本發(fā)明涉及電力電子功率變換裝置控制領(lǐng)域，具體而言，涉及一種逆變器空間矢量控制方法及控制裝置。

背景技術(shù)：

逆變器是把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電的裝置，由橋臂組成，在大功率不平衡負(fù)載場(chǎng)合，多電平多橋臂變換器獲得了越來(lái)越多的關(guān)注，但是控制算法復(fù)雜，開關(guān)頻率較大，功率管開關(guān)器件損耗大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題中至少一個(gè)，提供了一種輸出電壓準(zhǔn)確跟隨輸入電壓的變化，開關(guān)頻率小，開關(guān)損耗小的逆變器空間矢量控制方法及裝置；本發(fā)明的第一方面提供了一種逆變器空間矢量控制方法，包括，a)獲取相電壓值，對(duì)所述相電壓值取整，獲取相電壓整數(shù)值；b)根據(jù)獲取的相電壓值建立參考平面，將相電壓整數(shù)值與參考平面進(jìn)行比較，并根據(jù)相鄰開關(guān)狀態(tài)組合之間，只有一相的狀態(tài)發(fā)生改變?yōu)樵瓌t，獲取參與電壓合成所需的基本作用矢量序列；c)利用伏秒平衡原理，計(jì)算基本作用矢量的占空比；d)根據(jù)相電壓整數(shù)值，確定參考橋臂在一個(gè)采用周期內(nèi)狀態(tài)變換的最少次數(shù)；e)根據(jù)基本作用矢量序列、橋臂狀態(tài)的取值范圍和參考橋臂的狀態(tài)變換的最少次數(shù)，獲取參考橋臂的開關(guān)狀態(tài)以及狀態(tài)切換的時(shí)刻；f)根據(jù)基本作用矢量以及參考橋臂的狀態(tài)，獲取各相橋臂的開關(guān)狀態(tài)值；g)根據(jù)各相橋臂的開關(guān)狀態(tài)值與功率開關(guān)通斷狀態(tài)的關(guān)系，獲取控制各相橋臂功率器件和參考橋臂功率器件的開關(guān)信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述逆變器為三相四橋臂逆變器，所述參考橋臂為第四橋臂；所述基本作用矢量的數(shù)量四個(gè)。

進(jìn)一步地，所述步驟a)中獲取相電壓值的步驟包括，獲取各相參考電壓值，將各相參考電壓標(biāo)幺化，并將標(biāo)幺化后的各相參考電壓加上正常數(shù)，獲得所述相電壓值。

進(jìn)一步地，所述標(biāo)幺化的步驟包括，將各相參考電壓值除以直流母線電壓值的一半，獲得標(biāo)幺化后的各相參考電壓，將標(biāo)幺化后的各相參考電壓加上2，獲得各相的所述相電壓值。

進(jìn)一步地，所述相電壓值和相電壓整數(shù)值的數(shù)量為三組，所述步驟b)包括，根據(jù)各相的所述相電壓值和各相的相電壓整數(shù)值，建立三個(gè)參考平面，平面方程如下： 其中v_an、v_bn、v_cn表示三相相電壓值，a、b、c表示三相相電壓整數(shù)值；將三相相電壓整數(shù)值與所述參考平面比較獲取四個(gè)基本作用矢量，過(guò)程如下：當(dāng)v_bn-v_cn≤b-c且v_an-v_cn≥a-c時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量以及矢量作用序列為：a，b，c→a+1，b，c→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1；

當(dāng)v_bn-v_cn≤b-c，v_an-v_cn≤a-c且v_bn-v_an≤b-a時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a，b，c+1→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1；

當(dāng)v_bn-v_cn≤b-c，v_an-v_cn≤a-c且v_bn-v_an≥b-a時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a，b，c+1→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1；

當(dāng)v_bn-v_cn≥b-c且v_an-v_cn≤a-c時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a，b+1，c→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1；

當(dāng)v_bn-v_cn≥b-c，v_an-v_cn≥a-c且v_bn-v_an≥b-a時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a，b+1，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1；

當(dāng)v_bn-v_cn≥b-c，v_an-v_cn≥a-c且v_bn-v_an≤b-a時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a+1，b，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1。

