基于SHEPWM的变流器中点电压平衡控制方法

摘要

本发明涉及基于SHEPWM的变流器中点电压平衡控制方法，包括以下步骤：①建立三电平中点钳位型变流器特定谐波消除控制方法数学模型，求解非线性超越方程组；②三电平中点钳位型变流器SHEPWM的矢量化；③动态变换SHEPWM的开关状态，将SHEPWM对应的一个小矢量替换为与之成对的另一个小矢量。本发明的控制方法在消除特定低次谐波的同时，通过动态变换SHEPWM的开关状态，将SHEPWM对应的一个小矢量替换为与之成对的另一个小矢量，从而在不影响消除线电压特定谐波的前提下，有效地控制中点电压平衡，改善输出波形的质量，减小总谐波的失真。

主权项

基于SHEPWM的变流器中点电压平衡控制方法，包括以下步骤：①建立三电平中点钳位型变流器特定谐波消除控制方法数学模型，求解出非线性超越方程组中的开关角α₁、α₂……α_n：$\left\{\begin{array}{c}{f}_1\left(\alpha \right)=\frac{U_{sm\left(1\right)}}{U_d/2}=\frac{4}{\pi }\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{(-1)}^{i-1}cos\left({\alpha }_i\right)=m\\ f_2\left(\alpha \right)=\frac{U_{sm\left(5\right)}}{U_d/2}=\frac{4}{5\pi }\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{(-1)}^{i+1}cos\left(5{\alpha }_i\right)=0\\ .\\ .\\ .\\ f_N\left(\alpha \right)=\frac{U_{sm\left(M\right)}}{U_d/2}=\frac{4}{M\pi }\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{(-1)}^{i+1}cos\left({\mathrm{M\alpha }}_i\right)=0\end{array}\right.$式中U_d为直流侧电源电压，基波调制度N为1/4周期内所取开关转换角个数，开关角应满足条件：$D:0<{\alpha }_1<{\alpha }_2<\mathrm{...}<{\alpha }_{n-1}<{\alpha }_N<\frac{\pi }{2};$②三电平中点钳位型变流器SHEPWM的矢量化；在SHEPWM算法控制下，每一时刻三相SHEPWM都有对应的输出状态，令a相相位为θ时的三相输出分别为a(θ)，b(θ)，c(θ)，则三相SHEPWM的c相输出波形可由a相输出波形延迟120°得到：c(θ)＝a(θ+120°)由于SHEPWM波形关于180°奇对称且关于90°偶对称，即有：a(180°‑θ)＝a(θ)a(360°‑θ)＝‑a(θ)则：c(θ+60°)＝a(θ+180°)＝‑a(360°‑θ‑180°)＝‑a(180°‑θ)＝‑a(θ)同理，通过b、c相上电压输出波形的奇偶对称及a、b、c三相间的波形关系可推得a(θ+60°)＝‑b(θ)b(θ+60°)＝‑c(θ)若将SHEPWM在60°范围内的三相输出状态看成多个空间矢量，则其在全周期的输出可视为与SVPWM一致的变流器旋转一周的空间矢量集；③动态变换SHEPWM的开关状态：当三相输出状态为大矢量、中矢量或者零矢量时，不改变SHEPWM的三相输出状态；当三相输出状态为小矢量时，均根据当前采样得到的中点电压U_NP的状态及变流器输出电流i_x(t),(x＝a,b,c)的方向，动态选择正负小矢量，当U_NP＞0，i_x(t)>0或U_NP＜0，i_x(t)＜0时，变流器SHEPWM的三相输出状态为对应的负小矢量，当U_NP＞0，i_x(t)＜0或U_NP＜0，i_x(t)＞0时，变流器SHEPWM的三相输出状态为对应的正小矢量。