本发明专利技术涉及一种通用的多电平三相四线制逆变器脉宽调制控制方法及控制器，控制方法其特征在于包括以下步骤：（１）计算中点偏置分量；（２）根据中点偏置分量和电压参考信号计算逆变器每个输出桥臂的电压参考值；（３）根据上述电压参考值，计算组成该桥臂的每个开关的脉冲宽度；（４）根据脉冲宽度产生控制脉冲。控制器其特征在于数字接口，寄存器和控制电路都集成在现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）内部，通过接收参考电压信号，控制逆变器输出对应的三相四线电压；本发明专利技术中的控制方法和控制器能通用于三桥臂直流中分及四桥臂这两种拓扑的三相四线制逆变器，并可用在两电平或以上的逆变器系统中；克服了现有多电平空间矢量脉宽调制法的不足，通用性强，占用资源少。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种通用多电平三相四线制逆变器脉宽调制控制方法及控制器，属于电气工程中的变流
技术介绍
多电平逆变器越来越多的被应用于配电系统中的中、高容量电力设备中。随着逆变器电平数的增加，每个开关器件承受的电压和逆变器输出谐波水平都明显降低。常用的三相四线制逆变器包括三桥臂直流中分逆变器及四桥臂逆变器，如图1和图2所示。这两种逆变器都可以应用于两电平以上的逆变器系统中。三相四线系统中逆变器的控制要考虑到零序分量，即零序电压和中线电流的控制，与控制一般三相三线系统中的逆变器相比，更加复杂和难于实现。而随着电平数目的增加，逆变器的开关状态的数目也急剧增加，给实现多电平三相四线逆变器的脉宽调制(以下简称PWM)控制带来了极大的困难。目前设计的多电平逆变器控制系统，往往针对逆变器输出三相正弦电压信号的情况设计，如“一种三电平逆变器的控制系统及方法”(中国专利技术专利，公开日2006年9月6日，公开号CN1829061A)。三相四线逆变器在配电系统中的电能质量补偿装置，如动态电压补偿器、有源滤波器等设备中得到广泛的应用。在电能质量补偿装置中，逆变器输出含有大量谐波分量，需要实时跟踪参考信号的变化，因而需要在PWM控制器中加入能实时接收参考信号的数据接口。关于多电平逆变器脉宽调制方法的研究以往集中在三相三线逆变器上，如在文献“一种基于空间矢量调制的多电平逆变器的控制方法”(中国国家专利，公开日2004年4月7日，公开号CN1487658A)中所记述的PWM方法，虽然可以适用于任意电平的逆变器，但是并没有考虑到针对三相四线系统的零序分量的控制与补偿。已经提出的三相四线多电平逆变器控制方法主要有三维空间矢量控制方法和滞环控制方法，这些方法往往只适用于某种具体电平数目和特定拓扑的逆变器，算法的通用性很差。文献“一种用于多电平逆变器的三维空间矢量脉宽调制方法”(IEEE Power Electronics Letters，2003.Vol.1 No.4110-114)中的空间矢量控制方法尽管可以通用于多电平三桥臂中分逆变器，但其实现时需要选择相邻的四个矢量、分别计算作用时间、再根据各相桥臂的开关状态，分别计算各相开关的作用时间。该方法计算复杂，占用资源多。而且不适用于多电平四桥臂逆变器。综上所述，现有的PWM控制器主要的缺陷在于(1)针对三相三线系统设计，没有考虑零序分量的控制与补偿；(2)只针对某种特定电平和特定拓扑的逆变器设计，通用性差；(3)采用传统三维空间矢量PWM控制方法计算复杂，占用系统资源多；此外如果PWM控制器能被集成在一个芯片中，供开发人员直接内嵌在控制系统中使用，将可以缩短设计周期，有更大的实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通用多电平三相四线制逆变器脉宽调制控制方法及控制器，该控制方法及控制器能通用于三桥臂直流中分及四桥臂这两种常用的三相四线制逆变器，并可用在两电平或以上的逆变器系统中。本专利技术提供的通用多电平三相四线制逆变器PWM控制方法，包括以下步骤(1)根据所需控制逆变器结构计算中点偏置分量；(2)根据中点偏置分量和电压参考信号计算逆变器每个输出桥臂的电压参考值；(3)根据每个桥臂的电压参考值，计算组成该桥臂的每个开关该控制周期的脉冲宽度；(4)根据脉冲宽度生成每个开关的控制脉冲信号。