進(jìn)一步地，所述步驟c)包括：根據(jù)伏秒平衡原理，利用下列公式，計(jì)算四個(gè)基本作用矢量的占空比d₁、d₂、d₃和d₄：

其中，為基本作用矢量。

進(jìn)一步地，所述步驟d)包括：根據(jù)三相相電壓整數(shù)值a，b，c的取值，確定第四橋臂 在一個(gè)采樣周期內(nèi)狀態(tài)變換的最少次數(shù)，以及第四橋臂的開關(guān)狀態(tài)S_no，過(guò)程如下：

當(dāng)min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}≤1時(shí)，S_no＝1，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變；

當(dāng)min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}＝2時(shí)，S_no＝1和0，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)變換一次。當(dāng)max{San,Sbn,Scn}＝2時(shí)，S_no＝1；當(dāng)max{San,Sbn,Scn}＝3時(shí)，S_no＝0；

當(dāng)min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}≤2時(shí)，S_no＝0，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變；

當(dāng)min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}＝3時(shí)，S_no＝0和-1，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)變換一次；。當(dāng)max{San,Sbn,Scn}＝3時(shí)，S_no＝0；當(dāng)max{San,Sbn,Scn}＝4時(shí)，S_no＝-1；

當(dāng)min{a,b,c}＝2時(shí)，S_no＝-1，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變；

當(dāng)min{a,b,c}＝3時(shí)，S_no＝-1，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變。

進(jìn)一步地，所述步驟f)包括：根據(jù)基本作用矢量{S_an,S_bn,S_cn}以及第四橋臂的狀態(tài)S_no，利用下式：

分別得到四個(gè)橋臂的開關(guān)狀態(tài)S_ao、S_bo、S_co和S_no。

進(jìn)一步地，所述步驟g)包括：由橋臂開關(guān)狀態(tài)與功率開關(guān)管通斷之間的關(guān)系，得到控制四個(gè)橋臂功率器件的開關(guān)信號(hào)；當(dāng)橋臂狀態(tài)為1時(shí)，橋臂上的第一功率開關(guān)器件和第二功率開關(guān)器件導(dǎo)通，第三功率開關(guān)器件和第四功率開關(guān)器件截止；

當(dāng)橋臂狀態(tài)為0時(shí)，第二功率開關(guān)器件和第三功率開關(guān)器件導(dǎo)通，第一功率開關(guān)器件和第四功率開關(guān)器件截止；當(dāng)橋臂狀態(tài)為-1時(shí)，第三功率開關(guān)器件和第四功率開關(guān)器件導(dǎo)通，第一功率開關(guān)器件和第二功率開關(guān)器件截止。

本發(fā)明另一方面提供了一種逆變器空間矢量控制裝置，包括：

相電壓整數(shù)值獲取模塊，所述相電壓整數(shù)值獲取模塊用于根據(jù)相電壓值，對(duì)所述相電壓值取整，獲取相電壓整數(shù)值；

基本作用矢量序列獲取模塊，所述基本作用矢量序列獲取模塊用于根據(jù)獲取的相電壓值建立參考平面，將相電壓整數(shù)值與參考平面進(jìn)行比較，并根據(jù)相鄰開關(guān)狀態(tài)組合之間，只有一相的狀態(tài)發(fā)生改變?yōu)樵瓌t，獲取參與電壓合成所需的基本作用矢量序列；

矢量占空比獲取模塊，所述矢量占空比獲取模塊用于利用伏秒平衡原理，計(jì)算所述基本作用矢量的占空比；

參考橋臂狀態(tài)變換次數(shù)獲取模塊，所述參考橋臂狀態(tài)變換次數(shù)獲取模塊用于，根據(jù)相電壓整數(shù)值，確定參考橋臂在一個(gè)采用周期內(nèi)狀態(tài)變換的最少次數(shù)；

參考橋臂開關(guān)狀態(tài)以及狀態(tài)切換時(shí)刻獲取模塊，所述參考橋臂開關(guān)狀態(tài)以及狀態(tài)切換時(shí)刻獲取模塊用于根據(jù)基本作用矢量序列、橋臂狀態(tài)的取值范圍和參考橋臂的狀態(tài)變換的最少次數(shù)，獲取參考橋臂的開關(guān)狀態(tài)以及狀態(tài)切換的時(shí)刻；

各相橋臂開關(guān)狀態(tài)值獲取模塊，所述各相橋臂開關(guān)狀態(tài)值獲取模塊用于根據(jù)基本作用矢量以及參考橋臂的狀態(tài)，獲取各相橋臂的開關(guān)狀態(tài)值；

