三电平变换器及其控制方法、装置、存储介质及处理器
阅读说明：本技术 三电平变换器及其控制方法、装置、存储介质及处理器 (Three-level converter, control method and device thereof, storage medium and processor ) 是由 陆平 李燕 于 2021-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种三电平变换器的控制方法、装置、三电平变换器、存储介质及处理器,该方法包括：将三电平变换器的空间矢量,从直角坐标系变换到60°坐标系；在60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下,对三电平变换器的空间矢量的扇区进行重新划分；基于重新划分后的扇区,对三电平变换器的空间矢量进行重新合成；对重新合成后的相邻矢量的作用时间进行计算；根据计算得到的相邻矢量的作用时间,分配三电平变换器的矢量作用时间,以控制三电平变换器中的开关管,实现对三电平变换器的中点电位平衡控制。该方案,通过采用60°坐标系重新划分扇区,重新进行矢量合成,实现高调制度下的中点电位平衡,有利于提高三电平变换器的输出性能。(The invention discloses a control method and a control device of a three-level converter, the three-level converter, a storage medium and a processor, wherein the method comprises the following steps: converting the space vector of the three-level converter from a rectangular coordinate system to a 60-degree coordinate system; under a virtual space vector modulation strategy of a 60-degree coordinate system, the sectors of the space vectors of the three-level converter are divided again; re-synthesizing the space vector of the three-level converter based on the re-divided sectors; calculating the action time of the adjacent vectors after re-synthesis; and distributing the vector action time of the three-level converter according to the action time of the adjacent vector obtained by calculation so as to control a switching tube in the three-level converter and realize the neutral point potential balance control of the three-level converter. According to the scheme, the sectors are divided again by adopting a 60-degree coordinate system, vector synthesis is carried out again, midpoint potential balance under a high modulation degree is realized, and the improvement of the output performance of the three-level converter is facilitated.)
技术领域
本发明属于变换器技术领域，具体涉及一种三电平变换器的控制方法、装置、三电平变换器、存储介质及处理器，尤其涉及一种基于两小扇区的三电平变换器的控制方法、装置、三电平变换器、存储介质及处理器。
