基于坐标平移SVPWM的中点电位控制方法

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2022.12.004

电器与能效管理技术 ›› 2022, Vol. 0 ›› Issue (12): 20-27.doi: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2022.12.004

基于坐标平移SVPWM的中点电位控制方法

王吉祥¹, 李征¹, 王晗², 曹云峰², 张建文², 蔡旭²

1.东华大学信息科学技术学院, 上海 201600
2.上海交通大学电子信息与电气工程学院, 上海 200240

收稿日期:2022-05-04 出版日期:2022-12-30 发布日期:2023-01-16
作者简介:王吉祥(1996—),男,硕士研究生,研究方向为大功率电力电子控制、调制算法等。|李征(1961—),女,教授,研究方向为混合系统建模与控制、智能控制技术及智能系统、节能技术。|王晗(1982—),男,博士后,研究方向为大功率的电力电子与电力系统稳定与控制等。
基金资助:
国家自然科学基金重点项目(51837007)

Neutral Point Potential Control Method Based on Coordinate Translation SVPWM

WANG Jixiang¹, LI Zheng¹, WANG Han², CAO Yunfeng², ZHANG Jianwen², CAI Xu²

1. College of Information Science and Techndogy,Donghua University, Shanghai 201600, China
2. College of Electronic Information and Electrical Engineering,Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China

Received:2022-05-04 Online:2022-12-30 Published:2023-01-16

摘要/Abstract

摘要：

三电平整流器广泛采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,针对传统的SVPWM算法计算繁琐,且存在直流侧中点电位不平衡的问题,提出基于坐标平移且兼顾中点电位平衡控制的简易调制算法。搭建整流器实验平台,验证了所提调制算法的有效性,同时分别测量采用平衡因子精确控制算法与扇区切换中点控制算法的时间,并进行比较,验证了扇区切换算法的简易性。

关键词: 三电平整流器, 坐标平移, 中点电位平衡控制, 扇区切换

Abstract:

Three-level rectifiers widely use space vector pulse width modulation(SVPWM) algorithm.Aiming at the cumbersome calculation of the traditional SVPWM algorithm and the imbalance of the DC side neutral point potential,a simple modulation algorithm based on coordinate translation and taking into account the balance control of neutral point potential is proposed.The validity of the proposed modulation algorithm is verified by the built rectifier experimental platform.At the same time,the time of the program using the balance factor precise control algorithm and the sector switching control algorithm is measured and compared,which can verify the simplicity of the sector switching algorithm.

Key words: three-level rectifier, coordinate translation, neutral point potential balance control, sector switching

中图分类号:

TM461

王吉祥, 李征, 王晗, 曹云峰, 张建文, 蔡旭. 基于坐标平移SVPWM的中点电位控制方法[J]. 电器与能效管理技术, 2022, 0(12): 20-27.

WANG Jixiang, LI Zheng, WANG Han, CAO Yunfeng, ZHANG Jianwen, CAI Xu. Neutral Point Potential Control Method Based on Coordinate Translation SVPWM[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2022, 0(12): 20-27.

图/表 24

图1

图2

表1

表2

图3

表3

传统SVPWM小扇区判断表

区域	判断条件	小区域	判断条件
A	$3$ u_α+u_β≤ $3$ U_dc	A1	u_α< $3$ u_β
A	$3$ u_α+u_β≤ $3$ U_dc	A2	u_α≥ $3$ u_β
B	不在ACD区域	B1	u_α< $3$ u_β
B	不在ACD区域	B2	u_α≥ $3$ u_β
C	2u_α≥ $3$ U_dc
D	$3$ u_α-u_β≥ $3$ U_dc

表3

表4

表5

表6

表7

图4

表8

表9

坐标平移法参考电压矢量修正表

扇区	$u α *$	$u β *$
SS1	u_α- $U d c 3$	u_β
SS2	u_α- $U d c 6$	u_β- $3 U d c 6$
SS3	u_α+ $U d c 6$	u_β- $3 U d c 6$
SS4	u_α+ $U d c 3$	u_β
SS5	u_α+ $U d c 6$	u_β+ $3 U d c 6$
SS6	u_α- $U d c 6$	u_β+ $3 U d c 6$

表9

表10

表11

表12

图5

图6

表13

图7

表14

图8

图9

图10

参考文献 13

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名称	矢量
正小矢量	POO、PPO、OPO、OPP、OOP、POP
负小矢量	ONN、OON、NON、NOO、NNO、ONO
中矢量	PON、OPN、NPO、NOP、ONP、PNO
大矢量	PNN、PPN、NPN、NPP、NNP、PNP
零矢量	PPP、OOO、NNN

