本发明涉及九开关变换器电压调制领域，特别是涉及一种基于等效机理的九开关变换器电压空间矢量调制方法及系统。
背景技术：
随着功率变换器小型化、高可靠性和低功耗的不断发展，各国学者对功率变换器拓扑结构的改进做出了大量工作，并取得了相应的技术成果。九开关变换器可实现两个三相交流端的独立控制，相较于传统12开关背靠背式功率变换器从拓扑结构上减少了开关器件及相应的驱动电路，缩小了体积，降低了系统功耗。同时，九开关变换器还具备两路三相交流输出，可实现两路三相交流负载的独立控制，其运行模式可分为同频运行和异频运行两种。
电压空间矢量调制策略已经广泛应用于功率变换器的控制，利用电压空间矢量调制策略可实现不同类型功率变换器的控制，但是不同拓扑结构功率变换器的电压空间矢量调制策略不同，九开关变换器的电压空间矢量调制方法是通过上下两个交流输出端的电压矢量共同决定开关器件的工作状态，而不是传统意义上单一电压矢量决定开关器件的开关状态。同理，九开关变换器的调制方法，也不同于其他功率变换器的调制方法，算法不易于理解，且直流电压利用率低。
技术实现要素：
本发明针对九开关变换器的工作特点，基于九开关变换器与受限双三相六开关变换器的等效机理，提出了一种九开关变换器电压空间矢量调制方法及系统，算法易于理解，大大提高了直流电压利用率，降低了开关损耗，便于数字化实现。此外，本发明提供的技术方案同时适用于九开关变换器的同频工作模式和异频工作模式。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种九开关变换器电压空间矢量调制方法，包括：
基于利用九开关变换器与双三相六开关变换器的等效机理，确定当前时刻九开关变换器的上交流端参考电压矢量和下交流端参考电压矢量分别在双三相六开关变换器电压空间矢量中所在扇区；其中，每个所述扇区对应一个三角形，每个所述扇区对应一个扇区编号，每个所述三角形中含有一个零矢量和两个非零电压矢量；
计算所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间；
确定九开关变换器电压空间矢量与受限双三相六开关变换器虚拟桥臂之间的对照关系；
依据所述对照关系、所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间，确定九开关变换器电压空间矢量的非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间；
根据所述非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，利用开关距离计算函数，确定九开关变换器电压空间矢量作用序列；所述九开关变换器电压空间矢量作用序列包括九开关变换器电压空间矢量以及所述九开关变换器电压空间矢量对应的作用时间。
可选的，所述计算所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间，具体包括：
根据伏秒平衡原则，分别计算所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间。
可选的，所述依据所述对照关系、所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间，确定九开关变换器电压空间矢量的非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，具体包括：
依据所述对照关系，依次判断各所述非零电压矢量是否构成a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果表示所述非零电压矢量构成a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量，则根据所述非零电压矢量所在扇区编号以及所述对照关系确定a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量，根据所述非零电压矢量对应的作用时间计算a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；其中，当所述非零电压矢量构成a-a型九开关变换器电压作用矢量时，将所述非零电压矢量对应的作用时间中的最小值确定为a-a型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；当所述非零电压矢量构成a-b型九开关变换器电压作用矢量时，将所述非零电压矢量对应的作用时间中的最小值确定为a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；
若所述第一判断结果表示所述非零电压矢量未构成a-a型九开关变换器电压作用矢量且未构成a-b型九开关变换器电压作用矢量，则根据所述非零电压矢量所在扇区编号、所述对照关系以及所述非零电压矢量对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的a-0型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的7-a型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间。