背景技术
与两电平变换器相比，多电平变换器由于每个开关管承受电压应力小，输出电压谐波含量较低等优点，使其在电压等级较高、额定功率较大的场合中被广泛运用。在多电平变换器中，中点钳位型(NPC)三电平变换器运用较多，但是其存在中点电位不平衡的缺陷限制了其发展。
相关方案中，针对中点电位不平衡的解决办法，主要有软件法和硬件法两种，但硬件法需要额外的硬件投资，在经济效益上受到很大限制。研究最多的是软件法，通过合理分配冗余小矢量的作用时间，在一定程度上平衡中点电位，但在高调制度情况下，仍无法平衡中点电位。因此，有学者提出了虚拟空间矢量调制策略，理论上能够使中点电位在高调制度下实现平衡，但却因其扇区划分较多，判断十分复杂，基本作用时间计算量较大，不利于编程和系统实时控制，影响三电平变换器的输出性能。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种三电平变换器的控制方法、装置、三电平变换器、存储介质及处理器，以解决采用虚拟空间矢量调制策略，能够使中点钳位型三电平变换器的中点电位在高调制度下实现平衡，但因其扇区划分较多，影响三电平变换器的输出性能的问题，达到通过采用60°坐标系重新划分扇区，重新进行矢量合成，实现高调制度下的中点电位平衡，有利于提高三电平变换器的输出性能的效果。
本发明提供一种三电平变换器的控制方法，包括：将所述三电平变换器的空间矢量，从直角坐标系变换到60°坐标系；在所述60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，对所述三电平变换器的空间矢量的扇区进行重新划分；基于所述重新划分后的扇区，对所述三电平变换器的空间矢量进行重新合成；对所述重新合成后的相邻矢量的作用时间进行计算；根据所述计算得到的所述相邻矢量的作用时间，分配所述三电平变换器的矢量作用时间，以控制所述三电平变换器中的开关管，实现对所述三电平变换器的中点电位平衡控制。
在一些实施方式中，将所述三电平变换器的空间矢量，从直角坐标系变换到60°坐标系，包括：利用坐标变换及标幺化模型，将所述直角坐标系下所述三电平变换器的空间矢量的所有矢量，通过坐标变换转换到60°坐标系，再对空间区域内所有电压矢量归一化，得到所述60°坐标系下三电平变换器的空间矢量。
在一些实施方式中，在所述60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，对所述三电平变换器的空间矢量的扇区进行重新划分，包括：在所述60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，将所述三电平变换器的空间矢量中整个虚拟空间矢量划分为6个第一扇区，再将每个所述第一扇区划分为两个第二扇区。
在一些实施方式中，基于所述重新划分后的扇区，对所述三电平变换器的空间矢量进行重新合成，包括：基于所述重新划分后的扇区，根据中点电位为零的原则，构建所述三电平变换器的空间矢量中的虚拟中矢量，并合成相邻矢量中的较大矢量；其中，合成相邻矢量中的较大矢量，包括：利用两个第一矢量和一个第二矢量，合成相邻矢量中的较大矢量；两个所述第一矢量，包括：正的第一矢量和负的第一矢量。
在一些实施方式中，所述重新合成后的相邻矢量，包括：所述三电平变换器的空间矢量中的虚拟中矢量，以及相邻矢量中的较大矢量；对所述重新合成后的相邻矢量的作用时间进行计算，包括：在所述重新划分后的扇区中的奇扇区，基于伏秒平衡原理，计算得到所述三电平变换器的空间矢量中的虚拟中矢量、相邻矢量中的较大矢量、以及零矢量的作用时间，作为所述重新合成后的相邻矢量的作用时间。
与上述方法相匹配，本发明另一方面提供一种三电平变换器的控制装置，包括：变换单元，被配置为将所述三电平变换器的空间矢量，从直角坐标系变换到60°坐标系；划分单元，在所述60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，对所述三电平变换器的空间矢量的扇区进行重新划分；合成单元，基于所述重新划分后的扇区，对所述三电平变换器的空间矢量进行重新合成；计算单元，对所述重新合成后的相邻矢量的作用时间进行计算；分配单元，根据所述计算得到的所述相邻矢量的作用时间，分配所述三电平变换器的矢量作用时间，以控制所述三电平变换器中的开关管，实现对所述三电平变换器的中点电位平衡控制。