功率器件開關(guān)信號(hào)獲取模塊，所述功率器件開關(guān)信號(hào)獲取模塊用于根據(jù)各相橋臂的開關(guān)狀態(tài)值與功率開關(guān)通斷狀態(tài)的關(guān)系，獲取控制各相橋臂功率器件和參考橋臂功率器件的開關(guān)信號(hào)。

本發(fā)明提供的逆變器空間矢量控制方法和控制裝置，使得控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，輸出電壓準(zhǔn)確跟隨輸入電壓的變化，并且使開關(guān)頻率較小，優(yōu)選保證開關(guān)頻率最小，以減小開關(guān)損耗。

附圖說(shuō)明

通過(guò)參考附圖會(huì)更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中：

圖1為本發(fā)明逆變器空間矢量控制方法實(shí)施例的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的三電平四橋臂逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明逆變器空間矢量控制方法實(shí)施例的流程示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中橋臂狀態(tài)切換示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中橋臂狀態(tài)切換示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中a相參考電壓波形示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中a相輸出電壓波形示意圖；

圖8為本發(fā)明逆變器空間矢量控制裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來(lái)實(shí)施，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

在大功率不平衡負(fù)載場(chǎng)合，多電平四橋臂變換器獲得了越來(lái)越多的關(guān)注。其中NPC四橋臂變換器在NPC三橋臂變換器的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)與前三個(gè)橋臂結(jié)構(gòu)相同的橋臂，空間矢量由27個(gè)增加為81個(gè)，使得控制算法變得更加復(fù)雜和多樣。

針對(duì)NPC四橋臂變換器的運(yùn)行與控制，有解耦控制和3D-SVM算法，其中基于abc坐標(biāo)系的3D-SVM方法，無(wú)需坐標(biāo)變換，電壓跟隨性能好，其在電力電子領(lǐng)域中的應(yīng)用體現(xiàn)出了 巨大的優(yōu)勢(shì)。該類算法基于abc自然坐標(biāo)系，在空間建立逆變器的三維數(shù)學(xué)模型，利用伏秒平衡原理，合成參考矢量。

三維空間矢量具有冗余分量，其對(duì)輸出電流沒(méi)有影響，但會(huì)影響開關(guān)序列，進(jìn)而影響開關(guān)頻率。

本發(fā)明提供了一種優(yōu)化的3D-SVM方法，使得控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，輸出電壓準(zhǔn)確跟隨輸入電壓的變化，并且使開關(guān)頻率最小，以減小開關(guān)損耗。

實(shí)施例一

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種逆變器空間矢量控制方法，包括，

S101獲取相電壓值，對(duì)所述相電壓值取整，獲取相電壓整數(shù)值。

S102根據(jù)獲取的相電壓值建立參考平面，將相電壓整數(shù)值與參考平面進(jìn)行比較，并根據(jù)相鄰開關(guān)狀態(tài)組合之間，只有一相的狀態(tài)發(fā)生改變?yōu)樵瓌t，獲取參與電壓合成所需的基本作用矢量序列。保證了開關(guān)狀態(tài)改變較小，從而保證了開關(guān)器件的開關(guān)頻率較小，減少了開關(guān)功耗，也保證了功率開關(guān)器件的使用壽命。

S103利用伏秒平衡原理，計(jì)算基本作用矢量的占空比。

S104根據(jù)相電壓整數(shù)值，確定參考橋臂在一個(gè)采用周期內(nèi)狀態(tài)變換的最少次數(shù)。保證了參考橋臂的功率器件的變換次數(shù)少，變化頻率小。

S105根據(jù)基本作用矢量序列、橋臂狀態(tài)的取值范圍和參考橋臂的狀態(tài)變換的最少次數(shù)，獲取參考橋臂的開關(guān)狀態(tài)以及狀態(tài)切換的時(shí)刻。S106根據(jù)基本作用矢量以及參考橋臂的狀態(tài)，獲取各相橋臂的開關(guān)狀態(tài)值。

S107根據(jù)各相橋臂的開關(guān)狀態(tài)值與功率開關(guān)通斷狀態(tài)的關(guān)系，獲取控制各相橋臂功率器件和參考橋臂功率器件的開關(guān)信號(hào)。

