投影区域的编码值为参考矢量Vref（αr,βr，γr）在αβ平面的投影所在的小正三角形的N、M值，三种矢量作用时间为t0、t2、t3。t0为正小矢量作用时间t4和负小矢量作用时间t1之和，即t0=t4+t1，t2为第二个作用的矢量的作用时间，t3为第三个作用的矢量的作用时间。所述第四步中，当参考矢量在αβ平面上的投影（αr,βr）在外层区域时，正小矢量和负小矢量作用时间t4和t1计算公式为：其中Long为长矢量的γ坐标值。所述第四步中，当Vref（αr,βr，γr）在αβ平面上的投影（αr,βr）在中层区域时，正小矢量和负小矢量作用时间t4和t1计算公式为：其中ShortM为相邻大四边形的负小矢量的γ坐标值。所述第四步中，当参考矢量在αβ平面上的投影（αr,βr）在内层区域时，正小矢量和负小矢量作用时间t4和t1计算公式分为三种情况：1）若γr>0，正小矢量和负小矢量作用时间t4和t1计算公式为：其中ShortIn为相邻大四边形的负小矢量的γ坐标值,ZP为零矢量的γ坐标值，其值为Udc。2）若γr<0，正小矢量和负小矢量作用时间t4和t1计算公式为：其中ShortIn为相邻大四边形的负小矢量的γ坐标值,ZN为零矢量的γ坐标值，其值为-Udc。3）若γr=0，正小矢量和负小矢量作用时间t4和t1计算公式为：其中ShortIn为相邻大四边形的负小矢量的γ坐标值。以上各式中Ts为开关周期，ShortP为正小矢量的γ坐标值，ShortN为负小矢量的γ坐标值。本专利技术在三电平二维SVPWM调制的基础上，将二维矢量空间由外向内分为三层区域，并针对每一层区域中矢量合成的特点来选择不同的矢量合成γ分量，采用更准确的方法计算正负小矢量的作用时间，提高了合成γ分量的准确性，条理清晰，实施简便，易于在数字控制器中实现且具有较高的效率，具有调制范围大，调制精度高的特点。附图说明图1为NPC三电平逆变拓扑；图2为单相三电平逆变拓扑；图3为三电平的二维矢量空间；图4为本专利技术的三电平二维矢量空间三角形区域分层图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。本专利技术的具体实施方法是在传统的三电平二维SVPWM调制的基础上，根据参考矢量的在αβ平面上不同区域的特点对γr分量进行合成，充分考虑各种矢量对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三电平三维SVPWM中γ分量的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步，将三电平二维矢量空间由外向内分为三层区域：外层区域、中层区域和内层区域；第二步，根据现有的三电平二维SVPWM调制方法计算出参考矢量在αβ平面的投影区域的编码值，以及在该区域内三种矢量的作用时间；第三步，根据参考矢量的编码值，确定参考矢量所属的分层区域；第四步，根据参考矢量所在分层区域的特点，分别计算正小矢量和负小矢量的作用时间t4和t1。

【技术特征摘要】
1.一种三电平三维SVPWM中γ分量的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，将三电平二维矢量空间由外向内分为三层区域：外层区域、中层区域和内层区
域；
第二步，根据现有的三电平二维SVPWM调制方法计算出参考矢量在αβ平面的投影区域
的编码值，以及在该区域内三种矢量的作用时间；
第三步，根据参考矢量的编码值，确定参考矢量所属的分层区域；
第四步，根据参考矢量所在分层区域的特点，分别计算正小矢量和负小矢量的作用时
间t4和t1。
2.根据权利要求1所述的三电平三维SVPWM中γ分量的合成方法，其特征在于：所述第
一步中三层区域的分层方法是将三电平二维矢量空间大六边形的六个顶点为顶点的最外
层12个小正三角形划分为外层区域；将以大六边形边的中点为顶点的6个小正三角形划分
为中层区域；将以大六边形中心为顶点的6个小正三角形划分为内层区域。
3.根据权利要求1所述的三电平三维SVPWM中γ分量的合成方法，其特征在于：所述第
二步中参考矢量在αβ平面的投影区域的编码值为参考矢量Vref（αr,βr，γr）在αβ平面的投影
所在的小正三角形的N、M值，三种矢量作用时间为t0、t2、t3，t0为正小矢量作用时间t4和负
小矢量作用时间t1之和，即t0=t4+t1，t2为第二个作用的矢量的作用时间，t3为第三个作用
的矢量的作用时间。
4.根据权利要求1所述的三电平三维SVPWM...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，邹爱龙，李刚，孙小平，刘嘉，刘婉丽，吴平志，
申请(专利权)人：中船重工鹏力南京新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32