可选的，所述依据所述对照关系、所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间，确定九开关变换器电压空间矢量的非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，具体包括：
依据所述对照关系，依次判断各所述非零电压矢量是否构成a-a型九开关变换器电压作用矢量，得到第二判断结果；
若所述第二判断结果表示所述非零电压矢量构成a-a型九开关变换器电压作用矢量，则根据所述非零电压矢量所在扇区编号以及所述对照关系确定a-a型九开关变换器电压作用矢量，根据所述非零电压矢量对应的作用时间计算a-a型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；
若所述第二判断结果表示所述非零电压矢量未构成a-a型九开关变换器电压作用矢量，则依据所述对照关系，判断所述非零电压矢量是否构成a-b型九开关变换器电压作用矢量，得到第三判断结果；
若所述第三判断结果表示所述非零电压矢量构成a-b型九开关变换器电压作用矢量，则根据所述非零电压矢量所在扇区编号以及所述对照关系确定a-b型九开关变换器电压作用矢量，根据所述非零电压矢量对应的作用时间计算a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；
若所述第三判断结果表示所述非零电压矢量未构成a-b型九开关变换器电压作用矢量，则根据所述非零电压矢量所在扇区编号、所述对照关系以及所述非零电压矢量对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的a-0型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的7-a型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间。
可选的，在根据所述非零电压矢量所在扇区编号以及所述对照关系确定a-a型九开关变换器电压作用矢量，根据所述非零电压矢量对应的作用时间计算a-a型九开关变换器电压作用矢量的作用时间之后，还包括：
更新构成a-a型九开关变换器电压作用矢量时作用时间最大值对应的非零电压矢量的作用时间；其中，更新后的非零电压矢量与原来非零电压矢量保持不变，更新后的非零电压矢量所在扇区编号与原来非零电压矢量所在扇区编号保持不变，更新后的非零电压矢量的作用时间为最大值作用时间与最小值作用时间的差值；
判断所述更新后的非零电压矢量以及除构成a-a型九开关变换器电压作用矢量之外的非零电压矢量是否构成a-b型九开关变换器电压作用矢量；
若是，则根据所述更新后的非零电压矢量所在扇区编号、除构成a-a型九开关变换器电压作用矢量之外的非零电压矢量所在扇区编号以及所述对照关系确定a-b型九开关变换器电压作用矢量，根据所述更新后的非零电压矢量对应的作用时间和除构成a-a型九开关变换器电压作用矢量之外的非零电压矢量对应的作用时间计算a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；
若否，则根据所述更新后的非零电压矢量所在扇区编号、除构成a-a型九开关变换器电压作用矢量之外的非零电压矢量所在扇区编号、所述对照关系、所述更新后的非零电压矢量对应的作用时间和除构成a-a型九开关变换器电压作用矢量之外的非零电压矢量对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的a-0型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的7-a型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间。
可选的，所述根据所述非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，利用开关距离计算函数，确定九开关变换器电压空间矢量作用序列，具体包括：
组合排列所述九开关变换器电压空间矢量的非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，得到多个非零电压作用矢量序列；
利用所述开关距离计算函数计算每个所述非零电压作用矢量序列的距离，并将距离最小的序列确定为初步优先非零电压作用矢量序列；
计算距离所述初步优先非零电压作用矢量序列首尾非零电压作用矢量最近的九开关变换器零作用矢量及对应的作用时间，并按照距离最小原理将所述九开关变换器零作用矢量及对应的作用时间添加至所述初步优先非零电压作用矢量序列，得到最优电压作用矢量序列；