本發(fā)明提供的逆變器空間矢量控制方法，輸出電壓準(zhǔn)確跟隨輸入電壓的變化，并且使開關(guān)頻率最小，以減小開關(guān)損耗。

本發(fā)明實(shí)施例所述逆變器為三相四橋臂逆變器，三電平四橋臂逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖2所示，圖中，Vdc為直流母線電壓，a、b、c、n為四個(gè)橋臂的輸出端，Sj1、Sj2、Sj3和Sj4(j＝a，b，c，n)為每個(gè)橋臂上的四個(gè)功率開關(guān)器件。所述參考橋臂為第四橋臂；所述基本作用矢量的數(shù)量四個(gè)。當(dāng)然，本發(fā)明的實(shí)施方式，所述逆變器不僅限于三相四橋臂逆變器，還可運(yùn)用于五相逆變器。

所述步驟S101中獲取相電壓值的步驟包括，獲取各相參考電壓值，將各相參考電壓標(biāo)幺化，并將標(biāo)幺化后的各相參考電壓加上正常數(shù)，獲得所述相電壓值。這樣，使得計(jì)算方 便，運(yùn)算量少。所述標(biāo)幺化的步驟包括，將各相參考電壓值除以直流母線電壓值的一半，獲得標(biāo)幺化后的各相參考電壓，將標(biāo)幺化后的各相參考電壓加上2，獲得各相的所述相電壓值。

進(jìn)一步地，針對(duì)三相逆變器中的運(yùn)用，所述相電壓值和相電壓整數(shù)值的數(shù)量為三組，所述步驟S102包括，根據(jù)各相的所述相電壓值和各相的相電壓整數(shù)值，建立三個(gè)參考平面，平面方程如下：其中v_an、v_bn、v_cn表示三相相電壓值，a、b、c表示三相相電壓整數(shù)值；將三相相電壓整數(shù)值與所述參考平面比較獲取四個(gè)基本作用矢量，過(guò)程如下：

當(dāng)v_bn-v_cn≤b-c且v_an-v_cn≥a-c時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量以及矢量作用序列為：a，b，c→a+1，b，c→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1；

當(dāng)v_bn-v_cn≤b-c，v_an-v_cn≤a-c且v_bn-v_an≤b-a時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a，b，c+1→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1；

當(dāng)v_bn-v_cn≤b-c，v_an-v_cn≤a-c且v_bn-v_an≥b-a時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a，b，c+1→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1；

當(dāng)v_bn-v_cn≥b-c且v_an-v_cn≤a-c時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a，b+1，c→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1；

當(dāng)v_bn-v_cn≥b-c，v_an-v_cn≥a-c且v_bn-v_an≥b-a時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a，b+1，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1；

當(dāng)v_bn-v_cn≥b-c，v_an-v_cn≥a-c且v_bn-v_an≤b-a時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a+1，b，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1。

進(jìn)一步地，所述步驟S103包括：根據(jù)伏秒平衡原理，利用下列公式，計(jì)算四個(gè)基本作用矢量的占空比d₁、d₂、d₃和d₄：

其中，為基本作用矢量。

進(jìn)一步地，所述步驟S104包括：根據(jù)三相相電壓整數(shù)值a，b，c的取值，確定第四橋臂在一個(gè)采樣周期內(nèi)狀態(tài)變換的最少次數(shù)，以及第四橋臂的開關(guān)狀態(tài)S_no，過(guò)程如下：

當(dāng)min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}≤1時(shí)，S_no＝1，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變；

當(dāng)min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}＝2時(shí)，S_no＝1和0，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)變換一次。當(dāng)max{San,Sbn,Scn}＝2時(shí)，S_no＝1；當(dāng)max{San,Sbn,Scn}＝3時(shí)，S_no＝0；

當(dāng)min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}≤2時(shí)，S_no＝0，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變；

當(dāng)min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}＝3時(shí)，S_no＝0和-1，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)變換一次；。當(dāng)max{San,Sbn,Scn}＝3時(shí)，S_no＝0；當(dāng)max{San,Sbn,Scn}＝4時(shí)，S_no＝-1；

當(dāng)min{a,b,c}＝2時(shí)，S_no＝-1，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變；

當(dāng)min{a,b,c}＝3時(shí)，S_no＝-1，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變。

