基于空间电压矢量脉宽调制的

1、基于空间电压矢量脉宽调制的    基于空间电压矢量脉宽调制的三电平整流器研究窦真兰1 俞倩兰1 薛冲21. 常熟理工学院 2. 西门子中:,Vm为相电压峰值.三电平NPC整流器的控制,关键在于对交流侧电流的控制4,5,本文对三电平整流器SVPWM系统采用双闭环控制,如图3所示.直流电压Vdc作为给定输入,Ud和Uq作为控制器输出,电网扰动电压ed和eq作为前馈补偿,引入电流状态反馈LS id和LS iq进行前馈解耦,则两轴电流可实现独立控制.图3 三电平整流器双闭环控制系统框图3 三电平整流器电压空间矢量调制原理及其实现在功率守恒条件下,定义桥臂终端电压

2、合成空间矢量为(3)由于三电平整流器开关器件的状态共有27种,则共有27个空间电压矢量,如图4所示.假设中点电位平衡,根据开关矢量幅值大小,开关矢量可以分为4 类:小开关矢量(幅值为),中开关矢量(幅值为),大开关矢量(幅值为)和零开关矢量(幅值为0).SVPWM调制的首要任务是判断参考电压矢量位于某个扇区以及该扇区中的某个小三角形,其次是确定空间电压矢量作用顺序以及计算对应的作用时间6, 7.3.1 参考电压矢量所处具体位置判断如图4所示,通常利用参考电压矢量的相角,进行/60°,然后取整,将整个空间平均划分为6个大扇区,编号分别为I-,该法涉及到复杂的反三角计算.为了使计算方便,

3、根据参考电压矢量在-极坐标上的分量U和U,设定相应的规则,进行判断.图4 三电平整流器空间电压矢量图3.2 空间电压矢量作用顺序确定由于采用4段式的SVPWM方法输出的电压谐波含量较高,本文在每个PWM周期内采用7段式对称PWM脉冲信号来控制三电平整流器工作,同时为了保证不同区域的矢量在相互转换过程中矢量变化较小,选取起始矢量为6个负小矢量.其中T0,T1,T2分别为任何一个区域中的第一个开关矢量作用时间,第二个开关矢量作用时间,第三个开关矢量作用时间.以第扇区为例,空间电压矢量作用顺序如表1所示.通过分析,其它扇区的空间电压矢量作用顺序与扇区类似.表1 第扇区的空间电压矢量作用顺序区域T0/

4、4T1/2T2/2T0/2T2/2T1/2T0/4D2 右半部分V2nV0V3pV2pV3pV0V2nD2 左半部分V3nV2nV0V3pV0V2nV3nD8右半部分V2nV8V3pV2pV3pV8V2nD8 左半部分V3nV2nV8V3pV8V2nV3nD15V2nV8V14V2pV14V8V2nD16V3nV15V8V3pV8V15V3n3.3 合成参考电压矢量作用时间计算在确定出开关矢量的作用顺序后,还需计算每个开关矢量相应的作用时间.如果利用和,在极坐标下计算,可以避免大量的三角函数计算和数据的存储.假设参考电压矢量处于扇区的D2三角形,根据NTV原则,则:  &#

5、160; (4)其中t1, t2, t0为矢量V2,V3,V0相应的作用时间;为空间矢量调制周期.将V2,V3,V0在坐标系中的表达式带入式(4),可得:则 (5)对于扇区的其它小三角形,按照以上过程,确定矢量作用顺序,计算三角形顶点开关矢量作用时间.同理,可以计算出其他扇区内各三角形顶点开关矢量作用时间.4 中点电位平衡控制策略三电平整流器在运行中必须保证中点电位的平衡,否则会出现偶次谐波,部分开关器件所承受的电压应力将会增大,不利于整流器的安全运行,引起了越来越多的关注711 .在三电平整流器的空间矢量中,零矢量对应的开关状态,无中点电流流过.大矢量对应的开关状态使三相输入和正负

6、母线相连,与中点没有连接,所以不影响中点电流.中矢量对应的开关状态,其中点总是与某相电流相连,且电流总是从交流侧流入中点,所以对中点电流的影响是不可控的,其影响主要取决于该相的导通时间和负载功率因数.小矢量对应的开关状态中:正小矢量使得V=Vdc1Vdc2>0低;小矢量使得V=Vdc1Vdc2<0,中点电位升高.根据检测到的中点电位差和直流侧中点电流方向,得到中点电位的控制规律,如表3所示.表2 中点电位控制规律inVdc1-Vdc2<0<0<0<0=0=000>0基于控制因子的滞环比较策略的原理为:在保证小矢量作用总时间不变的前提下,根据中点电位的控

7、制规律,重新合理安排正负小矢量作用时间,控制中点电位的不平衡.以第扇区的第一区域D1 (0°03°)为例,优化后的开关矢量序列为:(V1nV2nV1pV0V2nV1n).V1矢量作用时间t1:t1= t1p+ t1n,其中为V1p的作用时间,t1n为V1n的作用时间.引入中点控制因子(-11),重新分配矢量的作用时间:由于的不确定,该策略不能充分发挥正负小矢量对中点电位的补偿作用,对中点做出精确的补偿.在此基础上,根据直流侧电容电压大小和三相交流输出电流,提出一种基于控制因子f的准确计算控制策略:通过准确计算正,负小矢量的时间分配因子f(-1f1),使得每个开关周期内流入中

8、点的总电荷为零,从而实现中点电位平衡的准确控制.定义正小矢量对应电流方向与中点电流方向一致,引入时间分配因子f,则正小矢量的作用时间为:Tf 0p=(1+f )Tf 0/2,负小矢量的作用时间为Tf0n=(1f)Tf0/2,则主控小矢量流入中点的总电荷为:Qf0=Qf0pQf0n=f·Tf0·ixn,其中ixn表示与该小矢量相对应的某相电流ixn=(ia,ib,ic).相邻小矢量流入中点的电荷为Qf1,中矢量流入中点的电荷为Qm;为了保证中点电位平衡,必须保证流入中点的总电荷为零:Qf0+Qf1+Qm=0.以第扇区为例(如图5所示),时间分配因子f 的计算如表3所示.由于基

9、于控制因子f的准确计算策略是建立在其中点电位没有漂移上计算的. 如果由于其它因素导致中点漂移,则此算法不具有将中点电位拉回平衡点的能力.为了弥补中点漂移缺陷,采用基于控制因子f的准确计算与基于控制因子的滞环比较相电压结合的控制策略,实现了中点电位的准确控制,具体实现如下:设定电压误差滞环Vsef,如果中点电位的实际偏差VVsef,采用基于控制因子的滞环比较策略.图 5 包含中点电流大小和方向的矢量作用时间分配表3 扇区的中点电位控制因子区域123456f5 仿真结果根据三电平NPC整流器数学模型和控制策略,验证本文提出的三电平空间矢量调制算法及其中点电位控制策略的有效性,针对三相 Voltag

10、e Balancing Problem in Three-Level Neutral-Point-Clamped Voltage Source PWM InvertersJ.IEEE Transactions on Power Electronics,2000,15 (2):24224910 Alonso O, Marroyo L. Analysis of Neutral-point Voltage Balancing Problem in Three-level Neutral-point-clamped Inverters with SVPWM ModulationC.IEEE IECON, Sevilla.Spain,2002, 2(11):920925 11 Ma Chang su,Kim Tae Jin. A Sim