基于等效SVPWM的T型三电平整流器中点电位控制平衡方法

基于等效svpwm的t型三电平整流器中点电位控制平衡方法
技术领域
1.本发明属于t型三电平整流器技术领域，尤其涉及基于等效svpwm的t型三电平整流器中点电位控制平衡方法。


背景技术：

2.中点钳位型三电平整流器技术在开关电源、三相交流电机驱动等领域有着广泛应用，而直流母线中点电位的平衡问题是钳位型三电平逆变器的一个固有难题，由母线中点电位不平衡引入的输出电压谐波增加、开关管电压应力增大，以及严重不平衡时可能导致的机器损坏等现象，都对三电平逆变器的直流侧中点电位平衡策略提出了要求。
3.与两电平整流器相比，三电平整流器是一种可用于高压大功率的pwm整流器，具有功率因数接近1，且开关电压应力比两电平减小一半的优点，输出谐波小，所需滤波电感量小，有利于降低系统成本和损耗；开关损耗小，效率高；开关动作时电压变化率小，引起的emi小等优点。
4.与其他三电平整流器拓扑相比，t型拓扑减少了电流通路中的开关器件数量，减少了传导损耗，输出波形好，效率高等特点，因此三电平t型拓扑是发展前景最好的一种三电平整流器拓扑。
5.与传统三电平调制算法相比，等效svpwm调制算法不需要复杂的计算，减少占用大量的控制芯片资源，提高了系统工作效率。