在一些实施方式中，所述变换单元，将所述三电平变换器的空间矢量，从直角坐标系变换到60°坐标系，包括：利用坐标变换及标幺化模型，将所述直角坐标系下所述三电平变换器的空间矢量的所有矢量，通过坐标变换转换到60°坐标系，再对空间区域内所有电压矢量归一化，得到所述60°坐标系下三电平变换器的空间矢量。
在一些实施方式中，所述划分单元，在所述60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，对所述三电平变换器的空间矢量的扇区进行重新划分，包括：在所述60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，将所述三电平变换器的空间矢量中整个虚拟空间矢量划分为6个第一扇区，再将每个所述第一扇区划分为两个第二扇区。
在一些实施方式中，所述合成单元，基于所述重新划分后的扇区，对所述三电平变换器的空间矢量进行重新合成，包括：基于所述重新划分后的扇区，根据中点电位为零的原则，构建所述三电平变换器的空间矢量中的虚拟中矢量，并合成相邻矢量中的较大矢量；其中，合成相邻矢量中的较大矢量，包括：利用两个第一矢量和一个第二矢量，合成相邻矢量中的较大矢量；两个所述第一矢量，包括：正的第一矢量和负的第一矢量。
在一些实施方式中，所述重新合成后的相邻矢量，包括：所述三电平变换器的空间矢量中的虚拟中矢量，以及相邻矢量中的较大矢量；所述计算单元，对所述重新合成后的相邻矢量的作用时间进行计算，包括：在所述重新划分后的扇区中的奇扇区，基于伏秒平衡原理，计算得到所述三电平变换器的空间矢量中的虚拟中矢量、相邻矢量中的较大矢量、以及零矢量的作用时间，作为所述重新合成后的相邻矢量的作用时间。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种三电平变换器，包括：以上所述的三电平变换器的控制装置。
与上述方法相匹配，本发明再一方面提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的三电平变换器的控制方法。
与上述方法相匹配，本发明再一方面提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行以上所述的三电平变换器的控制方法。
由此，本发明的方案，通过在60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，将60°扇区进一步等分成两个小扇区，用相邻三矢量合成参考矢量，并用虚拟矢量的方式实现中点电位平衡；从而，通过采用60°坐标系重新划分扇区，重新进行矢量合成，实现高调制度下的中点电位平衡，有利于提高三电平变换器的输出性能。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的三电平变换器的控制方法的一实施例的流程示意图；
图2为NPC三电平变换器拓扑的结构示意图，具体是二极管钳位型三电平变换器的结构示意图；
图3为基于两小扇区的三电平变换器的控制方法的流程示意图；
图4为空间矢量扇区划分及矢量合成的坐标示意图；
图5为矢量作用时对中点电流的影响的简化电路的结构示意图，从左往右分别是100、211、221、210；
图6为三电平变换器的单相换流状态示意图，从左往右分别是P状态、O状态、N状态；
图7为本发明的三电平变换器的控制装置的一实施例的结构示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
102-变换单元；104-划分单元；106-合成单元；108-计算单元；110-分配单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种三电平变换器的控制方法，如图1所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。图2为本发明提出的三电平NPC型变换器的拓扑结构图。如图2所示，三电平NPC型变换器共有12个开关管，分别组成三相桥臂，每相桥臂有两个二极管进行钳位，直流侧用两个电容(即电容C1和电容C2)作为支撑并给出了中性点N。该三电平变换器的控制方法可以包括：步骤S110至步骤S150。
在步骤S110处，将所述三电平变换器的空间矢量，从直角坐标系变换到60°坐标系。
