多電平逆變器三維空間矢量調制算法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多電平逆變器三維空間矢量調制算法。該算法避免使用坐標變換及三角函數(shù)運算，直接把三相參考電壓映射到三維空間坐標系中，對三相參考電壓進行采樣，利用四舍五入函數(shù)求距離采樣參考電壓矢量最近的開關狀態(tài)矢量，然后以該開關狀態(tài)矢量為起點，根據(jù)該開關狀態(tài)矢量與參考電壓矢量之間的關系依次改變該開關狀態(tài)矢量的三個坐標分量，得到四個開關狀態(tài)矢量，利用所得四個開關狀態(tài)矢量合成參考電壓矢量，并在這四個開關狀態(tài)矢量之間實現(xiàn)切換。該算法簡化了多電平逆變器空間矢量調制算法，使得空間矢量調制算法適用于任意多電平逆變器，且輸出電壓零序分量被控制在變化范圍內，有助于空間矢量調制算法在多電平逆變器中的推廣應用。
【專利說明】多電平逆變器三維空間矢量調制算法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及到多電平逆變器調制領域，特指一種多電平逆變器三維空間矢量調制 算法。

【背景技術】
[0002] 由于多電平逆變器能夠滿足大功率、高質量輸出波形的要求，同時又能減少諧波 畸變率和電磁干擾，因此被廣泛應用于大功率中高壓場合。多電平逆變器調制方法主要有： 載波調制法、空間矢量調制法、特定諧波消除法以及由這三種主要調制算法派生出來的其 他調制算法。其中空間矢量調制算法因為其開關頻率低、直流電壓利用率高、諧波抑制效果 好而備受關注。
[0003] 傳統(tǒng)空間矢量調制算法首先對參考電壓進行采樣，然后計算所采樣參考電壓矢量 的最近三個基本矢量，并利用伏秒平衡原理計算三個最近的基本矢量的作用時間，用三個 基本矢量合成參考矢量，這種算法通常會涉及到三角函數(shù)運算，計算工作量大。
[0004] 另一方面，傳統(tǒng)空間矢量調制算法隨著電平數(shù)的增加，一個基本矢量對應的開關 狀態(tài)矢量存在的冗余數(shù)量將大大增加，尋找基本矢量對應的合適的開關狀態(tài)矢量是一項復 雜的工作，且不同的開關狀態(tài)矢量對逆變器輸出性能將帶來很大影響。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對目前多電平逆變器空間矢量調制算法存在的上述問題，提出 一種多電平逆變器三維空間矢量調制算法，此算法把三相參考電壓放到三維坐標系內進行 研究，直接對三維坐標系中的參考電壓進行采樣，把多電平逆變器的開關狀態(tài)矢量映射到 三維坐標系中，用逼近參考電壓矢量的四個開關狀態(tài)矢量合成參考矢量，在一個采樣周期 內，在四個開關狀態(tài)矢量組成的小四方體的四個頂點之間進行切換，實現(xiàn)空間矢量調制算 法。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案為：
[0007] 多電平逆變器三維空間矢量調制算法，包括以下步驟：
[0008] 第一步，定義三維空間坐標系ABC坐標，把三相參考電壓映射到三維坐標系中，得 到三相電壓的三維空間參考電壓矢量軌跡曲線。
[0009] 第二步，把開關狀態(tài)矢量映射到三維坐標系中，開關狀態(tài)矢量分布在以坐標原點 為中心、棱長為（n_l)(n表示多電平逆變器的總電平數(shù)）的立方體內的整數(shù)坐標點。
[0010] 第三步，對三維空間參考電壓采樣，得到參考矢量bp (^)。
[0011] 第四步，對參考矢量vr(ar，br，c r)的各個坐標分量取四舍五入得：

【權利要求】
1. 一種多電平逆變器三維空間矢量調制算法，其特征在于：基于三維空間坐標中的開 關狀態(tài)矢量合成參考電壓矢量的方法，利用包含參考電壓矢量的單位正方體上的四個基本 矢量合成參考電壓矢量，沿著單位正方體的邊在四個基本矢量之間進行切換。