進(jìn)一步地，所述步驟S106包括：根據(jù)基本作用矢量{S_an,S_bn,S_cn}以及第四橋臂的狀態(tài)S_no，利用下式：

分別得到四個(gè)橋臂的開關(guān)狀態(tài)S_ao、S_bo、S_co和S_no。

進(jìn)一步地，所述步驟S107包括：由橋臂開關(guān)狀態(tài)與功率開關(guān)管通斷之間的關(guān)系，得到控制四個(gè)橋臂功率器件的開關(guān)信號(hào)；當(dāng)橋臂狀態(tài)為1時(shí)，橋臂上的第一功率開關(guān)器件Sj1和第二功率開關(guān)器件Sj2導(dǎo)通，第三功率開關(guān)器件Sj3和第四功率開關(guān)器件Sj4截止；

當(dāng)橋臂狀態(tài)為0時(shí)，如圖2所示，第二功率開關(guān)器件Sj2和第三功率開關(guān)器件Sj3導(dǎo)通，第一功率開關(guān)器件Sj1和第四功率開關(guān)器件Sj4截止；當(dāng)橋臂狀態(tài)為-1時(shí)，第三功率開關(guān)器件Sj3和第四功率開關(guān)器件Sj4導(dǎo)通，第一功率開關(guān)器件Sj1和第二功率開關(guān)器件Sj2截止。本發(fā)明中功率開關(guān)器件可為晶閘管、功率場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET、BJT晶體管、IGBT場(chǎng)效應(yīng)晶體管，當(dāng)為N型時(shí)，高電平時(shí)，開關(guān)器件導(dǎo)通，低電平時(shí)，開關(guān)器件截止；當(dāng)為P 型時(shí)，高電平時(shí)，開關(guān)器件截止，低電平時(shí)，開關(guān)器件導(dǎo)通。

本發(fā)明實(shí)施例中的控制方法在大功率不平衡負(fù)載作用下，能夠優(yōu)化開關(guān)序列，合理選擇四個(gè)橋臂開關(guān)狀態(tài)，準(zhǔn)確跟隨參考電壓矢量，保證開關(guān)頻率最小，減小開關(guān)損耗。且系統(tǒng)運(yùn)行中不需要坐標(biāo)變換。算法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。

實(shí)施例二

如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種逆變器空間矢量控制方法，其包括以下步驟：S201將三相參考電壓標(biāo)幺化，并將標(biāo)幺化后的數(shù)值加上一個(gè)正的常數(shù)，得到大于零的三相電壓。

S202將步驟S201得到的三相電壓取整，得到參考電壓矢量所在小立方體的原點(diǎn)坐標(biāo)。

S203在小立方體中，建立三個(gè)參考平面，通過(guò)比較，得到參與電壓合成所需的四個(gè)基本作用矢量。

S204以相鄰開關(guān)狀態(tài)組合之間，只有一相的狀態(tài)發(fā)生改變?yōu)樵瓌t，確定開關(guān)序列。

S205利用伏秒平衡原理，計(jì)算四個(gè)基本作用矢量占空比；S206根據(jù)步驟S202得到的原點(diǎn)坐標(biāo)，確定第四橋臂在一個(gè)采樣周期內(nèi)狀態(tài)變換的最少次數(shù)。

S207根據(jù)開關(guān)序列中每個(gè)作用矢量的數(shù)值，和橋臂狀態(tài)的取值范圍，以及步驟S206得到的第四橋臂狀態(tài)變換次數(shù)，得到第四橋臂的開關(guān)狀態(tài)以及狀態(tài)切換的時(shí)刻。

S208根據(jù)基本作用矢量以及第四橋臂的狀態(tài)，分別得到四個(gè)橋臂的開關(guān)狀態(tài)。

S209由橋臂開關(guān)狀態(tài)與功率開關(guān)管通斷之間的關(guān)系，得到控制四個(gè)橋臂功率器件的開關(guān)信號(hào)。

下面結(jié)合具體的實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。三電平四橋臂逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖2所示，圖中，V_dc為直流母線電壓，a、b、c、n為四個(gè)橋臂的輸出端，S_j1、S_j2、S_j3和S_j4(j＝a，b，c，n)為每個(gè)橋臂上的四個(gè)功率開關(guān)器件。

