一种多电平逆变器空间电压矢量SVPWM控制方法研究_图文


工 矿 自动 化



种多电平逆变器空间电压矢量 控制方法研究


,

郭孝 圈
,

,





中 国矿 业 大 学 信 电学 院 江 苏 徐 州

摘 【

要 】 本 文 针 对 中 点 箱 位 式 多 电平 逆 变 器 拓 扑 结 构 中 一 直 存 在 的 中 点 不 平 衡 问题 分 析 研 究 了 利
,
,

用 改 进 控 制 算 法 来 抑 制 中 点 电 压 不 平 衡 的控 制 方 法 该 方 法 在 每 个 采 样 周 期 内 选 用 长 矢 的两个 短 矢
合成参考 矢

,

,

与 中矢
和 中矢



使得 两个 短 矢

中矢

的作 用 时 间 相 等 因 此 同 时消 除 了 短 矢


,

,

对 中 点 电压 的 影 响

仿 真 实验 证 明该 算 法 的 正 确 性 和 可 行 性
电 平 逆 变器 空 间 电压 矢

【关扭 词 】



直 流 中点 电 压

引盲

合 成 的 空 间 电压
,

矢方法
,

多 电平 逆 变 器 有 多 种 拓 扑 结 构 类 型


而 中 点箱

在 空 间 电压 开 关 矢 量 中
电 压 的 平 衡 中矢
,

大矢 量 不 会 影 响 中点
,

位 式 多 电 平 逆 变 器 是 目前 研 究 和 应 用 最 为 广 泛 的 多

虽 影 响 中 点 的 电压 波 动 但 对 于

电平 逆 变器 结 构 之 一 但 这 种 结 构 形 式在 应 用 中 往 往 会 出 现 中点 电压 不 平 衡 现 象
,

,

三 相 电机 负载 在 每 个
, ,

周期 均 出现 故没 有选
, ,

它 不 仅 会增 大 输 出

择 的余 地 对 于 短 矢 量 而 言 由 于 同一 方 向 上 的短 矢
量 成 对 出现 它 们产 生 的 线 电流 方 向相 反 只 要 使 它

电 压 波 形 的 谐 波含 量
,

,

而 且 逆 变 器 中某 些 开 关 管 所
,

承 受 的 电 压 会 上 升 降 低 装 置 的 寿 命 所 以 直流 电
,

们 的作 用 时 间 相 等 则 电 流 相 互 抵 消 不 影 响中点 电
压 平衡


,

,

容 电压 平 衡 问题 一 直 是 多 电平 逆 变 器 研 究 的 重 点
为 解 决 中 点 电压 不 平衡 问 题
,



主要 有两 个 研 究


若 要 消除 中矢 量 对 中点 电 压 的影 响 则 要 借 助 与 其相 邻 的 两 个 短 矢 量 来 实 现

,

因 此 中 点 电位 控 制 的

方 向 拓 扑 结 构 的 改进 和 控 制 算 法 的 优 化 利 用 改进

合 成矢 量 方法 合 成 矢 量 是 一 些 特 殊 的 矢 量 它们 由
逆 变 器 所 能 输 出 的 空 间 电压 矢 量 按 照 固 定 的方式 合

控 制算 法 来 实 现 中点 电压 平 衡 是 目前 研 究 的 热 点
迄 今 为 止 已 经 提 出一 些 方 法
三 角 载 波 调 制过 程 中
,

,



一 种 可 行 的方 法 是 在

成 均 匀 地 分 布在

,

,

书 平 面 上 其 方 向是 固定 的 仅
, ,


给 定 参 考 电 压 中加 人 零 序 电

,

长 度 可 调 该 控制 方 法 的基 本 原 理 是 在 每 个 采样 周
期 内 选 用 长矢 量 中矢 量 和 与 中矢 量 相 邻 的 两 个 短

压 从 而 使 电压 不 平 衡 为 零【 但 是 此 方 法 需 要 知 道

电机 电流 的 功 率 因 数 角
,

,

这 在 动态 过 程 中是 很 难 得
,

矢 量合 成 参考 矢量
用 时 间相 等
,

,

使 得 两 个 短 矢量 和 中 矢 量 的作

,

到 的 并 且 控制 方 案 太 过 复 杂 不 利 于 计 算 机 的 数 字
实现 利 用 空 间 电 压 矢 量 可 分 析 各 种 不 同 开 关状 态
,

