一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统。一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，包括以下步骤：判断参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区；根据所述目标子扇区选择对应的基本电压矢量；选择各个目标基本电压矢量的开关状态，根据预设的约束条件对各个目标基本电压矢量的开关状态进行排序；根据所述目标基本电压矢量、各个目标基本电压矢量的开关状态以及对各个目标基本电压矢量的开关状态的排序对所述三相交流电压进行空间矢量调制。上述三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统，通过合理地选择基本电压矢量的开关状态以及开关状态的作用次序，能有效地降低开关损耗和谐波畸变率。

【技术实现步骤摘要】
一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统
本专利技术涉及电力电子
，特别是涉及一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统。
技术介绍
多电平逆变电路适合大容量、高压的场合，得到了越来越多的应用，两电平和三电平逆变电路是目前比较常用的多电平逆变电路。三电平逆变电路相比于传统两电平逆变电路具有以下优点：更适应大功率、高电压的场合；降低了输出波形的谐波含量；降低了开关损耗，因此其控制手段也成为了一个热门课题。目前三电平逆变电路的多种控制策略中，SVPWM(SpaceVectorPulseWidthModulation，空间矢量脉宽调制)以瞬时空间矢量为控制量，最适合用于高动态性能的控制方法，如矢量控制、直接转矩控制等。空间矢量脉宽调制具有调制比大、能够优化输出电压波形、易于数字实现、母线电压利用率高等优点，成为人们关注的热点。但传统的三相三电平逆变电路的SVPWM控制方法开关损耗高，谐波畸变率大。
技术实现思路
基于此，有必要针对开关损耗高，谐波畸变率大这一问题，提供一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统。一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，包括以下步骤：获取三相三电平逆变电路输出的三相交流电压，对所述三相交流电压的瞬时值进行矢量变换，得到参考电压矢量，判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区；其中，所述电压矢量空间包括多个扇区，各个扇区包括多个子扇区，各个子扇区由基本电压矢量对电压矢量空间进行划分而得到；根据所述目标子扇区选择对应的基本电压矢量，作为合成所述参考电压矢量所需的目标基本电压矢量；选择各个目标基本电压矢量的开关状态，根据预设的约束条件对各个目标基本电压矢量的开关状态进行排序；其中，所述预设的约束条件为进行开关状态变化时，开关动作次数最少，并且开关波形在单位开关周期内为对称波形；根据所述目标基本电压矢量、各个目标基本电压矢量的开关状态以及对各个目标基本电压矢量的开关状态的排序对所述三相交流电压进行空间矢量调制。一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制系统，包括：获取判断模块，获取三相三电平逆变电路输出的三相交流电压，对所述三相交流电压的瞬时值进行矢量变换，得到参考电压矢量，判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区；其中，所述电压矢量空间包括多个扇区，各个扇区包括多个子扇区，各个子扇区由基本电压矢量对电压矢量空间进行划分而得到；选择模块，根据所述目标子扇区选择对应的基本电压矢量，作为合成所述参考电压矢量所需的目标基本电压矢量；排序模块，选择各个目标基本电压矢量的开关状态，根据预设的约束条件对各个目标基本电压矢量的开关状态进行排序；其中，所述预设的约束条件为进行开关状态变化时，开关动作次数最少，并且开关波形在单位开关周期内为对称波形；调制模块，根据所述目标基本电压矢量、各个目标基本电压矢量的开关状态以及对各个目标基本电压矢量的开关状态的排序对所述三相交流电压进行空间矢量调制。上述三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和系统，通过扇区划分找到参考电压矢量所在扇区，在所在扇区中选择基本电压矢量，又通过合理地选择基本电压矢量的开关状态以及开关状态的作用次序，有效地降低了开关损耗和谐波畸变率。附图说明图1为本专利技术一个实施例的一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法的流程图；图2为本专利技术的三相三电平逆变电路图；图3为本专利技术的三相三电平空间矢量脉宽调制方法的一个子扇区的开关波形图；图4为本专利技术的三相三电平空间矢量脉宽调制方法的扇区划分及基本电压矢量示意图；图5为本专利技术另一个实施例的三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法的流程图；图6为为本专利技术的三相三电平空间矢量脉宽调制方法的扇区划分及基本电压矢量示意图；图7为为本专利技术的三相三电平空间矢量脉宽调制系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法和一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制系统作详细描述。其中，如图1所示，一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，包括以下步骤：S11：获取三相三电平逆变电路输出的三相交流电压，对所述三相交流电压的瞬时值进行矢量变换，得到参考电压矢量，判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区；其中，所述电压矢量空间包括多个扇区，各个扇区包括多个子扇区，各个子扇区由基本电压矢量对电压矢量空间进行划分而得到；S12：根据所述目标子扇区选择对应的基本电压矢量，作为合成所述参考电压矢量所需的目标基本电压矢量；S13：选择各个目标基本电压矢量的开关状态，根据预设的约束条件对各个目标基本电压矢量的开关状态进行排序；其中，所述预设的约束条件为进行开关状态变化时，开关动作次数最少，并且开关波形在单位开关周期内为对称波形；S14：根据所述目标基本电压矢量、各个目标基本电压矢量的开关状态以及对各个目标基本电压矢量的开关状态的排序对所述三相交流电压进行空间矢量调制。