2. 如權利要求1所述的一種多電平逆變器三維空間矢量調制算法，其特征在于定義三 維空間坐標系ABC坐標，把三相參考電壓映射到三維坐標系中，得到三相電壓的三維空間 參考電壓矢量軌跡曲線。
3. 如權利要求1所述的一種多電平逆變器三維空間矢量調制算法，其特征在于把開 關狀態(tài)矢量映射到三維坐標系中，開關狀態(tài)矢量分布在以坐標原點為中心、棱長為（η-1)(η 表示多電平逆變器的總電平數(shù)）的立方體內的整數(shù)坐標點。
4. 如權利要求1所述的一種多電平逆變器三維空間矢量調制算法，其特征在于對三維 空間參考電壓矢量采樣，得到參考矢量Ivq)。
5. 如權利要求1所述的一種多電平逆變器三維空間矢量調制算法，其特征在于對參考 矢量Vi (\，Ivq)的各個坐標分量取四舍五入得：
式（1)中round(*)表示取整函數(shù)，記開關狀態(tài)矢量VjaA，ChV1(B7I^C)表示開關狀 態(tài)矢量V3的坐標為（a,b,c),V1距離參考矢量V1?最近。
6. 如權利要求1所述的一種多電平逆變器三維空間矢量調制算法，其特征在于計算另 外三個開關狀態(tài)矢量V2、V3、V4的坐標： 如果（ar_a) >0，（br_b) >0，（cr-c) >0,則V2(a+l，b，c)、V3(a+l，b+l，c)、V4(a+l，b+1, c+1)； 如果（ar_a) >0，（br_b) >0，（cr-c) <0,則V2(a+l，b，c)、V3(a+l，b+l，c)、V4(a，b，c-1)； 如果（ar_a) >0，（br_b) <0，（cr-c) >0,則V2(a+l，b，c)、V3(a+l，b-l，c)、V4(a+l，b-1, c+1)； 如果（ar_a) >0，（br_b) <0，（cr-c) <0,則V2(a+l，b，c)、V3(a+l，b-l，c)、V4(a+l，b-1, c-1)； 如果（ar_a) <0，（br_b) >0，（cr-c) >0,則V2(a-l，b，c)、V3(a-l，b+l，c)、V4(a-l，b+1, c+1)； 如果（ar_a) <0，（br_b) >0，（cr-c) <0,則V2(a-l，b，c)、V3(a-l，b+l，c)、V4(a-l，b+1, c-1)； 如果（ar_a) <0，（br_b) <0，（cr-c) >0,則V2(a-l，b，c)、V3(a-l，b-l，c)、V4(a-l，b-1, c+1)； 如果（ar_a) <0，（br_b) <0，（cr-c) <0,則V2(a-l，b，c)、V3(a-l，b-l，c)、V4(a-l，b-1, c-1) JiO,*,*)表示開關狀態(tài)矢量Vi的坐標為（*,*,*),Vp V2、V3、V4為棱長為I的 正方體（稱該正方體為單位正方體）的頂點。
7. 如權利要求1所述的一種多電平逆變器三維空間矢量調制算法，其特征在于利用伏 秒平衡原理，計算開關狀態(tài)矢量Vi、V2、V3、V4的作用時間
式⑵中，時間1'1、1'2、1'3、1' 4分別對應開關狀態(tài)矢量￥1、￥2、％、￥4的作用時間，1；表示采 樣周期。
8. 如權利要求1所述的一種多電平逆變器三維空間矢量調制算法，其特征在于4 個開關狀態(tài)矢量％、V2、V3、V4組成小四面體，在VpV2、V3、V4之間進行切換，切換路徑為 V1-V2 -V3 -V4 -V3-V2-V1或V4-V3-V2-V1-V2-V3-V4,即沿著VV2、V3、 V4所在正方體的邊進行切換，實現(xiàn)七段調制算法。
9. 如權利要求1所述的一種多電平逆變器三維空間矢量調制算法，其特征在于跟蹤參 考矢量的采樣，重復權利要求4?權利要求8,實現(xiàn)在不同的小四面體之間進行切換，完成 三維空間矢量調制算法。
【文檔編號】H02M7/483GK104467496SQ201410196924
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權日:2014年6月23日
【發(fā)明者】王翠, 歐陽俊銘 申請人:南昌工程學院