短 矢 量 流 人 中点 的 电 流与 中矢量 流 入

中点 的 电 流 大 小 相 等 由 于 采样周期都非 常 短 在 一 个 采 样 周 期 内 可 以 认 为 各 相 电 流 输 出是 一 个 恒 定

和 负 载 电流 对 中点 电 位 平 衡 的 影 响

并通 过 不 同电
,

压 矢盘 的作 用 对 中点 电位进 行 控 制
间矢

虽 然 由于 空

值 方 向相 反 因此 同时消除 了短 矢
点 电 压 的影 响 行 详 细 分析
。 。

,

,

中矢 量对 中

的 复 杂性

,

传统 的 控 制 还 不 能 达 到 理 想 的效


下 面 以 三 电 平 变 频 器 的控 制 为 例 进



,

但 这 种 通 过 空 间 电 压 矢 量 本 身 的 作 用 来解 决 中

点 电 位 平 衡 问 题 的 思 路 确 是 非 常有 借 鉴 意 义

本文


产生合成 矢童 的基 本原 理 由 三 电平 开 关矢 量 图 可 知
,

在此 基础 上

,

给 出一 种 合 成矢 量 控 制方 法 用 于 解 决
,

以 六 个 长 矢 量 为边



口平 面 分成 了
,

个扇区
所示


,

下 面取 其 中一 个 扇 区

中点 电位 平 衡 问题 并 通 过 仿 真 对 其 进 行 研 究

来进行研究 如 图

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李明 等 一 种 多电平 逆 变 器空 间 电 压 矢



控 制 方 法研 究

将 吹
,




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,

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丫 合


,

,

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与 左

代入式


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,
,

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、 、



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,

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、 、

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,




由 以 上 分析 可 知 调 制 后 得 到 的 合 成 矢 量






中矢 量









的方 向 一 致 矢 一 一
’ ‘ 一


度为
一“
,









华一


即为 原




””



电压 矢
,



中矢 量 长 度 的



依 此 类 推 可 以 得 出其 它 扇 区 的

合 成矢 量




考 虑 到 矢 量 的 优化 选 择 划分 的基础 上
,
,

在 以六 个 长矢量为边

用 时 间计 算
,

再 以 中矢 量 为边 明 平 面 分 成 了


根 据 上 面 所 述 求 出合 成 参 考 矢 量

接着
,

个小扇区 如 图 量
。、 。、 。


图 中角
,

为合成 矢 量 加 为 中矢 量
,



与长 矢
,

便可 以计 算矢 量 的作用 时间
,



根 据 伏秒 平 衡 原 则

之 间 的夹角 的顶 点


,



矢 量 作 用 时 间 可 由下 式 求解 即
萨,

‘二
,

为短矢母


,

点 为长矢 量



的顶 点

,

点 为矢量

这 里 将 分析

在【 耐

,

之间 式中
,


,
, ,



‘二

时矢 量 合 成 的 方 法



? ‘

为 采样 周 期


,

,

,



,

,

,

,



汉 厂 厂



的 作用 时 间



除叮 际
,

’二




,

,



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气绍尹

代入 式
忿

解得

一,

仃为


‘ ”
?

乙 ‘“



一 晋


‘, 二

电 平 逆 变器 合 成 矢

二 气

式中
根据短矢量
,

。 ” ‘ ‘







和 中矢 量
,

对 交流负载 的 中点 电 流 为

。 一


声 要 落在 以 虚 线
,



的 作 用 假 设 中 点 电 流 为 流 出 方 向 那 么 中矢 里

参 考 电压 矢 量
小 三 角形 内
, ,

为界 的

的 中点 电 流
, 短矢 量
,

二 ‘二

一 心 心 短矢量
,
,

各矢 量 的 作 用 时 间 可 由 式
,‘

来计

的 中点 电 流 为 戈 如 果 使 这 三 个 矢 量
,

算 达 到 线性 最 大 调 制 此 时
当落 在

,






那 么 中点 平 均 电 流 沪 这 样 既 消 除 了短 矢 量 中点 电压 的影 响 又 消 除 了 中
,
,

的作 用 时 间相 等

村 户习

上 时 此 时 气十

界 由式



,



矢 量 对 中点 电压 的 影 响 假设
,



。 ’

义叉



进而推出 一 一 一
”一






,

丫真
故由

,

在直角

。、
,











由于 两 个 短 矢 量 和 中矢 量 的 作 用 时 间相 等故 可
二 二



,

其中‘

,




,

,

分别 为 短 矢
,



中矢 量



内可 算 得






。、

组成

和合 成矢 量 的 作 用 时 间 由于
,

是 由两 个 短 矢 量 和

的三 角 形 为 等 腰 三 角形
理得


在 此 三 角 形 内 运 用 正 弦定

中 矢 量 合 成 的 由伏 秒 平 衡 原 理 可 得



一 二 护 忿

卜 了 以






“ ‘ “







侧 介




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工 矿 自动 化

将 、二





‘ ,得

将式

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?