对于步骤S11，所述交流电压的瞬时值为三相三电平逆变电路期望输出的三相正弦交流电压的瞬时值；对于步骤S12，逆变电路可以输出多少电压状态，就对应多少个基本电压矢量，三相三电平逆变电路一共可输出33＝27种基本电压矢量，而要选取的目标基本电压矢量就是从这27个基本电压矢量中挑选出三个，所有的基本电压矢量一共包含四类：零矢量、短矢量、中矢量以及长矢量，具体是根据NTV(NearestTriangleVectors，最近三角矢量)法则找到合成参考电压矢量所需的三个基本电压矢量即基本空间矢量；对于步骤S13、S14，大矢量和中矢量只对应一种开关状态，短矢量和零矢量的开关状态并不唯一，短矢量对应2组不同的开关状态，零矢量有3组不同的开关状态，此处并不是所有的开关状态都选择，而是要根据特定的步骤来选择。通过这种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，可以有效地降低开关损耗和谐波畸变率。在一个具体的实施例中，三相三电平逆变电路结构图，如图2所示，三相有三个桥臂，每个桥臂上有4个IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)。在A相电路中，包含4个开关管T1、T2、T3、T4、4个IGBT以及2个箝位二极管VD1和VD2。当T1、T2同时导通时，输出端A对o点的电平是Vd/2，被称作P电位；当T2、T3同时导通时，A点与o点短路，输出端A对o点的电平是0，被称作O电位；当T3、T4同时导通时，A点对o点的电平是-Vd/2，被称作N电位。所以每相桥臂可以输出3种电平状态，由三相这种桥臂组成的变换电路就叫做二极管箱位式三电平逆变电路。需要注意的是，在电路工作时，T1和T4不能同时导通，且T1、T3和T2、T4恰好工作在相反状态(互补状态)。平均每个主开关管所承受的正向阻断电压为Vdc/2，这也是三电平逆变电路的基本控制规律之一。理想的三电平逆变电路开关模型的每相桥臂的电路结构可以看成为一个与直流侧相通的单刀三掷开关，则三电平电路的一个桥臂上只有Vdc/2、0和-Vdc/2三种可能输出电压值(或称为电平)，即每相输出分别由正(P)、零(o)、负(n)三个开关状态组成。在一个实施例中，三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，在获取各个目标基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取三相三电平逆变电路输出的三相交流电压，对所述三相交流电压的瞬时值进行矢量变换，得到参考电压矢量，判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区；其中，所述电压矢量空间包括多个扇区，各个扇区包括多个子扇区，各个子扇区由基本电压矢量对电压矢量空间进行划分而得到；根据所述目标子扇区选择对应的基本电压矢量，作为合成所述参考电压矢量所需的目标基本电压矢量；选择各个目标基本电压矢量的开关状态，根据预设的约束条件对各个目标基本电压矢量的开关状态进行排序；其中，所述预设的约束条件为进行开关状态变化时，开关动作次数最少，并且开关波形在单位开关周期内为对称波形；根据所述目标基本电压矢量、各个目标基本电压矢量的开关状态以及对各个目标基本电压矢量的开关状态的排序对所述三相交流电压进行空间矢量调制。

【技术特征摘要】
1.一种三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取三相三电平逆变电路输出的三相交流电压，对所述三相交流电压的瞬时值进行矢量变换，得到参考电压矢量，判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区；其中，所述电压矢量空间包括多个扇区，各个扇区包括多个子扇区，各个子扇区由基本电压矢量对电压矢量空间进行划分而得到；根据所述目标子扇区选择对应的基本电压矢量，作为合成所述参考电压矢量所需的目标基本电压矢量；选择各个目标基本电压矢量的开关状态，根据预设的约束条件对各个目标基本电压矢量的开关状态进行排序；其中，所述预设的约束条件为进行开关状态变化时，开关动作次数最少，并且开关波形在单位开关周期内为对称波形；根据所述目标基本电压矢量、各个目标基本电压矢量的开关状态以及对各个目标基本电压矢量的开关状态的排序对所述三相交流电压进行空间矢量调制。2.根据权利要求1所述的三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，其特征在于，在选择各个目标基本电压矢量的开关状态之后，还包括以下步骤：计算所述基本电压矢量在单位开关周期内的作用时间；根据控制所述作用时间获得单位开关周期内对称的波形。3.根据权利要求1所述的三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，其特征在于，在判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区之前，还包括以下步骤：获取三相三电平逆变电路输出的电压状态，每个电压状态分别生成一个基本电压矢量；其中，所述基本电压矢量包括零矢量、短矢量、中矢量以及长矢量；将所述基本电压矢量组合成空间矢量，根据长矢量对电压矢量空间进行划分，得到多个扇区，根据各个扇区的零矢量、短矢量和中矢量对扇区进行划分，得到各个扇区对应的子扇区；所述电压矢量空间划分为多个扇区，每个扇区划分为多个子扇区。4.根据权利要求2所述的三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，其特征在于，判断所述参考电压矢量在预先生成的电压矢量空间中所属的目标子扇区的步骤包括：获取参考电压矢量在两相α-β平面中与α正半轴的第一夹角；根据所述第一夹角判断参考电压矢量所在的目标扇区；获取参考电压矢量在α轴上的投影的第一长度以及所述参考电压矢量在β轴上的投影的第二长度，根据所述第一长度和第二长度判断所述参考电压矢量在所述目标扇区内所属的目标子扇区。5.根据权利要求3所述的三相三电平逆变电路的空间矢量调制方法，其特征在于，根据所述目标子扇区选择对应的基本电压矢量，作为合成所述参考电压矢量所需的目标基本电压矢量的步骤包括：当参考电压矢量位于第一子扇区和第二子扇区时，选择两个相邻的短矢量及零矢量为基本电压矢量；当参考电压矢量位于第三子扇区和第四子扇区时，选择两个相邻的短矢量及中矢量为基本电压矢量；当参考电压矢量位于第五子扇区和第六子扇区时，选择临近的同方向的长矢量...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钙，邹松青，余泓圻，程向文，詹雄铿，陈晓科，王庆斌，黄辉，马明，陈岭辉，梁伟政，伍海明，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司云浮供电局，
类型：发明
国别省市：广东,44