將三相參考電壓v_refa、v_refb和v_refc按照下式進(jìn)行變換，變換后得到的三相電壓v_an、v_bn和v_cn取值區(qū)間為[0,4]：

將三相電壓v_an、v_bn和v_cn的整數(shù)部分作為參考電壓矢量所在小立方體的原點(diǎn)坐標(biāo)a、b

和c：

建立三個(gè)參考平面，平面方程如下：

通過(guò)與三個(gè)參考平面比較，得到參與電壓合成所需的四個(gè)基本作用矢量；以相鄰開關(guān)狀態(tài)組合之間，只有一相的狀態(tài)發(fā)生改變?yōu)樵瓌t，確定開關(guān)序列，分成以下六種情況：

①當(dāng)v_bn-v_cn≤b-c且v_an-v_cn≥a-c時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量以及矢量作用序列為：

a，b，c→a+1，b，c→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1

②當(dāng)v_bn-v_cn≤b-c，v_an-v_cn≤a-c且v_bn-v_an≤b-a時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a，b，c+1→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1

③當(dāng)v_bn-v_cn≤b-c，v_an-v_cn≤a-c且v_bn-v_an≥b-a時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a，b，c+1→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1

④當(dāng)v_bn-v_cn≥b-c且v_an-v_cn≤a-c時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a，b+1，c→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1

⑤當(dāng)v_bn-v_cn≥b-c，v_an-v_cn≥a-c且v_bn-v_an≥b-a時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a，b+1，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1

⑥當(dāng)v_bn-v_cn≥b-c，v_an-v_cn≥a-c且v_bn-v_an≤b-a時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a+1，b，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1

根據(jù)伏秒平衡原理，利用下列公式，計(jì)算四個(gè)基本作用矢量的占空比d₁、d₂、d₃和d₄：

其中，為基本作用矢量。

根據(jù)小立方體原點(diǎn)坐標(biāo)a，b，c的取值，確定第四橋臂在一個(gè)采樣周期內(nèi)狀態(tài)變換的最少次數(shù)，以及第四橋臂的開關(guān)狀態(tài)S_no。分成以下六種情況：

①當(dāng)min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}≤1時(shí)，S_no＝1，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變；

②當(dāng)min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}＝2時(shí)，S_no＝1和0，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)變換一次。當(dāng)max{S_an,S_bn,S_cn}＝2時(shí)，S_no＝1；當(dāng)max{S_an,S_bn,S_cn}＝3時(shí)，S_no＝0；

③當(dāng)min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}≤2時(shí)，S_no＝0，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變；

④當(dāng)min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}＝3時(shí)，S_no＝0和-1，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)變換一次；。當(dāng)max{S_an,S_bn,S_cn}＝3時(shí)，S_no＝0；當(dāng)max{S_an,S_bn,S_cn}＝4時(shí)，S_no＝-1；

⑤當(dāng)min{a,b,c}＝2時(shí)，S_no＝-1，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變；

⑥當(dāng)min{a,b,c}＝3時(shí)，S_no＝-1，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變。

例如：當(dāng)開關(guān)序列為001→011→012→112時(shí)，其滿足上述的第一種情況，第四橋臂狀態(tài)為1，則由四個(gè)橋臂狀態(tài)組成的開關(guān)序列為：-1-101→-1001→-1011→0011，圖4為一個(gè)采樣周期內(nèi)，四個(gè)橋臂的狀態(tài)切換圖。從圖中可以看出，在一個(gè)采樣周期內(nèi)，前三個(gè)橋臂的狀態(tài)各變換一次，第四橋臂狀態(tài)保持不變。

當(dāng)開關(guān)序列為002→102→112→113時(shí)，其滿足上述的第二種情況，則由四個(gè)橋臂狀態(tài)組成的開關(guān)序列為：-1-111→0-111→0011→-1-110，圖5為此情況下，四個(gè)橋臂的狀態(tài)切換圖。從圖中可以看出，在一個(gè)采樣周期內(nèi)，a和b相橋臂的狀態(tài)各變換兩次，c相橋臂狀態(tài)不變，n相橋臂狀態(tài)變換一次。

根據(jù)基本作用矢量{S_an,S_bn,S_cn}以及第四橋臂的狀態(tài)S_no，分別得到四個(gè)橋臂的開關(guān)狀態(tài)S_ao、S_bo、S_co和S_no：

