一種基于60度坐標系雙逆變器共模電壓抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于60度坐標系開繞組雙逆變器空間矢量調(diào)制共模電壓抑制方法，通過改變特定矢量組合的占空比來達到共模電壓抑制的效果。該方法每變換一次開關狀態(tài)，開關管只變動一次以及相鄰開關序列產(chǎn)生的共模電壓互差為產(chǎn)生的共模電壓值的最小值，減小系統(tǒng)的開關頻率，減小電流、轉(zhuǎn)矩脈動，達到動態(tài)共模電壓抑制的效果，本質(zhì)上解決了開繞組雙逆變器拓撲結(jié)構存在的共模電壓等問題，減少永磁電機運行時電流諧波含量及轉(zhuǎn)矩脈動。
【專利說明】一種基于60度坐標系雙逆變器共模電壓抑制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于空間矢量調(diào)制的開繞組雙逆變器共模電壓抑制方法，屬于永 磁電機控制領域。
【背景技術】
[0002] 開繞組雙逆變器拓撲結(jié)構比起傳統(tǒng)三電平NPC型逆變器、飛躍電容型逆變器的拓 撲結(jié)構，減少了開關器件的數(shù)量，不存在電容中點電壓偏移等問題；同時，比起傳統(tǒng)單逆變 器結(jié)構，容錯性能也大大提高，當逆變器出現(xiàn)單管故障后，可以不需要在線重構而進行控制 策略上的容錯，極大提高了驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性，也大大提高了直流側(cè)電壓的利用率。這些優(yōu) 勢使得開繞組雙逆變器在電動汽車驅(qū)動、航天等領域得到廣泛的應用。但是這種拓撲結(jié)構 存在共模電壓等問題，會使得永磁電機運行時電流諧波含量較高、轉(zhuǎn)矩脈動較大，這樣會造 成控制對象的不穩(wěn)定。為此學者M. R. Bai ju和Κ. K. Mohapatra提出了一種通過篩選不產(chǎn)生 共模電壓的矢量組合進行調(diào)制，從而達到共模電壓的抑制，但是這種方法使得空間矢量組 合沒有完全利用，直流電壓利用效率減小，同時由于選取的矢量組合非相鄰，使得開關損耗 變大。學者V. S等提出一種通過選擇零矢量在線進行共模電壓補償，使得在一個開關周期 內(nèi)等效共模電壓值為〇，從而達到動態(tài)抑制共模電壓的效果，但是這種方法會使得在一個開 關周期內(nèi)，共模電壓值會達到最大，同時在三電平運行時會增加開關損耗，這樣不利于雙逆 變器拓撲結(jié)構在電動汽車等領域的應用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 技術問題：本發(fā)明基于電動汽車用的開繞組雙逆變器的驅(qū)動系統(tǒng)，針對開繞組雙 逆變器驅(qū)動系統(tǒng)的共模電壓抑制問題，提出了一種基于60度坐標系SVPWM的共模電壓抑制 方法，解決了傳統(tǒng)共模電壓抑制方法中系統(tǒng)開關損耗大的問題，改善了電流的正弦度，減小 了轉(zhuǎn)矩脈動，并解決了特定矢量抑制共模電壓方法的直流電壓利用率低的問題，同時可以 大大簡化控制算法，提高相應速度，也可以達到動態(tài)抑制共模電壓的效果。
[0004] 技術方案：
[0005] 本發(fā)明提出的基于60度坐標系開繞組雙逆變器電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的共模電壓抑 制方法具體采用如下技術方案：
[0006] -種開繞組雙逆變器空間矢量調(diào)制共模電壓抑制方法，其特征在于采用基于60 度坐標系的SVPWM控制方法，在雙逆變器合成的電壓矢量全范圍內(nèi)，根據(jù)各開關序列的共 模電壓值特點，在不同空間矢量區(qū)域按一定規(guī)則選取開關序列，通過調(diào)整被選取的開關序 列的作用時間，實現(xiàn)相應空間矢量區(qū)域的共模電壓抑制，從而實現(xiàn)全空間矢量范圍的共模 電壓抑制，并根據(jù)所述不同開關序列的作用時間生成控制各開關管的PWM信號。
[0007] 其中，所述一定規(guī)則是指：
[0008] (1)每變換一次開關狀態(tài)，開關管只變動一次；相鄰開關序列產(chǎn)生的共模電壓互 差為-U dc/3,其中Ud。表示逆變器側(cè)直流電壓。
[0009] (2)對于由雙極性點參與合成的矢量，只需調(diào)整對應矢量點的開關序列的占空比， 即雙極性點通過自身共模電壓抑制來實現(xiàn)整個周期的共模電壓抑制；對于含有單極性點參 與合成的矢量，需要通過調(diào)整雙極性點的開關序列的占空比抑制單極性點產(chǎn)生的共模電壓 來實現(xiàn)最大共模電壓抑制，其中矢量點的極性定義如下：
[0010] 定義1 :某點的合成矢量組合能夠產(chǎn)生不同極性共模電壓時，則稱此點為雙極性 占.