在一些实施方式中，步骤S110中将所述三电平变换器的空间矢量，从直角坐标系变换到60°坐标系，包括：利用坐标变换及标幺化模型，将所述直角坐标系下所述三电平变换器的空间矢量的所有矢量，通过坐标变换转换到60°坐标系，再对空间区域内所有电压矢量归一化，得到所述60°坐标系下三电平变换器的空间矢量。
图3为基于两小扇区的三电平变换器的控制方法的流程示意图。如图3所示，本发明的方案提出的一种基于两小扇区的三电平变换器的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、空间矢量从直角坐标系到60°坐标系的坐标变化及标幺化。
图4为空间矢量扇区划分及矢量合成的坐标示意图。首先将直角坐标系中的所有矢量通过坐标变换转换到60°坐标系(g-h坐标系)，再对空间区域内所有电压矢量归一化，得到60°坐标系下三电平变换器的空间矢量图，如图4所示。其中，坐标变换及标幺化模型，如下：
其中，Vα、Vβ为参考电压在α、β坐标系下的值，Vg、Vh为参考电压在g、h坐标系下的值，Udc为母线电压。
在步骤S120处，在所述60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，对所述三电平变换器的空间矢量的扇区进行重新划分。
在一些实施方式中，步骤S120中在所述60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，对所述三电平变换器的空间矢量的扇区进行重新划分，包括：在所述60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，将所述三电平变换器的空间矢量中整个虚拟空间矢量划分为6个第一扇区，再将每个所述第一扇区划分为两个第二扇区。
如图3所示，本发明的方案提出的一种基于两小扇区的三电平变换器的控制方法，还包括以下步骤：
步骤2、用坐标变换后的矢量进行扇区划分及判断。
然后对虚拟空间矢量进行区域划分，先将整个虚拟空间矢量划分为6个大扇区，每个大扇区又划分为两个小扇区，总共分为12个小扇区。
以第一大扇区为例，在三电平变换器中，对中点电流有影响的矢量的电流流向图如图5所示，图5为矢量作用时对中点电流的影响的简化电路的结构示意图，从左往右分别是100、211、221、210。矢量作用P状态用2表示，O状态用1表示，N状态用0表示，其单相换流状态如图6所示，图6为三电平变换器的单相换流状态示意图，从左往右分别是P状态、O状态、N状态。由于NPC型变换器的每一相结构相同，因此另外两相的换流方式与之相同。
在步骤S130处，基于所述重新划分后的扇区，对所述三电平变换器的空间矢量进行重新合成。
在一些实施方式中，步骤S130中基于所述重新划分后的扇区，对所述三电平变换器的空间矢量进行重新合成，包括：基于所述重新划分后的扇区，根据中点电位为零的原则，构建所述三电平变换器的空间矢量中的虚拟中矢量，并合成相邻矢量中的较大矢量。
其中，合成相邻矢量中的较大矢量，包括：利用两个第一矢量和一个第二矢量，合成相邻矢量中的较大矢量。两个所述第一矢量，包括：正的第一矢量和负的第一矢量。
如图3所示，本发明的方案提出的一种基于两小扇区的三电平变换器的控制方法，还包括以下步骤：
步骤3、根据中点电位为零的原则进行相邻矢量及参考矢量的合成。
由于小矢量V221、V100、V211流经中性点电流值分别为ic、ia、-ia，中矢量流经中性点电流为ib，为保证中点电位平衡，使流过中点N的电流ia+ib+ic＝0，让整个虚拟中矢量对中点电位无影响的原则，可用基本小矢量与基本中矢量来合成。构建虚拟中矢量(Vp+1)以及合成相邻矢量中的较大矢量(Vp)如图4所示，达到对中点电位无影响的目的。合成矢量如下：
构建虚拟中矢量(Vp+1)是为了让中矢量作用时流过中点的电流为零。虚拟中矢量(Vp+1)与相邻矢量中的较大矢量(Vp)之间没有关系，如图4所示，对角线方向上的矢量，如200、220方向上的矢量为相邻矢量中的较大矢量(Vp)，对角线中间的角平分线，如210方向是的矢量为虚拟中矢量(Vp+1)。V221、V100为小矢量，V210为中矢量。
相邻矢量中的较大矢量可用两个小矢量(正小矢量和负小矢量)和一个大矢量进行合成。由于大矢量对中性点电位无影响，所以合成矢量Vp对中性点无影响，合成矢量Vp为：