由橋臂開關(guān)狀態(tài)與功率開關(guān)管通斷之間的關(guān)系，得到控制四個(gè)橋臂功率器件的開關(guān)信號(hào)。

當(dāng)橋臂狀態(tài)為1時(shí)，橋臂上的功率開關(guān)器件S_j1和S_j2導(dǎo)通，S_j3和S_j4截止；

當(dāng)橋臂狀態(tài)為0時(shí)，S_j2和S_j3導(dǎo)通，S_j1和S_j4截止；

當(dāng)橋臂狀態(tài)為-1時(shí)，S_j3和S_j4導(dǎo)通，S_j1和S_j2截止；

由此得到16路脈沖信號(hào)，控制四個(gè)橋臂上功率開關(guān)器件的通斷，使輸出電壓跟隨輸入?yún)⒖茧妷旱淖兓D6為a相參考電壓波形和圖7為a相輸出電壓的波形。從圖中，可看出跟隨性較好。

實(shí)施例三

如圖8所示，本發(fā)明提供了一種逆變器空間矢量控制裝置100，包括相電壓整數(shù)值獲取模塊101，所述相電壓整數(shù)值獲取模塊101用于根據(jù)相電壓值，對(duì)所述相電壓值取整，獲取相電壓整數(shù)值；基本作用矢量序列獲取模塊102，所述基本作用矢量序列獲取模塊102用于根據(jù)獲取的相電壓值建立參考平面，將相電壓整數(shù)值與參考平面進(jìn)行比較，并根據(jù)相鄰開關(guān)狀態(tài)組合之間，只有一相的狀態(tài)發(fā)生改變?yōu)樵瓌t，獲取參與電壓合成所需的基本作用矢量序列；矢量占空比獲取模塊103，所述矢量占空比獲取模塊103用于利用伏秒平衡原理，計(jì)算所述基本作用矢量的占空比；參考橋臂狀態(tài)變換次數(shù)獲取模塊104，所述參考橋臂狀態(tài)變換次數(shù)獲取模塊104用于，根據(jù)相電壓整數(shù)值，確定參考橋臂在一個(gè)采用周期內(nèi)狀態(tài)變換的最少次數(shù)；參考橋臂開關(guān)狀態(tài)以及狀態(tài)切換時(shí)刻獲取模塊105，所述參考橋臂開關(guān)狀態(tài)以及狀態(tài)切換時(shí)刻獲取模塊105用于根據(jù)基本作用矢量序列、橋臂狀態(tài)的取值范圍和參考橋臂的狀態(tài)變換的最少次數(shù)，獲取參考橋臂的開關(guān)狀態(tài)以及狀態(tài)切換的時(shí)刻；各相橋臂開關(guān)狀態(tài)值獲取模塊106，所述各相橋臂開關(guān)狀態(tài)值獲取模塊106用于根據(jù)基本作用矢量以及參考橋臂的狀態(tài)，獲取各相橋臂的開關(guān)狀態(tài)值；功率器件開關(guān)信號(hào)獲取模塊107，所述功率器件開關(guān)信號(hào)獲取模塊107用于根據(jù)各相橋臂的開關(guān)狀態(tài)值與功率開關(guān)通斷狀態(tài)的關(guān)系，獲取控制各相橋臂功率器件和參考橋臂功率器件的開關(guān)信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述逆變器為三相四橋臂逆變器，所述參考橋臂為第四橋臂；所述基本作用矢量的數(shù)量四個(gè)。

進(jìn)一步地，所述相電壓整數(shù)值獲取模塊101還用于獲取各相參考電壓值，將各相參考電 壓標(biāo)幺化，并將標(biāo)幺化后的各相參考電壓加上正常數(shù)，獲得所述相電壓值。所述標(biāo)幺化的步驟包括，將各相參考電壓值除以直流母線電壓值的一半，獲得標(biāo)幺化后的各相參考電壓，將標(biāo)幺化后的各相參考電壓加上2，獲得各相的所述相電壓值。

進(jìn)一步地，所述相電壓值和相電壓整數(shù)值的數(shù)量為三組，所述基本作用矢量序列獲取模塊102還用于，根據(jù)各相的所述相電壓值和各相的相電壓整數(shù)值，建立三個(gè)參考平面，平面方程如下：其中v_an、v_bn、v_cn表示三相相電壓值，a、b、c表示三相相電壓整數(shù)值；將三相相電壓整數(shù)值與所述參考平面比較獲取四個(gè)基本作用矢量，過(guò)程如下：

