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专利号: 2023101529755
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种兼具优化开关损耗和共模降压的Z源逆变器控制方法,其特征在于,所述方法基于空间矢量控制方法,包括:设定三相两电平Z源逆变器桥臂的开关状态及基础电压矢量;

所述设定三相两电平Z源逆变器桥臂的开关状态,包括:当开关状态为1时,上桥臂开关器件开通,下桥臂开关器件关闭;

当开关状态为0时,上桥臂开关器件关闭,下桥臂开关器件开通;

当开关状态为sh时,上桥臂开关器件和下桥臂开关器件同时开通;

根据三相两电平Z源逆变器三相桥臂的开关状态,得到8个基础电压矢量,分别记为电压矢量V0、V1、V2、V3、V4、V5、V6和V7;8个基础电压矢量所对应的开关状态组合A相开关状态、B相开关状态、C相开关状态的具体状态如下:电压矢量V0对应的开关状态为(000);

电压矢量V1对应的开关状态为(100);

电压矢量V2对应的开关状态为(110);

电压矢量V3对应的开关状态为(010);

电压矢量V4对应的开关状态为(011);

电压矢量V5对应的开关状态为(001);

电压矢量V6对应的开关状态为(101);

电压矢量V7对应的开关状态为(111);

其中,V0和V7为零矢量,其他六个电压矢量为非零矢量;

Z源逆变器任意一个桥臂采用直通状态都能够形成直通矢量Vsh,直通矢量Vsh对应的开关状态组合包括:(shXX),(XshX)和(XXsh);其中,X表示任意1或者0状态,sh表示上下桥臂开关管同时导通的直通状态;

设定三相两电平Z源逆变器需要调制的电压参考矢量,并对电压参考矢量所在扇区进行判断;

根据各矢量产生的共模电压大小,筛选出电压矢量用于合成电压参考矢量;

所述对电压参考矢量所在扇区进行判断,包括:在α‑β轴静止坐标系上,从α轴指向为起始,逆时针方向划分为3个120°的扇区,并按照沿逆时针方向编号依次命名各扇区为扇区1,扇区2和扇区3;

将电压参考矢量对坐标轴α、β轴进行投影,其分量分别记为电压参考矢量α轴分量Vα和电压参考矢量β轴分量Vβ;

根据电压参考矢量α轴分量Vα和电压参考矢量β轴分量Vβ进行电压参考矢量所在扇区的判断;

筛选出电压矢量用于合成电压参考矢量,具体为:在第一扇区,使用Vsh,V0(000),V1(100),V3(010)合成电压参考矢量;

在第二扇区,使用Vsh,V0(000),V3(010),V5(001)合成电压参考矢量;

在第三扇区,使用Vsh,V0(000),V5(001),V1(100)合成电压参考矢量;

根据扇区、筛选出的电压矢量、电压参考矢量与α‑β坐标系中坐标轴α轴的夹角θ及电压参考矢量对应的调制度M计算出电压参考矢量在不同扇区的矢量作用时间;所述矢量作用时间包括非零矢量作用时间和零矢量作用时间;

所述电压参考矢量与α‑β坐标系中坐标轴α轴的夹角θ为:,

其中,Vα、Vβ分别为将电压参考矢量对坐标轴α、β轴进行投影的分量;

所述电压参考矢量对应的调制度M为:

其中, 为Z源逆变器直流链路电压, 为电压参考矢量幅值;

所述电压参考矢量在不同扇区的非零矢量作用时间和零矢量作用时间为:,

其中,第一扇区 为矢量V1作用时间,Tb为矢量V3作用时间;第二扇区 为矢量V3作用时间,Tb为矢量V5作用时间;第三扇区 为矢量V5作用时间,Tb为矢量V1作用时间;T0为零矢量作用时间,Ts为一个开关周期,i为扇区编号,调制度M范围为(0‑  );

根据零矢量作用时间计算出直通矢量作用时间;

令直通矢量占用的零矢量时间固定,直通矢量作用时间为:,

根据设定的开关状态及基础电压矢量、矢量作用时间、直通矢量作用时间以及电压参考矢量所在扇区确定出开关序列,实现优化开关损耗和共模降压的开关序列。

2.根据权利要求1所述的一种兼具优化开关损耗和共模降压的Z源逆变器控制方法,其特征在于,所述筛选出电压矢量用于合成电压参考矢量的方法为:在一个扇区采用两个不相邻非零矢量,一个零矢量和一个直通矢量,合成电压参考矢量。

3.根据权利要求2所述的一种兼具优化开关损耗和共模降压的Z源逆变器控制方法,其特征在于,所述筛选出电压矢量用于合成电压参考矢量后,还包括:通过设置矢量使用顺序排布实现一相钳位,减少开关次数;所述矢量使用顺序为:第一扇区,矢量使用顺序依次为V3(010)→Vsh(0sh0)→V0(000)→V1(100)→V0(000)→Vsh(0sh0)→V3(010);