根据所述最优非零电压作用矢量序列，确定九开关变换器电压空间矢量作用序列。
一种九开关变换器电压空间矢量调制系统，包括：
交流端参考电压矢量所在扇区位置确定模块，用于基于利用九开关变换器与双三相六开关变换器的等效机理，确定当前时刻九开关变换器的上交流端参考电压矢量和下交流端参考电压矢量分别在双三相六开关变换器电压空间矢量中所在扇区；其中，每个所述扇区对应一个三角形，每个所述扇区对应一个扇区编号，每个所述三角形中含有一个零矢量和两个非零电压矢量；
非零电压矢量作用时间计算模块，用于计算所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间；
对照关系确定模块，用于确定九开关变换器电压空间矢量与受限双三相六开关变换器虚拟桥臂之间的对照关系；
非零电压作用矢量及作用时间确定模块，用于依据所述对照关系、所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间，确定九开关变换器电压空间矢量的非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间；
九开关变换器电压空间矢量作用序列确定模块，用于根据所述非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，利用开关距离计算函数，确定九开关变换器电压空间矢量作用序列；所述九开关变换器电压空间矢量作用序列包括九开关变换器电压空间矢量以及所述九开关变换器电压空间矢量对应的作用时间。
可选的，所述非零电压矢量作用时间计算模块，具体包括：
非零电压矢量作用时间计算单元，用于根据伏秒平衡原则，分别计算所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间。
可选的，所述非零电压作用矢量及作用时间确定模块，具体包括：
第一判断结果得到模块，用于依据所述对照关系，依次判断各所述非零电压矢量是否构成a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量，得到第一判断结果；
第一非零电压作用矢量及作用时间确定单元，用于当所述第一判断结果表示所述非零电压矢量构成a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量时，根据所述非零电压矢量所在扇区编号以及所述对照关系确定a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量，根据所述非零电压矢量对应的作用时间计算a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；其中，当所述非零电压矢量构成a-a型九开关变换器电压作用矢量时，将所述非零电压矢量对应的作用时间中的最小值确定为a-a型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；当所述非零电压矢量构成a-b型九开关变换器电压作用矢量时，将所述非零电压矢量对应的作用时间中的最小值确定为a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；
第二非零电压作用矢量及作用时间确定单元，用于当所述第一判断结果表示所述非零电压矢量未构成a-a型九开关变换器电压作用矢量且未构成a-b型九开关变换器电压作用矢量时，根据所述非零电压矢量所在扇区编号、所述对照关系以及所述非零电压矢量对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的a-0型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的7-a型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间。
可选的，所述九开关变换器电压空间矢量作用序列确定模块，具体包括：
组合排列单元，用于组合排列所述九开关变换器电压空间矢量的非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，得到多个非零电压作用矢量序列；
初步优先非零电压作用矢量序列确定单元，用于利用所述开关距离计算函数计算每个所述非零电压作用矢量序列的距离，并将距离最小的序列确定为初步优先非零电压作用矢量序列；
最优电压作用矢量序列确定单元，用于计算距离所述初步优先非零电压作用矢量序列首尾非零电压作用矢量最近的九开关变换器零作用矢量及对应的作用时间，并按照距离最小原理将所述九开关变换器零作用矢量及对应的作用时间添加至所述初步优先非零电压作用矢量序列，得到最优电压作用矢量序列；
