專(zhuān)利名稱：基于25個(gè)空間矢量的電流型多電平逆變器及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于25個(gè)基本空間矢量的多電 平電流型逆變器，適用于高壓大功率場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的用于電流型多電平逆變器調(diào)制策略通常為SVPWM空間矢量脈沖調(diào)制法和 TPWM梯形波調(diào)制法，SVPWM法具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，輸出電流利用率高等優(yōu)點(diǎn)。多電平逆變器 應(yīng)用領(lǐng)域主要是中壓大功率的場(chǎng)合，比如高壓變頻調(diào)速，電力網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償，諧波抑制等。多 電平與兩電平相比，他的優(yōu)勢(shì)是輸出的諧波小。而且電平數(shù)越多則輸出的功率越大，諧波越 小。相應(yīng)的使用的功率開(kāi)關(guān)器件也就越多。SVPWM是一種逆變的控制方法，和SPWM相比，具 有輸出諧波小，實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)。一般好的控制器多用SVPWM控制。如果將多電平和SVPWM 控制結(jié)合起來(lái)，則得到大功率的高性能提速系統(tǒng)，但帶來(lái)的問(wèn)題是調(diào)制比較困難，因?yàn)殡娖?數(shù)越多則基本空間矢量數(shù)就會(huì)越多，而且成指數(shù)型增長(zhǎng)，其關(guān)系為3η，比如η等于3時(shí)，即3 電平，則有27種開(kāi)關(guān)組合狀態(tài)，除去冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)，有19個(gè)基本空間矢量。但通常的方法 只有19個(gè)基本空間矢量，因而在中低調(diào)制度時(shí)由于所選擇的空間矢量較少，則輸出的諧波 較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決電流型逆變器在中低調(diào)制度時(shí)降低輸出的諧波的技術(shù) 問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于25個(gè)空間矢量的電流型多電平逆變器及控制方法，在原有19個(gè)空間矢量 的基礎(chǔ)上又增加了 6個(gè)空間矢量，通過(guò)對(duì)25空間矢量選取的控制，在低調(diào)制度時(shí)具有更小 的諧波含量。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是，基于25個(gè)空間矢量的電流型多電平 逆變器及控制方法，以上逆變器電路中包括移相輸出電路，逆變器借助移相輸出電路移相 形成矢量分布實(shí)現(xiàn)電流逆變，上述的逆變器電路中還包括有開(kāi)關(guān)管組、開(kāi)關(guān)選通編碼電路、 CPU以及存儲(chǔ)有配套軟件指令的存儲(chǔ)單元，CPU借助存儲(chǔ)單元中的指令輸出控制信號(hào)至開(kāi) 關(guān)選通編碼電路的輸入端，開(kāi)關(guān)選通編碼電路進(jìn)行編碼，并輸出編碼電平信號(hào)至移相輸出 電路中的開(kāi)關(guān)管組，移相輸出電路借助開(kāi)關(guān)管組的開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸出25種電流空間矢量，所述 逆變器借助25種電流空間矢量實(shí)現(xiàn)電流逆變調(diào)制。本發(fā)明的有益效果是在不改變?cè)瓋蓡卧⒙?lián)組合電流型逆變器主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基 礎(chǔ)上，以及保證三相負(fù)載對(duì)稱條件，將電流型逆變器脈寬調(diào)制的空間矢量由原19個(gè)擴(kuò)展為 25個(gè)，該方法比一般空間矢量多6個(gè)矢量，由于新生成的6個(gè)矢量的模是中大矢量的一半， 使得在低調(diào)制度時(shí)多了一倍的空間矢量，因此具有更小的諧波含量。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明的逆變器原理框圖。圖2是本發(fā)明的電流型逆變器的移相輸出電路的原理圖。