[发明专利]一种三相空间矢量快速调制重构方法

摘要

本发明提供了一种三相空间矢量快速调制重构方法，属于电力电子技术领域。该方法检测最优的基矢量并将多电平变换器进行横向分层。将参考矢量分解为对应于健康模块的基矢量和对应于故障模块的分解矢量。计算剩余参考矢量与剩余矢量所对应的冗余开关状态，利用空间矢量多个冗余开关状态产生相同线电压的特性来使得当三相级联变换器功率单元发生故障导致相电压不均衡时线电压能保持均衡且谐波含量达到最优。该算法实现简单，无需任何复杂运算，适用于工程应用。

主权项

1.一种三相空间矢量快速调制重构方法，包括如下步骤：/n步骤一、将三相参考相电压瞬时值V_a、V_b和V_c代入公式(1)，计算得到三个新的参考矢量V_x、V_y和V_z；/n /n对这三个参考矢量V_x、V_y和V_z进行向下取整，可得/n /n式中，floor(.)为向下取整函数；/n步骤二、检测最优的基矢量：/n将多电平变换器进行横向分层，所述横向分层包括正常功率单元组成的健康模块层及带有故障功率单元的故障模块层；此外，定义三个单位开关状态为e₁＝(1,0,0),e₂＝(0,1,0),e₃＝(0,0,1),分别为沿着参考电压V_a、V_b和V_c方向增加或者减小所需的开关状态；令辅助开关状态e₄＝(w,w,w),其中，w为每相基矢量所对应的健康模块层数，可得基矢量所对应的优化开关状态为(S_am,S_bm,S_cm)，即/n /n其中，Area为三相空间矢量图中的各个区域，当V_x>0且V_y≤0时,参考矢量位于区域1，即Area＝1；当V_y>0且V_z≤0时，参考矢量位于区域2，即Area＝2；当V_z>0且V_x≤0时，参考矢量位于区域3，Area＝3；/n步骤三、计算剩余参考矢量与剩余矢量所对应的冗余开关状态：/n /n其中，V_x1、V_y1和V_z1为重构后的剩余参考矢量；而S_bmcm、S_cmam和S_ambm分别由S_bm-S_cm、S_cm-S_am、S_am-S_bm获得；/n定义变量V_br、V_gr为属于V_x1、V_y1、V_z1三个中的任意两个变量，即(V_br,V_gr)∈{(V_x1,V_y1),(V_y1,V_z1)，(V_z1,V_x1)}；此时取(V_br,V_gr)＝(V_x1,V_y1)，其次令(V_br,V_gr)的取整函数为四个变量，分别为V_r^ou、V_r^uo、V_r^uu和V_r^oo；它们分别取值为/n /n式中，V_r^ou为矢量V_br和V_gr向上取整和向下取整函数；V_r^uo为矢量V_br和V_gr向下取整和向上取整函数；V_r^uu为矢量V_br和V_gr同时向下取整函数；V_r^oo为矢量V_br和V_gr同时向上取整函数；令变量k取值为/n /n当k>0是，V_r^oo为第三个所选矢量；当k<0时，V_r^uu为第三个所选矢量；/n紧接着定义上述四个取整变量的开关状态形式为(S_a1,S_b1,S_c1)、(S_a2,S_b2,S_c2)、(S_a3,S_b3,S_c3)和(S_a4,S_b4,S_c4)；为能准确快速计算出剩余矢量开关状态的值，将故障系统分为以下三种情况：/n①任意一相一个功率单元发生故障/n当任意一相一个功率单元发生故障时，此时参考矢量可分为两个健康模块层构成的基矢量与单个故障模块层构成的分解矢量；若第三个矢量此时为V_r^oo，则分解矢量形式为S_a1＝0、S_a2＝0、S_a3＝0；S_b1与S_c1∈{-1,0,1}，S_b2与S_c2∈{-1,0,1}，S_b3与S_c3∈{-1,0,1}；此时得到：/n /n /n /n此时将式(7),(8)与(9)计算得到的三个剩余矢量开关状态加上式(3)所得基矢量开关状态可得系统实际输出开关状态，并结合分解矢量输出占空比进行调制输出PWM波；/n②同相两个功率单元发生故障：/n当a相某两层分别各有1个功率单元发生故障时，若第三个矢量此时仍然为V_r^oo，则分解矢量形式为S_a1＝0,S_a2＝0,S_a3＝0；S_b1与S_c1∈{-2,-1,0,1,2}，S_b2与S_c2∈{-2,-1,0,1,2}，S_b3与S_c3∈{-2,-1,0,1,2}，此时由式(7)-(9)得到分解矢量开关状态，进而得到系统实际输出开关状态；/n③不同相三个及三个功率单元发生故障：/n当a相某两层分别各有1个功率单元发生故障及b相一个功率单元发生故障时，第三个矢量此时仍然为V_r^oo，则分解矢量形式为S_a1＝0,S_a2＝0,S_a3＝0；S_b1,S_b2,S_b3∈{-1,0,1}，S_c1,S_c2,S_c3∈{-2,-1,0,1,2}；此时由式(7)-(9)得到分解矢量开关状态，进而得到系统实际输出开关状态。/n