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【发明授权】一种三电平ANPC变流器损耗平衡的调制策略_西安理工大学_202010197714.1 

申请/专利权人:西安理工大学

申请日:2020-03-19

公开(公告)日:2021-07-20

公开(公告)号:CN111313735B

主分类号:H02M7/487(20070101)

分类号:H02M7/487(20070101);H02M7/5387(20070101);H02M7/5395(20060101)

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2021.07.20#授权;2020.07.14#实质审查的生效;2020.06.19#公开

摘要:本发明所公开了一种三电平ANPC变流器损耗平衡的调制策略,具体按照如下步骤实施:步骤1,根据载波脉冲宽度调制方法,得到三相调制波,然后通过空间矢量脉冲宽度调制策略,求解并输出a、b和c三相开关状态及其各自作用时间;步骤2,采用七段式发波并计算各区导通时间,对三电平ANPC整流器进行换流控制;步骤3,分析换流方式产生的开关损耗,提出变流器损耗平衡策略。本发明的目的是提供一种三电平ANPC变流器损耗平衡的调制策略,解决现有的各开关器件使用寿命短、各功率器件损耗不均衡的问题。

主权项:1.一种三电平ANPC变流器损耗平衡的调制策略,其特征在于,具体按照如下步骤实施:步骤1,根据载波脉冲宽度调制方法,得到三相调制波,然后通过空间矢量脉冲宽度调制策略,求解并输出a、b和c三相开关状态及其各自作用时间;步骤2,采用七段式发波并计算各区导通时间,对三电平ANPC变流器进行换流控制;步骤3,分析换流方式产生的开关损耗,提出变流器损耗平衡策略;所述步骤1具体为:步骤1.1,根据载波脉冲宽度调制方法,得到三相调制波表达式: 其中,Um为三相相电压的幅值,Ua、Ub和Uc分别为对应三相a、b和c的相电压,ω为a、b、c三相相电压的角频率;步骤1.2,通过步骤1.1得到的三相调制波合成参考电压矢量公式: 其中,步骤1.3,将逆变器拓扑中27种不同开关组合分别组成三种不同开关状态,并对27种开关组合和基本电压矢量进行分类;步骤1.4,根据伏秒平衡将参考电压矢量带入分别求解出各个选取电压矢量的作用时间;所述步骤1.3具体为:步骤1.3.1,根据三电平ANPC变流器的拓扑结构,定义其开关函数为: 其中,Tx表示第x相输出,x=a或b或c,1表示P,0表示O,-1表示N,因此,三相开关组合共有33=27种组合,则得到三电平ANPC变流器的空间矢量Sk为: 其中,UDC表示直流侧的输入电压;步骤1.3.2将三相正弦电压采用坐标变换等效变换至α-β静止坐标系中,将步骤1.2中的参考电压矢量Vref在α-β静止坐标系进行分解,根据参考电压矢量Vref与α轴的夹角进行A-F共6个大扇区以及每个大扇区对应的1-6共6个小区的判断,对27种开关组合和基本电压矢量进行分类具体为:按照电压矢量类型对应开关状态组合为:长矢量对应PNN、PPN、NPN、NPP、NNP、PNP;中矢量对应PON、OPN、NPO、NOP、ONP、PNO;短矢量对应PPO、ONN、OPO、NON、OPP、NOO、OOP、NNO、POP、ONO、POO、ONN;零矢量对应PPP、OOO、NNN;所述步骤1.4具体为:设合成参考电压矢量Vref的三个空间矢量U1、U2、U3的作用时间分别对应为T1、T2、T3,Ts为固定开关周期,由伏秒平衡原则可得:T1×U1+T2×U2+T3×U3=Ts×Vref5T1+T2+T3=Ts6分别求解出各个选取电压矢量作用时间T1、T2、T3;所述步骤1.4具体为:A扇区1小区,三个空间矢量U1、U2、U3分别为: 根据公式5得出: 将公式8和公式6按照欧拉公式展开,分为实部和虚部解得: 