根据矢量的长短进行划分，如图4，小六边形对角线上的矢量为小矢量，大六边形对角线上的矢量为大矢量，大六边形虚线方向上的矢量为中矢量。V211、V100为小矢量，V200为大矢量。
下面进行小扇区的判断。图4为60°坐标系下小扇区划分图。对照图4，表一为小扇区判断规则。
表一：小扇区的判断
n
V<sub>g</sub>
V<sub>h</sub>
V<sub>g</sub>+V<sub>h</sub>
V<sub>g</sub>-V<sub>h</sub>
2V<sub>g</sub>+V<sub>h</sub>
V<sub>g</sub>+2V<sub>h</sub>
1
>0
>0
-
>0
-
-
2
>0
>0
-
<0
-
-
3
<0
>0
>0
-
>0
-
4
<0
>0
>0
-
<0
-
5
<0
>0
<0
-
-
>0
6
<0
>0
<0
-
-
<0
7
<0
<0
-
<0
-
-
8
<0
<0
-
>0
-
-
9
>0
<0
<0
-
<0
-
10
>0
<0
<0
-
>0
-
11
>0
<0
>0
-
-
<0
12
>0
<0
>0
-
-
>0
n表示的是扇区，1表示第一扇区，2表示第二扇区依次类推。
在步骤S140处，对所述重新合成后的相邻矢量的作用时间进行计算。
在一些实施方式中，所述重新合成后的相邻矢量，包括：所述三电平变换器的空间矢量中的虚拟中矢量，以及相邻矢量中的较大矢量。
步骤S140中对所述重新合成后的相邻矢量的作用时间进行计算，包括：在所述重新划分后的扇区中的奇扇区，基于伏秒平衡原理，计算得到所述三电平变换器的空间矢量中的虚拟中矢量、相邻矢量中的较大矢量、以及零矢量的作用时间，作为所述重新合成后的相邻矢量的作用时间。
如图3所示，本发明的方案提出的一种基于两小扇区的三电平变换器的控制方法，还包括以下步骤：
步骤4、对合成后的相邻矢量进行作用时间计算。
然后进行矢量作用时间的计算。参与合成Vref的矢量分别为Vp和Vp+1以及零矢量V0，在奇扇区，Vp方向的矢量由一个大矢量(V200)和两个小矢量(V100和V211)组成，设一个小矢量作用时间为Tp，一个大矢量作用时间为2Tp。基于伏秒平衡原理得到相邻矢量作用时间如下：
将计算得到的Tp、Tp+1、T0基本矢量作用时间带入PWM脉冲生成，合理分配矢量作用时间，达到控制变换器开关管的作用。以1号小扇区矢量作用时间为例：
一个周期内输出电压矢量作用顺序为：221-211-210-200-100-000-100-200-210-211-221。
Ts为一个采样周期时间，T0为零矢量作用时间。分配时间根据式(5)，由于是对称分布，所以作用时间需要除以2.，如221作用时间为V221/2，211作用时间为V211/2。Tp为小矢量作用时间，Tp+1为虚拟中矢量作用时间。
由图4可知，2号扇区与1号扇区具有对称性，且其余大扇区与第一大扇区一样，只用通过简单的矢量旋转就能把其余扇区转换到第一扇区，按第一扇区的矢量作用时间进行计算，这让三电平虚拟矢量的驱动波形的生成过程变得简单，大大减轻了计算量，便于工程应用。由于其独特的扇区划分及矢量合成方式，不仅简化了实现过程，且容易推广到多电平变换器的运用中。
在步骤S150处，根据所述计算得到的所述相邻矢量的作用时间，分配所述三电平变换器的矢量作用时间，以控制所述三电平变换器中的开关管，实现对所述三电平变换器的中点电位平衡控制。
本发明的方案，提供一种基于两小扇区的三电平变换器的控制方法及系统，通过采用60°坐标系，并结合特殊的扇区划分方式，重新对相邻矢量及虚拟矢量进行合成，解决了相关方案中虚拟空间矢量调制方法存在扇区划分较多、判断十分复杂、计算繁琐实时性能不好的问题，实现了高调制度下的中点电位平衡，提高了变换器的输出性能。
相应地，实现基于两小扇区的三电平变换器的控制方法的系统，包括：坐标变换模块、扇区划分及判断模块、矢量合成模块、作用时间计算及分配模块和三电平变换器。
在本发明的方案中，在60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，将60°扇区进一步等分成两个小扇区，也就是以30°为一个扇区，用相邻三矢量合成参考矢量，即两个小矢量和一个大矢量合成一个相邻矢量，并用虚拟矢量的方式实现中点电位平衡，实现了高调制度下的中点电位平衡，提高了变换器的输出性能。同时，也简化了控制方法，便于计算，易于实现系统的实时控制，易于推广到更多电平的控制系统中使用。