當(dāng)v_bn-v_cn≤b-c且v_an-v_cn≥a-c時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量以及矢量作用序列為：a，b，c→a+1，b，c→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1；

當(dāng)v_bn-v_cn≤b-c，v_an-v_cn≤a-c且v_bn-v_an≤b-a時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a，b，c+1→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1；

當(dāng)v_bn-v_cn≤b-c，v_an-v_cn≤a-c且v_bn-v_an≥b-a時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a，b，c+1→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1；

當(dāng)v_bn-v_cn≥b-c且v_an-v_cn≤a-c時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a，b+1，c→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1；

當(dāng)v_bn-v_cn≥b-c，v_an-v_cn≥a-c且v_bn-v_an≥b-a時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a，b+1，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1；

當(dāng)v_bn-v_cn≥b-c，v_an-v_cn≥a-c且v_bn-v_an≤b-a時(shí)，合成參考電壓矢量的四個(gè)基本作用矢量，以及矢量作用序列為：

a，b，c→a+1，b，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1。

進(jìn)一步地，所述矢量占空比獲取模塊103還用于，根據(jù)伏秒平衡原理，利用下列公式，計(jì)算四個(gè)基本作用矢量的占空比d₁、d₂、d₃和d₄：

其中，為基本作用矢量。

進(jìn)一步地，所述參考橋臂狀態(tài)變換次數(shù)獲取模塊104還用于，根據(jù)三相相電壓整數(shù)值a，b，c的取值，確定第四橋臂在一個(gè)采樣周期內(nèi)狀態(tài)變換的最少次數(shù)，以及第四橋臂的開關(guān)狀態(tài)S_no，過(guò)程如下：

當(dāng)min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}≤1時(shí)，S_no＝1，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變；

當(dāng)min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}＝2時(shí)，S_no＝1和0，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)變換一次。當(dāng)max{San,Sbn,Scn}＝2時(shí)，S_no＝1；當(dāng)max{San,Sbn,Scn}＝3時(shí)，S_no＝0；

當(dāng)min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}≤2時(shí)，S_no＝0，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變；

當(dāng)min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}＝3時(shí)，S_no＝0和-1，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)變換一次；。當(dāng)max{San,Sbn,Scn}＝3時(shí)，S_no＝0；當(dāng)max{San,Sbn,Scn}＝4時(shí)，S_no＝-1；

當(dāng)min{a,b,c}＝2時(shí)，S_no＝-1，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變；

當(dāng)min{a,b,c}＝3時(shí)，S_no＝-1，第四橋臂開關(guān)狀態(tài)在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變。

進(jìn)一步地，所述各相橋臂開關(guān)狀態(tài)值獲取模塊106還用于根據(jù)基本作用矢量{S_an,S_bn,S_cn}以及第四橋臂的狀態(tài)S_no，利用下式：

分別得到四個(gè)橋臂的開關(guān)狀態(tài)S_ao、S_bo、S_co和S_no。

進(jìn)一步地，所述功率器件開關(guān)信號(hào)獲取模塊107還用于由橋臂開關(guān)狀態(tài)與功率開關(guān)管通斷之間的關(guān)系，得到控制四個(gè)橋臂功率器件的開關(guān)信號(hào)；當(dāng)橋臂狀態(tài)為1時(shí)，橋臂上的第一功率開關(guān)器件和第二功率開關(guān)器件導(dǎo)通，第三功率開關(guān)器件和第四功率開關(guān)器件截止；

當(dāng)橋臂狀態(tài)為0時(shí)，第二功率開關(guān)器件和第三功率開關(guān)器件導(dǎo)通，第一功率開關(guān)器件和第四功率開關(guān)器件截止；當(dāng)橋臂狀態(tài)為-1時(shí)，第三功率開關(guān)器件和第四功率開關(guān)器件導(dǎo)通，第一功率開關(guān)器件和第二功率開關(guān)器件截止。

本發(fā)明實(shí)施例中的控制裝置在大功率不平衡負(fù)載作用下，能夠優(yōu)化開關(guān)序列，合理選擇 四個(gè)橋臂開關(guān)狀態(tài)，準(zhǔn)確跟隨參考電壓矢量，保證開關(guān)頻率最小，減小開關(guān)損耗。且系統(tǒng)運(yùn)行中不需要坐標(biāo)變換。算法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。

在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。術(shù)語(yǔ)“多個(gè)”指兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確的限定。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。