技术实现要素：

6.为了克服现有三电平整流器中点电位控制方法的缺点，本发明提出基于等效svpwm的t型三电平整流器中点电位控制平衡方法。
7.本发明以将直流侧两电容电压偏差幅值作为pi控制器输入，pi控制器输出作为平衡因子，同时建立三电平svpwm与spwm的内在联系得到含有零序分量的等效svpwm，将平衡因子加入零序分量中得到具有精确控制中点电位平衡功能的等效svpwm，通过平衡因子对冗余小矢量作用时间进行重新分配，将冗余小矢量作用时间分配比例与中点电位偏差幅度相关联，使新型调制方式具有良好的中点电位平衡能力，能够实时地把中点电位控制在比较小的范围内波动。本发明具有控制算法简单，兼备svpwm与spwm的优点，并能实时调节控制中点电位平衡，提高整流器输出性能。
8.本发明所述的svpwm调制方法应用于采用三电平svpwm调制策略的t型整流器。应用本发明t型整流器的svpwm调制方法的t型整流器包括：三相电压源、滤波电感、t型功率单元、直流侧上母线直流分压电容、直流侧下母线直流分压电容、直流电压源。所述的三相电压源连接滤波电感，滤波电感的后级连接t型功率单元，t型功率单元的后级连接上母线直流分压电容和下母线直流分压电容，直流侧上母线直流分压电容连接直流电压源正极，直流侧下母线直流分压电容连接直流电压源的负极，直流电压通过直流侧上母线直流分压电容和下母线直流分压电容将直流电压平均分配为两部分，以中点n为零电位，上母线直流分
压电容上的电压幅值为udc/2,下母线直流分压电容上的电压幅值为udc/2。
9.本发明的具体实施步骤如下所述：
10.步骤1、对t型三电平整流器直流侧上母线直流分压电容cp及下母线直流分压电容cn的电压进行采样，直流侧母线上半部分电容电压采样值为udcp，直流侧母线下半部分电容电压采样值为udcn；
11.步骤2、计算t型三电平整流器直流侧上母线与直流侧下母线之间的母线电压差δudc，如公式(1)所示；当直流母线电压偏向于上母线方向时，δudc》0；当直流母线电压偏向于下母线方向时，δudc《0；
12.δu
dc
＝u
dcp-u
dcn
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
13.步骤3、将t型三电平整流器的α、β轴调节器输出值经过坐标变换，转变为三相静止坐标系abc轴下的原始三相调制波，分别为原始a相调制波ua，原始b相调制波ub，原始c相调制波uc，如公式(2)所示；u
α
,u
β
是原始三相调制波在静止坐标系下的分量；
[0014][0015]
步骤4、对步骤3得到的原始三相调制波进行重新计算，将原始三相调制波重新定义成新三相调制波，当原始i相调制波为正值时，新i相调制波等于原i相调制波，令mi＝ui；当原始i相调制波为负值时，新i相调制波等于原始i相调制波加1，令mi＝ui 1，如图(3)所示；i为相序，i＝a,b,c,mi为新三相调制波,ui为原始i相调制波；
[0016][0017]
步骤5、计算新三相调制波的最大值和最小值，对每相新调制波进行大小比较，得到新调制波最大值标记为mmax，新调制波最小值标记为mmin，如公式(4)所示；
[0018][0019]
步骤6、计算注入原始三相调制波的零序分量，其中：平衡因子f由母线电压差δudc经过pi调节器控制输出值决定，如公式(5)所示；根据新调制波最大值、最小值和平衡因子得到零序分量d0如公式(6)所示；
[0020]
由公式(6)可知，当平衡因子等于0.5时，零序分量为0.5(1-m
max-m
min
)；
[0021]
f＝k
p
δu
dc
(t) ki∫δu
dc
(t)dt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0022]
d0＝f(1-m
max
m
min
)-m
min
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0023]
其中：k
p
,ki为比例调节器参数；
[0024]
步骤7、计算注入零序分量后的三相调制波。将步骤6计算出的零序分量注入步骤3得到的原始三相调制波，经过叠加得到注入零序分量后的三相调制波如公式(7)所示；
[0025]
[0026]
步骤8、按照双调制波调制策略得到6路调制波cmpr[in]，n＝1，2，如公式(8)所示；再经由t型整流器中的控制部分dsp生成12路互补脉冲，使得t型整流器输出幅值相同、相位差120
°
的三相正弦波，同时保持直流母线电压中点电位平衡受控；其中：cmpr[i1]为i相上桥臂调制波；cmpr[i2]为i相下桥臂调制波。
[0027][0028]
本发明的效果：
[0029]
本发明的平衡方法在不引入额外器件的条件下，将冗余小矢量作用时间分配比例与中点电位偏差幅度相关联，使平衡因子加入零序分量中得到精确控制中点电位平衡的等效svpwm，新型调制方式具有良好的中点电位平衡能力，降低了算法复杂度，扩大了适用范围，同时本发明还兼顾了电压输出电压/电流谐波和系统工作效率。
附图说明
[0030]
图1是本发明t型三电平整流器的结构框图；
[0031]
图2是本发明等效svpwm原理框图；
[0032]
图3不使用中点电位控制时，正负母线电压偏差；
[0033]
图4使用中点电位控制时，正负母线电压偏差。
具体实施方式
[0034]
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
[0035]
应用本发明的t型整流器硬件结构如图1所示，包括：三相电压源、滤波电感、t型功率单元、直流侧上母线直流分压电容、直流侧下母线直流分压电容、直流电压源。所述的三相电压源连接滤波电感，滤波电感的后级连接t型功率单元，t型功率单元的后级连接上母线直流分压电容和下母线直流分压电容，直流侧上母线直流分压电容连接直流电压源正极，直流侧下母线直流分压电容连接直流电压源的负极，直流电压通过直流侧上母线直流分压电容和下母线直流分压电容将直流电压平均分配为两部分，以中点n为零电位，上母线直流分压电容上的电压幅值为udc/2,下母线直流分压电容上的电压幅值为udc/2。
[0036]
本发明用于t型整流器的等效svpwm调制方法的具体步骤如下：
[0037]
步骤1、对t型三电平整流器直流侧上母线直流分压电容cp及下母线直流分压电容cn的电压进行采样，直流侧母线上半部分电容电压采样值为udcp，直流侧母线下半部分电容电压采样值为udcn；
[0038]
步骤2、计算t型三电平整流器直流侧上母线与直流侧下母线之间的母线电压差δudc，如公式(1)所示；当直流母线电压偏向于上母线方向时，δudc》0；当直流母线电压偏向于下母线方向时，δudc《0；
[0039]
δu
dc
＝u
dcp-u
dcn
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0040]
步骤3、将t型三电平整流器的α、β轴调节器输出值经过坐标变换，转变为三相静止坐标系abc轴下的原始三相调制波，分别为原始a相调制波ua，原始b相调制波ub，原始c相调
制波uc，如公式(2)所示；u
α
,u
β
是原始三相调制波在静止坐标系下的分量；
[0041][0042]
步骤4、对步骤3得到的原始三相调制波进行重新计算，将原始三相调制波重新定义成新三相调制波，当原始i相调制波为正值时，新i相调制波等于原i相调制波，令mi＝ui；当原始i相调制波为负值时，新i相调制波等于原始i相调制波加1，令mi＝ui 1，如图(3)所示；i为相序，i＝a,b,c,mi为新三相调制波,ui为原始i相调制波；
[0043][0044]
步骤5、计算新三相调制波的最大值和最小值，对每相新调制波进行大小比较，得到新调制波最大值标记为mmax，新调制波最小值标记为mmin，如公式(4)所示；
[0045][0046]
步骤6、计算注入原始三相调制波的零序分量，其中：平衡因子f由母线电压差δudc经过pi调节器控制输出值决定，如公式(5)所示；根据新调制波最大值、最小值和平衡因子得到零序分量d0如公式(6)所示；
[0047]
由公式(6)可知，当平衡因子等于0.5时，零序分量为0.5(1-m
max-m
min
)；
[0048]
f＝k
p
δu
dc
(t) ki∫δu
dc
(t)
dt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0049]
d0＝f(1-m
max
m
min
)-m
min
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0050]
其中：k
p
,ki为比例调节器参数；
[0051]
步骤7、计算注入零序分量后的三相调制波。将步骤6计算出的零序分量注入步骤3得到的原始三相调制波，经过叠加得到注入零序分量后的三相调制波如公式(7)所示；
[0052][0053]
步骤8、按照双调制波调制策略得到6路调制波cmpr[in]，n＝1，2，如公式(8)所示；再经由t型整流器中的控制部分dsp生成12路互补脉冲，使得t型整流器输出幅值相同、相位差120
°
的三相正弦波，同时保持直流母线电压中点电位平衡受控；其中：cmpr[i1]为i相上桥臂调制波；cmpr[i2]为i相下桥臂调制波。
[0054][0055]
本发明将直流侧两电容电压偏差幅值作为pi控制器输入，pi控制器输出作为平衡因子，同时建立三电平svpwm与spwm的内在联系得到含有零序分量的等效svpwm，将平衡因子加入零序分量中得到具有精确控制中点电位平衡功能的等效svpwm，通过平衡因子对冗
余小矢量作用时间进行重新分配，将冗余小矢量作用时间分配比例与中点电位偏差幅度相关联，使新型调制方式具有良好的中点电位平衡能力，能够实时地把中点电位控制在比较小的范围内波动。同时本发明解决了传统三电平空间矢量调制计算繁琐问题，简化了控制系统的设计过程，提高了整个控制系统的工作效率。