本发明的方案，采用g-h坐标系，解决了相关方案中控制方法中存在三角函数计算多，算法流程复杂的问题，简化了扇区判断及矢量作用时间计算，缩短了运算时间，使得处理器的速度大大加快。本发明的方案，在此基础之上还进行了中点电压平衡控制，实现了全调制度范围的中点电压平衡。
上述实施方式，适用于三电平变换器的控制。要想实现三电平控制并实现中点电位平衡，采用基于60°坐标系的中点钳位三电平逆变器的中点电位平衡控制方法也能实现本发明的方案的效果。
该方案采用传统的三电平控制方法，只是把传统的直角坐标系转换成60度坐标系，可以减少三角函数的计算。如图4中放大部分所示，该方案是把这个区域分为4个小区域，然后再根据参考矢量落在的小扇区的哪个扇区，然后再进行矢量合成，计算矢量作用时间。本申请只把它分成两个扇区，判断方式及矢量时间计算更加简单，而且本申请对中矢量进行了虚拟合成，实现了中点电压的平衡控制。
采用本实施例的技术方案，通过在60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，将60°扇区进一步等分成两个小扇区，用相邻三矢量合成参考矢量，并用虚拟矢量的方式实现中点电位平衡。从而，通过采用60°坐标系重新划分扇区，重新进行矢量合成，实现高调制度下的中点电位平衡，有利于提高三电平变换器的输出性能。
根据本发明的实施例，还提供了对应于三电平变换器的控制方法的一种三电平变换器的控制装置。图2为本发明提出的三电平NPC型变换器的拓扑结构图。如图2所示，三电平NPC型变换器共有12个开关管，分别组成三相桥臂，每相桥臂有两个二极管进行钳位，直流侧用两个电容(即电容C1和电容C2)作为支撑并给出了中性点N。参见图7所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该三电平变换器的控制装置可以包括：变换单元102、划分单元104、合成单元106、计算单元108和分配单元110。
其中，变换单元102，如坐标变换模块，被配置为将所述三电平变换器的空间矢量，从直角坐标系变换到60°坐标系。该变换单元102的具体功能及处理参见步骤S110。
在一些实施方式中，所述变换单元102，将所述三电平变换器的空间矢量，从直角坐标系变换到60°坐标系，包括：所述变换单元102，具体还被配置为利用坐标变换及标幺化模型，将所述直角坐标系下所述三电平变换器的空间矢量的所有矢量，通过坐标变换转换到60°坐标系，再对空间区域内所有电压矢量归一化，得到所述60°坐标系下三电平变换器的空间矢量。
图3为基于两小扇区的三电平变换器的控制装置的流程示意图。如图3所示，本发明的方案提出的一种基于两小扇区的三电平变换器的控制装置，包括以下步骤：
步骤1、空间矢量从直角坐标系到60°坐标系的坐标变化及标幺化。
图4为空间矢量扇区划分及矢量合成的坐标示意图。首先将直角坐标系中的所有矢量通过坐标变换转换到60°坐标系(g-h坐标系)，再对空间区域内所有电压矢量归一化，得到60°坐标系下三电平变换器的空间矢量图，如图4所示。其中，坐标变换及标幺化模型，如下：
划分单元104，如扇区划分及判断模块，在所述60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，对所述三电平变换器的空间矢量的扇区进行重新划分。该划分单元104的具体功能及处理参见步骤S120。
在一些实施方式中，所述划分单元104，在所述60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，对所述三电平变换器的空间矢量的扇区进行重新划分，包括：所述划分单元104，具体还被配置为在所述60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，将所述三电平变换器的空间矢量中整个虚拟空间矢量划分为6个第一扇区，再将每个所述第一扇区划分为两个第二扇区。
如图3所示，本发明的方案提出的一种基于两小扇区的三电平变换器的控制装置，还包括以下步骤：
步骤2、用坐标变换后的矢量进行扇区划分及判断。
然后对虚拟空间矢量进行区域划分，先将整个虚拟空间矢量划分为6个大扇区，每个大扇区又划分为两个小扇区，总共分为12个小扇区。