其中,θ为参考电压矢量Vref与α轴的夹角;结合A扇区基本矢量选择,其中,A扇区的基本矢量选择如下:用A1表示A扇区1小区,以此类推,所在区域对应开关组合顺序为:A1对应ONN、OON、OOO、POO、OOO、OON、ONN;A2对应OON、OOO、POO、PPO、POO、OOO、OONA3对应ONN、OON、PON、POO、PON、OON、ONN;A4对应OON、PON、POO、PPO、POO、PON、ONO;A5对应ONN、PNN、PON、POO、PON、PNN、ONN;A6对应OON、PON、PPN、PPO、PPN、PON、OON;根据所在区域对应开关组合顺序,代入公式4得到每个小区对应的三个空间矢量,然后结合公式8求解出A扇区各个小区相应基本矢量作用时间具体为:A1:T2=2mTssinθ;A2:T1=2mTssinθ;A3:T1=Ts[1-2msinθ];A4:T3=Ts[1-2msinθ];A5:T3=2mTssinθ;A6:T3=Ts[2msinθ-1];C和E扇区内各个小区的矢量作用时间与A扇区相同,B、D和F扇区内各个小区的矢量作用时间与将A扇区各个小区的T2和T3相互置换后的矢量作用时间一一对应;所述步骤2具体为:采用七段式发波将选择的基本电压矢量作用时间分配给对应矢量,将基本电压矢量作用时间加载成七段式发送的波形,根据给定基本电压矢量的位置信息、每处位置选取基本电压矢量信息以及作用时间信息从而选择出具体开关组合;将固定开关周期Ts划分为七段排序①至⑦分别为:①:T14;②:T22;③:T32;④:T12;⑤:T32;⑥:T22;⑦:T14;则在固定开关周期Ts内,各个扇区的各个小区P、O、N三者的导通时间为:A扇区:A1:P状态对应段序④,导通时间为T12,O状态对应①②③⑤⑦,导通时间为Ts-T12;A2:P状态对应段序③④⑤,导通时间为T12+T3,O状态对应①②⑥⑦,导通时间为T12+T2;A3和A2相同;A4:P状态对应段序②③④⑤⑥,导通时间为Ts-T12,O状态对应①⑦,导通时间为T12;A5、A6和A4相同;B扇区:B1:P状态对应段序④,导通时间为T12,O状态对应①②③⑤⑦,导通时间为Ts-T12;B3和B1相同;B2:N状态对应段序①⑦,导通时间为T12,O状态对应②③④⑤⑥,导通时间为Ts-T12;B4和B2相同;B5:P状态对应段序③④⑤,导通时间为T12+T3,O状态对应①②⑥⑦,导通时间为T12+T2;B6:N状态对应段序①②⑥⑦,导通时间为T12+T2,O状态对应③④⑤,导通时间为T12+T3;C扇区:C1:N状态对应段序①②⑥⑦,导通时间为T12+T2,O状态对应③④⑤,导通时间为T12+T3;C4和C1相同;C2:N状态对应段序①⑦,导通时间为T12,O状态对应②③④⑤⑥,导通时间为Ts-T12;C3:N状态对应段序①②③⑤⑥⑦,导通时间为Ts-T12,O状态对应④,导通时间为T12;C5、C6和C3相同;D扇区:D1:N状态对应段序①⑦,导通时间为T12,O状态对应②③④⑤⑥,导通时间为Ts-T12;D2:N状态对应段序①②⑥⑦,导通时间为T12+T2,O状态对应③④⑤,导通时间为T12+T3;D3和D2相同;D4:N状态对应段序①②③⑤⑥⑦,导通时间为Ts-T12,O状态对应④,导通时间为T12;D5、D6和D4相同;E扇区:E1:N状态对应段序①⑦,导通时间为T12,O状态对应②③④⑤⑥,导通时间为Ts-T12;E3和E1相同;E2:P状态对应段序④,导通时间为T12,O状态对应①②③⑤⑦,导通时间为Ts-T12;E4和E2相同;E5:N状态对应段序①②⑥⑦,导通时间为T12+T2,O状态对应③④⑤,导通时间为T12+T3;E6:P状态对应段序③④⑤,导通时间为T12+T3,O状态对应①②⑥⑦,导通时间为T12+T2;F扇区:F1:P状态对应段序③④⑤,导通时间为T12+T3,O状态对应①②⑥⑦,导通时间为T12+T2;F4和F1相同;F2:P状态对应段序④,导通时间为T12,O状态对应①②③⑤⑦,导通时间为Ts-T12;F3:P状态对应段序②③④⑤⑥,导通时间为Ts-T12,O状态对应①⑦,导通时间为T12;F5、F6和F3相同。

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百度查询: 西安理工大学 一种三电平ANPC变流器损耗平衡的调制策略

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