圖2a-圖2e是圖1中通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)管的選通得到的實(shí)際拓?fù)浜碗娏骰芈?。圖3是本發(fā)明的空間矢量分布圖。圖1中，1是移相輸出電路，1-1是開(kāi)關(guān)管組，2是開(kāi)關(guān)選通編碼電路，3是存儲(chǔ)單元。圖2中Sn_16、S21_26為開(kāi)關(guān)管，L1^L2為續(xù)流電感，Vdc;1、Vd。2為電壓源，La、Lb、L。為負(fù) 載電感，Ra、Rb、R。、為負(fù)載電阻。圖2a_2e中，I1, i2為獨(dú)立電流源，A相、B相、C相為三相對(duì)稱負(fù)載。圖3 中，I” 12、13、14、15、I6 是大矢量，17、18、19、11(1、In、I12 是中大矢量，113、114、 !15、！16、！17、Il8 是中小矢量， !19、！20、！21、！22、！23、^24 是小矢量，Itl為是零矢量。
具體實(shí)施例方式基于25個(gè)空間矢量的電流型多電平逆變器及控制方法，以上逆變器電路中包括 移相輸出電路1，逆變器借助移相輸出電路移相形成矢量分布實(shí)現(xiàn)電流逆變，上述的逆變器 電路中還包括有開(kāi)關(guān)管組1-1、開(kāi)關(guān)選通編碼電路2、CPU以及存儲(chǔ)有配套軟件指令的存儲(chǔ) 單元3，CPU借助存儲(chǔ)單元3中的指令輸出控制信號(hào)至開(kāi)關(guān)選通編碼電路2的輸入端，開(kāi)關(guān) 選通編碼電路2進(jìn)行編碼，并輸出編碼電平信號(hào)至移相輸出電路1中的開(kāi)關(guān)管組1-1，移相 輸出電路1借助開(kāi)關(guān)管組1-1的開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸出25種電流空間矢量，所述逆變器借助25種 電流空間矢量實(shí)現(xiàn)電流逆變調(diào)制。上述的25個(gè)空間矢量中包括6個(gè)大矢量，6個(gè)中大矢量，6個(gè)中小矢量，6個(gè)小 矢量，1個(gè)零矢量，其中大矢量與中小矢量的相角一致，分別為0°、60°、120°、180°、 240°、300°，中小矢量的模長(zhǎng)是大矢量的一半；中大矢量與小矢量的相角一致，分別為 30°、90°、150°、210°、270°、300°，小矢量的模長(zhǎng)是中大矢量的一半。上述的移相輸出電路1的電路結(jié)構(gòu)中包括一對(duì)并聯(lián)的直流電流源Vdc;1、Vd。2、續(xù)流電 感Ll、L2、一組開(kāi)關(guān)管、負(fù)載電阻Ra、Rb、Rc、負(fù)載電感La、Lb、Lc和電容Ca、Cb、C。。下面列舉一實(shí)施例進(jìn)一步描述。如圖2、圖2a_2e所示，本發(fā)明包括主電路拓?fù)?結(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由兩個(gè)獨(dú)立的電流源逆變器并聯(lián)而成，每個(gè)電流源逆變器包括電流源、負(fù) 載、6個(gè)開(kāi)關(guān)器件以及3個(gè)切換電容。由該兩單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組合后可形成多電平的逆變器。 SVPWM控制是一種優(yōu)秀的調(diào)制方法，在電壓型逆變器中已得到廣泛應(yīng)用，在電流型逆變器中 應(yīng)用較少。電流型逆變器的基本空間矢量和電壓型逆變器的基本空間矢量相比，在基本矢 量的形成上不一樣，電流型逆變器的空間矢量是在相與相之間進(jìn)行的，電流從一相進(jìn)入從 另一相流出為一個(gè)基本矢量，圖2a_2e為空間矢量形時(shí)電流的流向，電流的控制室依靠相 應(yīng)的開(kāi)關(guān)管的動(dòng)作，如從A相流入，則S21或Sll導(dǎo)通，如果是從C相流出，則是S12或S22 導(dǎo)通。圖2a為大矢量形成原理，兩單元電流都從同一相流入從另一相流出，分別是I” 12、
13、14、15、16，該組矢量的模長(zhǎng)為4^1^，相角分別為0°、60°、120°、180°、240°、300° ；
圖2b為中大矢量，有6種，分別是17、18、19、I10, I11, 112，模長(zhǎng)為，相角分別是30°、 90°、150°、210°、270°、330° ；圖 2c 為中小矢量，有 6 個(gè)，分別是 113、114、115、116、117、118，該組矢量的模長(zhǎng)為
