基于npc三電平svpwm逆變器相電流重構方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及電力電子與電力傳動技術領域，具體設及一種基于NPCS電平SVPWM 逆變器相電流重構方法。
【背景技術】
[0002] 工業(yè)領域?qū)涣鱾鲃涌刂迫找嬖鲩L的需求促進了電力電子器件容量耐壓等級及 微電子控制技術的提高，中點錯位式（NPC)S電平是其中的典型拓撲，相較于傳統(tǒng)的兩電 平逆變器，由于電平數(shù)目增多，使得輸出電壓諧波成分減少，開關管的電壓開關應力降低， 從而使系統(tǒng)損耗減少，在低壓開關器件的應用更加廣泛。
[0003] 為了使逆變器輸出達到較好的效果，需要對相電流進行采樣反饋。電流采樣技術 可分為直接采樣和間接采樣。直接采樣中，將至少兩個電流傳感器放置在輸出負載側(cè)，W提 供=相電流的反饋信號；間接采樣中，使用一個電流傳感器，通過采集中點電位上的電流用 W構建=相電流。間接采樣法相比于直接采樣法，減少了電流傳感器個數(shù)，節(jié)省生產(chǎn)成本， 同時降低了系統(tǒng)的重量和體積，并且能夠消除由于傳感器間參數(shù)的差異導致的測量誤差。 基于上述的優(yōu)勢，基于中點電位的電流采樣技術廣泛應用于多種場合。
[0004] 然而，NPC^電平逆變器空間矢量調(diào)制（SVPWM)運行，進行中點電流采樣時，載波 周期內(nèi)非零基本空間矢量的作用時間只有在滿足最小采樣時間Tmm的前提下，才能對相電 流進行有效重構。空間參考矢量在扇區(qū)邊界切換時，會出現(xiàn)在一個載波周期內(nèi)非零基本空 間矢量的作用時間不滿足Tmm,導致電流采樣失效，運些區(qū)域稱為非觀測區(qū)。針對非觀測 區(qū)的處理方法，主要是通過改變調(diào)制矢量時序W及狀態(tài)，如增減調(diào)制矢量作用，增大載波周 期，保證非零基本空間矢量最小作用時間。 陽0化]申請?zhí)枮?01010039771. 3的專利《基于直流母線電流的電動機相電流檢測方 法》，通過在一個多倍于載波周期的算法周期內(nèi)，保持該時間段內(nèi)多個載波周期非零矢量總 作用時間不變，將其中一個PWM載波周期內(nèi)非零基本空間矢量的作用時間，增大到滿足最 小采樣時間。該方法算法周期較長，不利于精準檢測電流；專利號為201110331123.X的《基 于對稱PWM載波的電動機相電流重構方法》，將調(diào)制矢量分解為該扇區(qū)邊界區(qū)域非零基本空 間矢量相鄰的兩非零基本空間矢量，并加入零基本空間矢量。該方法基于兩電平拓撲結構， 不能拓展至NPCS電平逆變器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為了解決NPCS電平逆變器運行時，通過中點電流采樣的方式進行重構相 電流，SVPWM調(diào)制在扇區(qū)邊界位置的非觀測區(qū)域無法完成相電流重構的不足，提供一種算法 容易實現(xiàn)、控制效果較好的相電流重構方法，并采用W下技術方案來實現(xiàn)：
[0007] 一種基于NPCS電平SVPWM逆變器相電流重構方法，
[000引 NPCS電平逆變器運行時，在可觀測區(qū)域，采用傳統(tǒng)SVPWM方式進行調(diào)制；在扇區(qū) 邊界位置的非觀測區(qū)域，將傳統(tǒng)SVPWM基本空間矢量中的零或短矢量，分解為兩個互補的 矢量，并構建新的基本空間矢量，在新建的空間矢量作用過程中，采用中點電流采樣方式重 構相電流。
[0009] 分解傳統(tǒng)SVPWM基本空間矢量中的零或短矢量時，選取與調(diào)制矢量相近的矢量進 行分解，W相鄰的原基本至間矢量為參考量，分解為與參考量同向和反向的兩個互補矢量， 并W此作為新的基本空間矢量進行調(diào)制。
[0010] 分解后兩個互補矢量的作用時間是分解前的原基本空間矢量作用時間的一半，W 互補矢量及原基本空間矢量為基礎，構建新的基本空間矢量，同時調(diào)整重構后的基本空間 矢量調(diào)制時序與作用時間。