第二扇区,矢量使用顺序依次为V5(001)→Vsh(00sh)→V0(000)→V3(010)→V0(000)→Vsh(00sh)→V5(001);

第三扇区,矢量使用顺序依次为V1(100)→Vsh(sh00)→V0(000)→V5(001)→V0(000)→Vsh(sh00)→V1(100)。

4.一种兼具优化开关损耗和共模降压的Z源逆变器控制装置,其特征在于,该装置包括:设定模块一,用于设定三相两电平Z源逆变器桥臂的开关状态及基础电压矢量;所述设定三相两电平Z源逆变器桥臂的开关状态,包括:当开关状态为1时,上桥臂开关器件开通,下桥臂开关器件关闭;

当开关状态为0时,上桥臂开关器件关闭,下桥臂开关器件开通;

当开关状态为sh时,上桥臂开关器件和下桥臂开关器件同时开通;

根据三相两电平Z源逆变器三相桥臂的开关状态,得到8个基础电压矢量,分别记为电压矢量V0、V1、V2、V3、V4、V5、V6和V7;8个基础电压矢量所对应的开关状态组合A相开关状态、B相开关状态、C相开关状态的具体状态如下:电压矢量V0对应的开关状态为(000);

电压矢量V1对应的开关状态为(100);

电压矢量V2对应的开关状态为(110);

电压矢量V3对应的开关状态为(010);

电压矢量V4对应的开关状态为(011);

电压矢量V5对应的开关状态为(001);

电压矢量V6对应的开关状态为(101);

电压矢量V7对应的开关状态为(111);

其中,V0和V7为零矢量,其他六个电压矢量为非零矢量;

Z源逆变器任意一个桥臂采用直通状态都能够形成直通矢量Vsh,直通矢量Vsh对应的开关状态组合包括:(shXX),(XshX)和(XXsh);其中,X表示任意1或者0状态,sh表示上下桥臂开关管同时导通的直通状态;

设定模块二,用于设定三相两电平Z源逆变器需要调制的电压参考矢量,并对电压参考矢量所在扇区进行判断;

所述对电压参考矢量所在扇区进行判断,包括:

在α‑β轴静止坐标系上,从α轴指向为起始,逆时针方向划分为3个120°的扇区,并按照沿逆时针方向编号依次命名各扇区为扇区1,扇区2和扇区3;

将电压参考矢量对坐标轴α、β轴进行投影,其分量分别记为电压参考矢量α轴分量Vα和电压参考矢量β轴分量Vβ;

根据电压参考矢量α轴分量Vα和电压参考矢量β轴分量Vβ进行电压参考矢量所在扇区的判断;

矢量筛选模块,用于根据各矢量产生的共模电压大小,筛选出电压矢量用于合成电压参考矢量;

筛选出电压矢量用于合成电压参考矢量,具体为:在第一扇区,使用Vsh,V0(000),V1(100),V3(010)合成电压参考矢量;

在第二扇区,使用Vsh,V0(000),V3(010),V5(001)合成电压参考矢量;

在第三扇区,使用Vsh,V0(000),V5(001),V1(100)合成电压参考矢量;

矢量作用时间计算模块,包括矢量时间计算模块和直通时间计算模块,所述矢量时间计算模块用于根据扇区、筛选出的电压矢量、电压参考矢量与α‑β坐标系中坐标轴α轴的夹角θ及电压参考矢量对应的调制度M计算出电压参考矢量在不同扇区的非零矢量作用时间和零矢量作用时间;所述直通时间计算模块,用于根据零矢量作用时间计算出直通矢量作用时间;

所述电压参考矢量与α‑β坐标系中坐标轴α轴的夹角θ为: ,其中,Vα、Vβ分别为将电压参考矢量对坐标轴α、β轴进行投影的分量;

所述电压参考矢量对应的调制度M为:

其中, 为Z源逆变器直流链路电压, 为电压参考矢量幅值;

所述电压参考矢量在不同扇区的非零矢量作用时间和零矢量作用时间为:,

其中,第一扇区 为矢量V1作用时间,Tb为矢量V3作用时间;第二扇区 为矢量V3作用时间,Tb为矢量V5作用时间;第三扇区 为矢量V5作用时间,Tb为矢量V1作用时间;T0为零矢量作用时间,Ts为一个开关周期,i为扇区编号,调制度M范围为(0‑  );

令直通矢量占用的零矢量时间固定,直通矢量作用时间为:,

开关序列生成模块,用于根据设定的开关状态及基础电压矢量、矢量作用时间、直通矢量作用时间以及电压参考矢量所在扇区确定出开关序列,实现优化开关损耗和共模降压的开关序列。