以第一大扇区为例，在三电平变换器中，对中点电流有影响的矢量的电流流向图如图5所示，图5为矢量作用时对中点电流的影响的简化电路的结构示意图，从左往右分别是100、211、221、210。矢量作用P状态用2表示，O状态用1表示，N状态用0表示，其单相换流状态如图6所示，图6为三电平变换器的单相换流状态示意图，从左往右分别是P状态、O状态、N状态。由于NPC型变换器的每一相结构相同，因此另外两相的换流方式与之相同。
合成单元106，如矢量合成模块，基于所述重新划分后的扇区，对所述三电平变换器的空间矢量进行重新合成。该合成单元106的具体功能及处理参见步骤S130。
在一些实施方式中，所述合成单元106，基于所述重新划分后的扇区，对所述三电平变换器的空间矢量进行重新合成，包括：所述合成单元106，具体还被配置为基于所述重新划分后的扇区，根据中点电位为零的原则，构建所述三电平变换器的空间矢量中的虚拟中矢量，并合成相邻矢量中的较大矢量。
其中，所述合成单元106，合成相邻矢量中的较大矢量，包括：所述合成单元106，具体还被配置为利用两个第一矢量和一个第二矢量，合成相邻矢量中的较大矢量。两个所述第一矢量，包括：正的第一矢量和负的第一矢量。
如图3所示，本发明的方案提出的一种基于两小扇区的三电平变换器的控制装置，还包括以下步骤：
步骤3、根据中点电位为零的原则进行相邻矢量及参考矢量的合成。
由于小矢量V221、V100、V211流经中性点电流值分别为ic、ia、-ia，中矢量流经中性点电流为ib，为保证中点电位平衡，使流过中点N的电流ia+ib+ic＝0，让整个虚拟中矢量对中点电位无影响的原则，可用基本小矢量与基本中矢量来合成。构建虚拟中矢量(Vp+1)以及合成相邻矢量中的较大矢量(Vp)如图4所示，达到对中点电位无影响的目的。合成矢量如下：
相邻矢量中的较大矢量可用两个小矢量(正小矢量和负小矢量)和一个大矢量进行合成。由于大矢量对中性点电位无影响，所以合成矢量Vp对中性点无影响，合成矢量Vp为：
下面进行小扇区的判断。图4为60°坐标系下小扇区划分图。对照图4，表一为小扇区判断规则。
表一：小扇区的判断
n
V<sub>g</sub>
V<sub>h</sub>
V<sub>g</sub>+V<sub>h</sub>
V<sub>g</sub>-V<sub>h</sub>
2V<sub>g</sub>+V<sub>h</sub>
V<sub>g</sub>+2V<sub>h</sub>
1
>0
>0
-
>0
-
-
2
>0
>0
-
<0
-
-
3
<0
>0
>0
-
>0
-
4
<0
>0
>0
-
<0
-
5
<0
>0
<0
-
-
>0
6
<0
>0
<0
-
-
<0
7
<0
<0
-
<0
-
-
8
<0
<0
-
>0
-
-
9
>0
<0
<0
-
<0
-
10
>0
<0
<0
-
>0
-
11
>0
<0
>0
-
-
<0
12
>0
<0
>0
-
-
>0
计算单元108，如作用时间计算模块，对所述重新合成后的相邻矢量的作用时间进行计算。该计算单元108的具体功能及处理参见步骤S140。
在一些实施方式中，所述重新合成后的相邻矢量，包括：所述三电平变换器的空间矢量中的虚拟中矢量，以及相邻矢量中的较大矢量。
所述计算单元108，对所述重新合成后的相邻矢量的作用时间进行计算，包括：所述计算单元108，具体还被配置为在所述重新划分后的扇区中的奇扇区，基于伏秒平衡原理，计算得到所述三电平变换器的空间矢量中的虚拟中矢量、相邻矢量中的较大矢量、以及零矢量的作用时间，作为所述重新合成后的相邻矢量的作用时间。
如图3所示，本发明的方案提出的一种基于两小扇区的三电平变换器的控制装置，还包括以下步骤：
步骤4、对合成后的相邻矢量进行作用时间计算。
然后进行矢量作用时间的计算。参与合成Vref的矢量分别为Vp和Vp+1以及零矢量V0，在奇扇区，Vp方向的矢量由一个大矢量(V200)和两个小矢量(V100和V211)组成，设一个小矢量作用时间为Tp，一个大矢量作用时间为2Tp。基于伏秒平衡原理得到相邻矢量作用时间如下：
将计算得到的Tp、Tp+1、T0基本矢量作用时间带入PWM脉冲生成，合理分配矢量作用时间，达到控制变换器开关管的作用。以1号小扇区矢量作用时间为例：
一个周期内输出电压矢量作用顺序为：221-211-210-200-100-000-100-200-210-211-221。