[0011] 本發(fā)明針對NPC=電平逆變器運行時，在扇區(qū)邊界位置的非觀測區(qū)域，將傳統(tǒng) SVPWM基本空間矢量中的零或短矢量，分解為兩個互補的矢量，并構建新的空間作用矢量， 對相電流進行重構；在可觀測區(qū)域，采用傳統(tǒng)SVPWM方式進行調(diào)制，W保證在全周期內(nèi)相電 流的有效檢測。
【附圖說明】
[0012] 圖1為NPCS電平逆變器中點電流采樣結構圖；
[0013] 圖2為空間矢量調(diào)制示意圖；
[0014] 圖3為第一扇區(qū)區(qū)域劃分示意圖；
[0015] 圖4為劃分后的小區(qū)域矢量調(diào)制時序圖；
[0016] 圖5為空間矢量調(diào)制時的非觀測區(qū)域示意圖；
[0017] 圖6為第一扇區(qū)的非觀測區(qū)域劃分及空間矢量分解方式示意圖；
[0018] 圖7為與非觀測區(qū)域Zi對應的分解重構后的空間矢量調(diào)制時序與作用時間示意 圖；
[0019] 圖8為與非觀測區(qū)域Zz對應的分解重構后的空間矢量調(diào)制時序與作用時間示意 圖；
[0020] 圖9為與非觀測區(qū)域Zs對應的分解重構后的空間矢量調(diào)制時序與作用時間示意 圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明做進一步詳細描述。但是下文所掲示的內(nèi)容為 本發(fā)明的原理，并不局限于僅此一例。
[0022] 為了克服使用傳感器檢測=相電流時成本高、體積大的問題，在精度要求不高且 需要降低成本的情況下，通常采用檢測中點電流的方法重構S相電流。NPCS電平逆變器在 錯位二極管與直流電容中點之間進行電流采樣，利用中點電流和開關管開關狀態(tài)重構=相 電流。
[0023]NPCS電平逆變器的結構原理圖如圖1所示，通過在不同的開關狀態(tài)下檢測中點 電流id。便可W重新構建相電流。下面分析SVPWM調(diào)制時的開關狀態(tài)，WA相橋臂為例，S 電平的每相橋臂有=種狀態(tài)[P，0,閑，對應的開關管狀態(tài)為：
[00巧]0: Sai= 0, S a2= 1，S a3= 1，S a4= 0, V = 0
[0027]S電平的SVPWM調(diào)制空間矢量有27種類型，每個基本空間矢量都對應一種開關狀 態(tài)，基本空間矢量的施加是通過改變12個開關管（IGBT)的導通狀態(tài)來實現(xiàn)的，通過控制開 關管導通時間，即控制基本空間矢量的作用時間，由基本空間矢量作用時間的長短，即可合 成任意方向、大小的調(diào)制矢量，圖2為空間矢量調(diào)制示意圖。
[002引不同的開關管通斷狀態(tài)對應著不同的相電流流向。因此，可利用空間矢量調(diào)制時， 同一PWM載波周期內(nèi)開關管兩次不同狀態(tài)時刻，通過采集中點電流來重構=相電流，圖2中 標示出當基本空間矢量為短矢量W及中矢量時，中點電流傳感器采樣值id。對應的S相電 流。
[0029] 傳統(tǒng)SVPWM調(diào)制算法將整個矢量空間先分成6個大扇區(qū)，再將每個大扇區(qū)分成6 個小區(qū)域。W第一扇區(qū)為例，如圖3空間矢量示意圖所示，闡述如何進行中點電流采樣并重 構相電流。根據(jù)傳統(tǒng)SVPWM調(diào)制算法，選取S個基本空間矢量V。、Vi和V2,分別作用后再進 行合成而獲得調(diào)制矢量，圖4為第一扇區(qū)內(nèi)6個小區(qū)域的開關時序圖。
[0030] W區(qū)間1的相電流狀態(tài)為例，如圖4中的區(qū)間1所示。在開關管的狀態(tài)為ONN時， 此時流進中點的電流為A相正電流，即id。=i。;開關管的狀態(tài)為PON時，此時流進中點的電 流為B相正電流，即id。=ib;開關管的狀態(tài)為POO時，此時流進中點的電流為A相負電流， 即id。=-i。，而根據(jù)平衡負載下，S相電流之和1。+扣1。=0,至此可W得到一個載波周期內(nèi) 的立相電流。所W通過在不同開關狀態(tài)時刻，對中點電流進行采樣，可W重構立相電流，同 時由于傳統(tǒng)SVPWM為屯段式調(diào)制，所W可W選擇在調(diào)制前端或者后端進行