[0011] 定義2 :某點的合成矢量組合只產(chǎn)生相同極性共模電壓時，則稱此點為單極性點；
[0012] 定義3 :某點的合成矢量組合不產(chǎn)生共模電壓時，則稱此點為中性點。
[0013] 本發(fā)明方法是基于控制交軸電流來控制轉(zhuǎn)矩來達到轉(zhuǎn)矩解耦，通過分析各空間矢 量的共模電壓值進行分組，分別求出各開關組合的占空比，在沒有最大矢量點（即單極性 矢量點）參與合成時采用五段碼運行，在有最大矢量點參與合成時采用四段碼運行，以保 證在每個區(qū)域內(nèi)均由離參考矢量點最近的矢量組合進行合成，來達到開關損耗的降低、電 流波形的改善、轉(zhuǎn)矩脈動的減小以及提高直流電壓的利用率。本發(fā)明本質(zhì)上解決了開繞組 雙逆變器拓撲結(jié)構存在的共模電壓等問題，減少永磁電機運行時電流諧波含量及轉(zhuǎn)矩脈 動。
[0014] 有益效果：
[0015] (1)空間矢量調(diào)制是利用60度坐標系，可以簡化空間矢量調(diào)制策略的運算，提高 系統(tǒng)的響應速度，提高效率。
[0016] (2)由于應用全部的19個空間矢量組合，直流電壓利用率高。
[0017] (3)只需改變對應矢量的占空比，減少了對應矢量組合開關時間的計算，簡化了共 模電壓抑制算法。
[0018] (4)由于運用三電平逆變器，電流諧波含量小，正弦度高，轉(zhuǎn)矩脈動小。
[0019] (5)每次開關狀態(tài)的改變，只需要改變一個開關管的狀態(tài)，減小了開關損耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1為雙電源供電的開繞組電機拓撲結(jié)構圖；
[0021] 圖2為單逆變器產(chǎn)生的電壓矢量圖；
[0022] 圖3為雙逆變器合成電壓矢量圖；
[0023] 圖4為AAGH共模電壓抑制范圍圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。
[0025] 1、開繞組雙逆變器雙電源空間矢量策略控制算法的工作原理：
[0026] 如圖1所示，以雙電源雙逆變器系統(tǒng)為例，采用空間矢量表示法，雙逆變器系統(tǒng)輸 出的電壓矢量V可通過逆變器INV 1的輸出電壓矢量V1和逆變器INV2的輸出電壓矢量V2來 表不：
[0027] V = V^v2 (1)
[0028] 電壓矢量V1和V2可采用直流母線電壓和電力電子開關器件的開關狀態(tài)來表示，假 設 VDa = Vdc2 = U,則有：
【權利要求】
1. 一種開繞組雙逆變器空間矢量調(diào)制共模電壓抑制方法，其特征在于采用基于60度 坐標系的SVPWM控制方法，在雙逆變器合成的電壓矢量全范圍內(nèi)，根據(jù)各開關序列的共模 電壓值特點，在不同空間矢量區(qū)域按一定規(guī)則選取開關序列，通過調(diào)整被選取的開關序列 的作用時間，實現(xiàn)相應空間矢量區(qū)域的共模電壓抑制，從而實現(xiàn)全空間矢量范圍的共模電 壓抑制，并根據(jù)經(jīng)過調(diào)整的開關序列的作用時間生成控制各開關管的PWM信號。
2. 根據(jù)權利要求1所述的開繞組雙逆變器空間矢量調(diào)制共模電壓抑制方法，其特征在 于所述一定規(guī)則是指： (1) 每變換一次開關狀態(tài)，開關管只變動一次；相鄰開關序列產(chǎn)生的共模電壓互差 為-Udc/3,其中Ud。表示逆變器側(cè)直流電壓； (2) 對于由雙極性點參與合成的矢量，只需調(diào)整對應矢量點的開關序列的占空比，即雙 極性點通過自身共模電壓抑制來實現(xiàn)整個周期的共模電壓抑制；對于含有單極性點參與合 成的矢量，需要通過調(diào)整雙極性點的開關序列的占空比抑制單極性點產(chǎn)生的共模電壓來實 現(xiàn)最大共模電壓抑制，其中矢量點的極性定義如下： 定義1 :某點的合成矢量組合能夠產(chǎn)生不同極性共模電壓時，則稱此點為雙極性點； 定義2 :某點的合成矢量組合只產(chǎn)生相同極性共模電壓時，則稱此點為單極性點； 定義3 :某點的合成矢量組合不產(chǎn)生共模電壓時，則稱此點為中性點。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的開繞組雙逆變器空間矢量調(diào)制共模電壓抑制方法，其特 征在于將五段碼開關矢量組合以及四段碼開關矢量組合相結(jié)合，在沒有單極性矢量點參與 合成的區(qū)域采用五段碼開關矢量組合，在有單極性矢量點參與合成的區(qū)域采用四段碼開關 矢量組合，以保證每變換一次開關狀態(tài)，開關管只變動一次。
【文檔編號】H02M7/493GK104320013SQ201410620484
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權日:2014年11月6日
【發(fā)明者】樊英, 張向陽, 祝衛(wèi)霞, 程明 申請人:東南大學