序号	空间矢量角度	扇区
1	0 ≤ θ < π/3	Ⅰ
2	π/3 ≤ θ < 2π/3	Ⅱ
3	2π/3 ≤ θ < π	Ⅲ
4	π ≤ θ < 4π/3	Ⅳ
5	4π/3 ≤ θ < 5π/3	Ⅴ
6	5π/3 ≤ θ < 2π	Ⅵ

时间	奇数扇区(1、3和5)
时间	A1,A2	B1,B2	C	D
T_a	T₁	T₁	T₁	T₁
T_b	T₂	T₂	T₂	T₂
T_c	T₃	T₃	T₃	T₃
时间	偶数扇区(2、4和6)
时间	A1,A2	B1,B2	C	D
T_a	T₂	T₂	T₁	T₁
T_b	T₁	T₁	T₂	T₂
T_c	T₃	T₃	T₃	T₃

时间	奇数扇区(1、3和5)
时间	A1	A2	B1	B2	C	D
X	T_b	T_a	T_b	T_a	T_a	T_a
Y	T_a	T_c	T_a	T_c	T_c	T_b
Z	T_c	T_b	T_c	T_b	T_b	T_c
时间	偶数扇区(2、4和6)
时间	A1	A2	B1	B2	C	D
X	T_a	T_b	T_a	T_b	T_a	T_a
Y	T_c	T_a	T_c	T_a	T_b	T_c
Z	T_b	T_c	T_b	T_c	T_c	T_b

占空比	扇区
占空比	A1	A2	B1	B2	C	D
D_a1	B	A	C	B	C	C
D_a2	1	1	1	1	1	1
D_b1	A	0	A	0	B	0
D_b2	1	C	1	C	1	B
D_c1	0	0	0	0	0	0
D_c2	C	B	B	A	A	A

基于坐标平移SVPWM的中点电位控制方法

Neutral Point Potential Control Method Based on Coordinate Translation SVPWM

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序号	空间矢量角度	扇区
1	-π/6 ≤ θ < π/6	Q1
2	π/6 ≤ θ < π/2	Q2
3	π/2 ≤ θ < 5π/6	Q3
4	5π/6 ≤ θ < 7π/6	Q4
5	7π/6 ≤ θ < 3π/2	Q5
6	3π/2 ≤ θ < 11π/6	Q6

扇区		U_a	U_b	U_c
SS1	P	1	×	×
	O	0	1	1
	N	×	0	0
SS2	P	1	1	×
	O	0	0	1
	N	×	×	0
SS3	P	×	1	×
	O	1	0	1
	N	0	×	0
SS4	P	×	1	1
	O	1	0	0
	N	0	×	×
SS5	P	×	×	1
	O	1	1	0
	N	0	0	×
SS6	P	1	×	1
	O	0	1	0
	N	×	0	×

扇区	1	2	3	4	5	6
T_CM1	T_b	T_a	T_a	T_c	T_c	T_b
T_CM2	T_a	T_c	T_b	T_b	T_a	T_c
T_CM3	T_c	T_b	T_c	T_a	T_b	T_a

参数	数值
电网电压/ V	110
滤波电感L/mH	1.2
直流电压U_dc/ V	200
电网频率/Hz	50
直流电容C₁/mF	2.82
直流电容C₂/mF	2.82
开关频率/kHz	10
直流侧负载/Ω	19

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扇区	2	6	1	4	3	5
T_x	Z	Y	-Z	-X	X	-Y
T_y	Y	-X	X	Z	-Y	-Z

位置	影响中点电位矢量	i₀	u₀
A2	OON	-i_c	↑
B2	OON	-i_c	↑
A1	POO	-i_a	↓
B1	POO	-i_a	↓

扇区		U_a	U_b	U_c
SS1	P	1	×	×
	O	0	1	1
	N	×	0	0
SS2	P	1	1	×
	O	0	0	1
	N	×	×	0
SS3	P	×	1	×
	O	1	0	1
	N	0	×	0
SS4	P	×	1	1
	O	1	0	0
	N	0	×	×
SS5	P	×	×	1
	O	1	1	0
	N	0	0	×
SS6	P	1	×	1
	O	0	1	0
	N	×	0	×

扇区		U_a	U_b	U_c
SS1	P	1	×	×
	O	0	1	1
	N	×	0	0
SS2	P	1	1	×
	O	0	0	1
	N	×	×	0
SS3	P	×	1	×
	O	1	0	1
	N	0	×	0
SS4	P	×	1	1
	O	1	0	0
	N	0	×	×
SS5	P	×	×	1
	O	1	1	0
	N	0	0	×
SS6	P	1	×	1
	O	0	1	0
	N	×	0	×