，相角和大矢量的相角相同；圖2d為小矢量，有6個(gè)，分別是119、
12。、121、122、123、124，該組矢量的模長(zhǎng)為
相角和中大矢量的相角一樣。圖2e為零
Mc'
矢量，它的模是零，相角任意。有人提出了 19個(gè)基本空間矢量的SVPWM控制，本發(fā)明提出一 種25基本空間矢量的調(diào)制方法。即將原有空間矢量的基礎(chǔ)上增加了一組小矢量，共6個(gè)，
分別是119、120> 121、I22> 123、124，該組矢量的模長(zhǎng)為
，相角和中大矢量的相角一樣，如
圖3所示。 由于增加了一組空間矢量，從而使得矢量的空間分布更為均勻，大矢量和中大矢 量構(gòu)成了外六邊形，小矢量和中小矢量構(gòu)成了內(nèi)六邊形。空間矢量的增加使得在低調(diào)制度 時(shí)，輸出的諧波更小。本發(fā)明適用于三相對(duì)稱負(fù)載。
權(quán)利要求
基于25個(gè)空間矢量的電流型多電平逆變器及控制方法，以上逆變器電路中包括移相輸出電路(1)，逆變器借助移相輸出電路移相形成矢量分布實(shí)現(xiàn)電流逆變，其特征在于所述的逆變器電路中還包括有開(kāi)關(guān)管組(1 1)、開(kāi)關(guān)選通編碼電路(2)、CPU以及存儲(chǔ)有配套軟件指令的存儲(chǔ)單元(3)，CPU借助存儲(chǔ)單元(3)中的指令輸出控制信號(hào)至開(kāi)關(guān)選通編碼電路(2)的輸入端，開(kāi)關(guān)選通編碼電路(2)進(jìn)行編碼，并輸出編碼電平信號(hào)至移相輸出電路(1)中的開(kāi)關(guān)管組(1 1)，移相輸出電路(1)借助開(kāi)關(guān)管組(1 1)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸出25種電流空間矢量，所述逆變器借助25種電流空間矢量實(shí)現(xiàn)電流逆變調(diào)制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于25個(gè)空間矢量的電流型多電平逆變器及控制方法，其特 征在于所述的25個(gè)空間矢量中包括6個(gè)大矢量，6個(gè)中大矢量，6個(gè)中小矢量，6個(gè)小矢量， 1個(gè)零矢量，其中大矢量與中小矢量的相角一致，分別為0°、60°、120°、180°、240°、 300°，中小矢量的模長(zhǎng)是大矢量的一半；中大矢量與小矢量的相角一致，分別為30°、 90°、150°、210°、270°、300°，小矢量的模長(zhǎng)是中大矢量的一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于25個(gè)空間矢量的電流型多電平逆變器及控制方法，其 特征在于所述的移相輸出電路(1)的電路結(jié)構(gòu)中包括一對(duì)并聯(lián)的直流電流源(vdc;1、vd。2)、 續(xù)流電感(Li、L2)、一組開(kāi)關(guān)管、負(fù)載電阻(Ra、Rb、R。)、負(fù)載電感(La、Lb、L。)和電容(Ca、Cb、 Cc)。
全文摘要
基于25個(gè)空間矢量的電流型多電平逆變器及控制方法，解決電流型逆變器在中低調(diào)制度時(shí)降低輸出的諧波的技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是，以上逆變器電路中包括移相輸出電路，逆變器借助移相輸出電路移相形成矢量分布實(shí)現(xiàn)電流逆變，上述的逆變器電路中還包括有開(kāi)關(guān)管組、開(kāi)關(guān)選通編碼電路、CPU以及存儲(chǔ)有配套軟件指令的存儲(chǔ)單元，CPU借助存儲(chǔ)單元中的指令輸出控制信號(hào)至開(kāi)關(guān)選通編碼電路的輸入端，開(kāi)關(guān)選通編碼電路進(jìn)行編碼，并輸出編碼電平信號(hào)至移相輸出電路中的開(kāi)關(guān)管組，移相輸出電路借助開(kāi)關(guān)管組的開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸出25種電流空間矢量，所述逆變器借助25種電流空間矢量實(shí)現(xiàn)電流逆變調(diào)制。
文檔編號(hào)H02M7/44GK101908830SQ20101019117
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者劉岫嶺, 姜志成, 常國(guó)祥, 李雯, 江曉林 申請(qǐng)人:黑龍江科技學(xué)院