本专利技术提供的通用多电平三相四线制逆变器脉宽调制控制器，基于现场可编程门阵列，包括数字接口，用于接收上层控制器发出的控制信号和参考电压信号的； 寄存器，包括用于寄存参考电压信号的参考电压寄存器及用于寄存控制信号的控制寄存器；PWM控制核心，根据参考电压信号和控制信号计算中点偏置分量、参考电压值及各组开关脉冲宽度，进而产生控制逆变器输出的触发脉冲信号；及死区控制器。上述控制寄存器定义有电平选择位、分频状态位、逆变器拓扑选择位、死区状态位、复位和触发位、上层控制握手信号位及保留位。上述PWM控制核心包括(1)分频器，根据分频状态位选择合适的分频比例并输出脉冲作为比较器和增减计数器的时钟信号；(2)计数器，作增减计数；(3)比较信号生成器，根据控制寄存器中电平选择位和拓扑选择位的状态，由参考电压信号，计算中点偏置分量、电压参考值及作为比较器输入的脉宽数据；(4)比较器，将计数器的输出和比较信号生成器输出的脉宽值进行比较，生成每个开关的触发信号。本专利技术与现有技术相比具有如下的优点1.本专利技术的PWM控制器可用于控制三相四线系统中的三桥臂和四桥臂逆变器，实现对中点电压和中线电流的控制；2.采用中点偏置技术后，可以满足四桥臂逆变器的要求，比三维空间矢量控制方法简单，实时性好；3.利用每桥臂电压参考值直接计算每个开关的脉冲宽度，不再需要分解参考电压矢量，也不需要建立开关函数与逆变器各功率器件开关状态之间的映射表，简化了多电平控制的中间步骤，节约了内存空间。附图说明图1为两电平三桥臂中分三相四线逆变器的示意图；图2为两电平四桥臂三相四线逆变器的示意图；图3为三桥臂三电平三相四线逆变器的示意图；图4为通用简化多电平三相四线制逆变器PWM控制方法的流程框图；图5为基于FPGA的通用PWM控制器模块图； 图6为三电平逆变器一个桥臂触发脉冲发生的示意图；图7为数字信号处理器产生的参考电压信号；图8为两电平三桥臂逆变器PWM输出电压和滤波后输出电压的波形图；图9为两电平四桥臂逆变器PWM输出电压和滤波后输出电压的波形图；图10为三电平三桥臂逆变器PWM输出电压和滤波后输出电压的波形图；图11为中所示是死区时间设定为8us时的一组触发信号的波形图。具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。(一)混和空间矢量和直接PWM方法一个m电平逆变器每相桥臂的输出电压可以表示为Vj＝STj·Ej＝a，b，c and 0≤STj≤m-1其中E是逆变器直流侧每电平的电压，ST代表一组输出开关状态组合，不同的输出开关状态组合决定每相桥臂的输出电压值。对m电平逆变器来说，一个桥臂共有m组输出开关状态组合，对应0到(m-1)E的输出电平。以图3所示三电平逆变器为例，一相桥臂的开关状态组合及其对应的输出电压如下表所示，其中三电平逆变器每相桥臂有四个开关元件S1～S4。表1.三电平逆变器开关状态组合及对应输出电压 如果用标么值来表示电压，即所有的电压都除以基准值E，每个桥臂的输出电压可以表示为vj＝STj·Ej＝a，b，c and 0＜ST＜m-1逆变器输出的三相参考相电压信号也用标么值表示如下v→refj=V→refj/E]]>j＝a，b，c根据空间矢量PWM方法，三相参考电压矢量首先被分解为偏移分量和两电平电压分量两部分。vrefavrefbvrefc=voffsetavoffsetbvoffsetc+vtwolavtwolbvtwolc]]>其中偏移分量由下式得到，INT为一取整函数。voffsetavoffsetbvoffsetc=INT(vrefa)INT(vrefb)INT(vrefc)]]>如果(voffseta，voffsetb，voffsetc)等于(STa，STb，STc)，参考电压矢量一定位于以下八个本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通用多电平三相四线制逆变器脉宽调制控制方法，其特征在于，包括以下步骤： （１）根据所需控制逆变器结构计算中点偏置分量； （２）根据中点偏置分量和电压参考信号计算逆变器每个输出桥臂的电压参考值； （３）根据每个桥臂的电压参考值，计算组成该桥臂的每个开关该控制周期的脉冲宽度； （４）根据脉冲宽度生成每个开关的控制脉冲信号。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：戴宁怡，黄民聪，韩英铎，
申请(专利权)人：澳门大学，
类型：发明
国别省市：MO[中国|澳门]
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