由图4可知，2号扇区与1号扇区具有对称性，且其余大扇区与第一大扇区一样，只用通过简单的矢量旋转就能把其余扇区转换到第一扇区，按第一扇区的矢量作用时间进行计算，这让三电平虚拟矢量的驱动波形的生成过程变得简单，大大减轻了计算量，便于工程应用。由于其独特的扇区划分及矢量合成方式，不仅简化了实现过程，且容易推广到多电平变换器的运用中。
分配单元110，如作用时间分配模块，根据所述计算得到的所述相邻矢量的作用时间，分配所述三电平变换器的矢量作用时间，以控制所述三电平变换器中的开关管，实现对所述三电平变换器的中点电位平衡控制。该分配单元110的具体功能及处理参见步骤S150。
本发明的方案，提供一种基于两小扇区的三电平变换器的控制装置及系统，通过采用60°坐标系，并结合特殊的扇区划分方式，重新对相邻矢量及虚拟矢量进行合成，解决了相关方案中虚拟空间矢量调制装置存在扇区划分较多、判断十分复杂、计算繁琐实时性能不好的问题，实现了高调制度下的中点电位平衡，提高了变换器的输出性能。
相应地，实现基于两小扇区的三电平变换器的控制装置的系统，包括：坐标变换模块、扇区划分及判断模块、矢量合成模块、作用时间计算及分配模块和三电平变换器。
在本发明的方案中，在60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，将60°扇区进一步等分成两个小扇区，也就是以30°为一个扇区，用相邻三矢量合成参考矢量，即两个小矢量和一个大矢量合成一个相邻矢量，并用虚拟矢量的方式实现中点电位平衡，实现了高调制度下的中点电位平衡，提高了变换器的输出性能。同时，也简化了控制装置，便于计算，易于实现系统的实时控制，易于推广到更多电平的控制系统中使用。
由于本实施例的装置所实现的处理及功能基本相应于前述方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
采用本发明的技术方案，通过在60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，将60°扇区进一步等分成两个小扇区，用相邻三矢量合成参考矢量，并用虚拟矢量的方式实现中点电位平衡，简化了控制方法，便于计算，易于实现系统的实时控制。
根据本发明的实施例，还提供了对应于三电平变换器的控制装置的一种三电平变换器。该三电平变换器可以包括：以上所述的三电平变换器的控制装置。
由于本实施例的三电平变换器所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
采用本发明的技术方案，通过在60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，将60°扇区进一步等分成两个小扇区，用相邻三矢量合成参考矢量，并用虚拟矢量的方式实现中点电位平衡，易于推广到更多电平的控制系统中使用。
根据本发明的实施例，还提供了对应于三电平变换器的控制方法的一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的三电平变换器的控制方法。
由于本实施例的存储介质所实现的处理及功能基本相应于前述方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
采用本发明的技术方案，通过在60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，将60°扇区进一步等分成两个小扇区，用相邻三矢量合成参考矢量，并用虚拟矢量的方式实现中点电位平衡，解决了相关方案中虚拟空间矢量调制方法存在扇区划分较多、判断十分复杂、计算繁琐实时性能不好的问题。
根据本发明的实施例，还提供了对应于三电平变换器的控制方法的一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行以上所述的三电平变换器的控制方法。
由于本实施例的处理器所实现的处理及功能基本相应于前述方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
采用本发明的技术方案，通过在60°坐标系的虚拟空间矢量调制策略下，将60°扇区进一步等分成两个小扇区，用相邻三矢量合成参考矢量，并用虚拟矢量的方式实现中点电位平衡，实现了高调制度下的中点电位平衡，提高了变换器的输出性能。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种纹波小的特高压直流发生器