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,

算 出的 时 间 切换 应 如 下 计算

,

不气
二 兀 今叮



一 ,



‘“ ‘ ‘

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二 兀兀 斌


? ? ? 。‘ 。 “ ‘”

作用顺序
, ,
,




在 每个 采 样 周 期 为 了 使 中 点 电 压 的 波 动 最 小 首 先需 按 以 上 所 述 原 理 选 择 空 间 电压 矢
‘ , 一

然后 再


式中

。 ‘




外时 如按式
,

来确 定 有 效 电压 矢 量 的作 用 顺 序 ”
,









,





一 一 ”











‘ 以 。崛 。



粤的 第 一




可落 在
,

计算则
,

一 扇 区 为例 即选 择 短 矢 里



,

中矢


,


各矢

出现 过 调 制



因 此 在这 种情 况 下

长矢量


合 成 参 考 矢量
,



,







,

作 用 时 间 仍 然按 式
,

来 计算



的顺 序 依 次 发 出矢 量

矢量彼此

根 据 以上 分析计算 的方 法 可 以 计算 出其 它扇 区

各 矢 量 的作 用 时 间

经 过 归纳 推 出其计算通 式 为

区 的跳 变 在 下 一 个 时 刻 如 果 发 同 于 向 的参考 矢 量 可 按 相 反 的 顺 序 发 出 矢 斡加 再 按相 同顺
,

神 笋

不 会 岑生 电 压

静枷 夺
恤 伽 协 号, 。 号 叮 恤 静协 会
介 二

序 发 出矢 量
, ,



舟 奴 戮 它扇 区时 可 依此类 推 乒 以知道 声其


,

,

所 选 矢 量 的作用 顺 序

多 电平 逆 变器 算 法 的仿 真研 究
系统 仿 真 建 模
二 人
,
,

,

,

,

依 据 上 述 关 于 中点 电压 平 衡 的
及 三 相 多 电平 空 间 电压 矢 量算法 理 论
,

算法 以 采用
,

式中 坎
由此
,





,







,

为所 处 扇 区 编号



电力 器 件 库 中 的 元 件 建 立 了 基 于 开 环 控 制
的 多 电平 空 间 电压 矢 里 优 化算 法 的仿 真模 型
以三


可 以 计 算 出 与 三 角 波进行 比 较 以 控 制 三 兀式 界
,

相 桥臂 开 关时 间 的值

要 保 证 各矢 量按 计

相 异 步 电机 作 为 负 载



系统仿 真 模 型 如 图

所示





电 源
?

占 卜








。 丫





系统仿 真 模 型

三 电平 逆 变 器仿 真 结 果

动惯 量
三 相 异 步 电机 的 参



,



仿 真 的基 本 参数设 置 如 下 数 额定功率
定 子 电阻 定子 电压

直 流 侧参数 一

,





频率


输 出电压及 电流



定 子 电感


转 子 电阻




所 示 分别 为 输 出 线 电压 和 相 电 流 波 形


转 子 电感

定转子互感

及 谐 波分析频 谱 图

从 谐 波分 析 可 知 采 用
,

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李明 等 一 种 多 电 平 逆 变 器 空 间 电 压 矢
优 化算 法 的来 控 制 逆 变 器 时
, ,



制 方 法研 究

输 出线 电压 和 线 电流
,

降低



波 形 质 量 好 电 压 跳 变 得 到 比 较 好 的 抑制 谐 波 含 量

门布 喊 优匕以





创欢

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「 下州 丫匕以 「

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心 】 灯 陀 丫州劝

, 州力





粉 出线 电压 及 谙波 颇 诺



扮 出相 电 流 及 谙 波 细 诺

直 流 侧 电压

,

矢 量 使 得 两 个 短 矢 量 和 中矢 盘 的 作 用 时 间相 等 短


,

,

为逆 变 器 中 点 电压 的 波 形

从 图 中可 以 看


矢 量 流 人 中点 的 电流 与 中 矢
, ,

流 人 中点 的 电流 大 小 中矢

出 中 点 电 压 波 动得 到 了 极 大 的抑 制
位 以 伪

相 等 方 向 相 反 因此 同时消除 了 短 矢
中 点 电压 的 影 响
可 行性
。 。

仿 真 实验 证 明 该 算 法 的 正 确 性 和

参考文献
七 当 夕 乞


璐 以 位
众 心

宋强

,

刘 文 华 严 干 贵 等 墓 于 攀 序 电压 注 入 的

,



电平



洲划甲晰州喃脚倒咧晌

逆 变 器 中点 电 位 平 衡 控 例 方 法

,

中 国 电机 工 程 学 报

,





,











,












以沁

,







李 永 东 候 轩 谭 率辉 三 电平 逆 变基 异 步 电 动 机 立 接 转 矩
, ,

控 制系统


中点 电 压 波 形




,

合成矢



电工 技 术学 报



,

阱】



”山

结论








,

丘, 。犯





针 对 中点 籍 位 式 多 电平 逆 变 器 拓 扑 结构 中一 直

存 在 的 中点 不 平 衡 问 题
选 用 长矢

,

分 析 研 究 了 利 用 改进 控 制
, ,

算 法 来 抑制 中 点 电 压 不 平衡 即 在 每个 采 样 周 期 内

作者简介 李明
,




,



安徽淮 南人

,

中国矿 业 大

与 中矢

相 邻 的 两 个 短 矢 量 合 成 参考

学馆 电 学院 教 挽 博 士 生 导 师

。 主 要 从 事 自动 化 方 面 研 究

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