九开关变换器电压空间矢量作用序列确定单元，用于根据所述最优非零电压作用矢量序列，确定九开关变换器电压空间矢量作用序列。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种九开关变换器电压空间矢量调制方法及系统，适用于九开关变换器的同频调制和异频调制(同频：上下两个交流端的频率相同，相位可相同也可不同；异频：上下两个交流端的频率不同)，主要包括九开关变换器与受限双三相六开关变换器的等效机理、九开关变换器电压空间矢量选择与作用时间的计算以及电压空间矢量作用序列的选择。本发明提供的技术方案，算法易于理解，大大提高了直流电压利用率，降低了开关损耗，便于数字化实现。此外，本发明还有助于理解九开关变换器与受限双三相六开关变换器的等效机理，且对多交流端变换器的调制具有重要的参考意义，对九开关变换器的应用具有重要的实用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明九开关变换器拓扑结构图；
图2为本发明九开关变换器与受限双三相六开关变换器虚拟桥臂的等效机理图；
图3为本发明九开关变换器的a相桥臂与等效三相六开关变换器a相虚拟桥臂sa1和虚拟桥臂sa2之间的关系图；
图4为本发明上下等效三相六开关变换器的电压空间矢量图；
图5为本发明九开关变换器电压矢量v62和电压矢量v50表示的九开关变换器的实际工作状态示意图；
图6为本发明九开关变换器电压空间矢量调制方法的流程示意图；
图7为本发明基于等效机理的九开关变换器电压空间矢量调制方法示例图；
图8为本发明九开关变换器电压空间矢量调制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。
本发明的目的是提供一种基于等效机理的九开关变换器电压空间矢量调制方法及系统，第一个目的是提供九开关变换器与受限双三相六开关变换器的等效机理，同时该等效机理大大的简化了九开关变换器电压空间矢量调制方法的设计难度。第二个目的是基于所给出的等效机理所提供的一种九开关变换器的电压空间矢量调制方法及系统，同时适用于同频工作模式和异频工作模式。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
九开关变换器拓扑结构如图1所示，其中，直流母线电压为udc，共有三个桥臂，分别为桥臂a、桥臂b和桥臂c。
定义每个开关器件的开关状态如下：
其中，x＝a,b,c；i＝h,m,l。a、b、c为九开关变换器的三相桥臂；h、m、l为九开关变换器上、中、下三组开关器件。
对于任一桥臂均有三种工作状态，由九开关变换器拓扑结构可得九开关变换器共有27个电压空间矢量，定义九开关变换器每个桥臂的工作状态如下：
其中，a、b、c为九开关变换器的三相桥臂；h、m、l为九开关变换器上、中、下三组开关器件；sjk(j为a、b、c；k为0，1，2，…26)表示每个桥臂的开关状态。
按照图2所示的九开关变换器与受限双三相六开关变换器虚拟桥臂的等效机理图和表1所示的九开关变换器电压空间矢量与受限双三相六开关变换器虚拟桥臂之间的对照表，可将两个受限三相六开关变换器电压矢量的组合转换为九开关变换器电压矢量。
表1九开关变换器电压空间矢量与受限双三相六开关变换器虚拟桥臂之间的对照表
从本质上来说，九开关变换器的中间一组开关器件通过复用被虚拟化成两组开关器件，此时九开关变换器相当于两个有约束关系的三相六开关变换器。九开关变换器的a相桥臂与等效三相六开关变换器a相虚拟桥臂sa1和虚拟桥臂sa2之间的关系如图3所示。其等效机理可以解释为：
其中，saxy(x＝1，2；y＝u，l)表示虚拟桥臂中的开关；
进一步地，虚拟桥臂的状态定义如下：
从公式(1)-(4)可以得出，虚拟桥臂的状态用开关器件定义如下：
其中，x＝a1，b1，c1，a2，b2，c2表示虚拟桥臂。
因此，上输出端等效三相六开关变换器共有8(23)个可行开关状态，即有8个电压矢量。上输出端等效三相六开关变换器的电压矢量空间如图4所示，上输出端等效三相六开关变换器电压空间矢量平面分为6个扇区，分别为：ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、ⅴ和ⅵ；每个扇区对应一个三角形，每个三角形所对应的三个电压矢量与三相六开关变换器电压空间矢量一致。其中六个扇区如下所示:
类似地，下输出端等效六开关变换器有8个电压矢量，其电压矢量空间如图4所示，现将下输出端等效六开关变换器的电压矢量空间划分为6个扇区:
定义九开关变换器电压空间矢量状态与单极性二值逻辑的关系为
式中x表示上端三相六开关变换器的工作状态，即vxu；z表示下端三相六开关变换器的工作状态，即vzl。(x)8是九开关变换器上端开关器件{sah、sbh、sch}的开关状态组合的八进制表示，
进一步地，为了降低开关损耗，使得调制过程中开关器件的切换次数最小化，定义九开关变换器空间矢量
例如，空间向量v62和v50之间的距离为：
即九开关变换器的工作状态从v62切换为v50需要4个单位的切换时间。从图5可以看出，其中，有四个开关的状态发生改变：{sbh＝1，sbl＝0，sch＝0，scm＝1}的状态变为{sbh＝0，sbl＝1，sch＝1，scm＝0}。空间距离函数描述了九开关变换器在任意两个实际工作状态之间的开关器件的切换次数；可以通过空间矢量距离函数来指导电压矢量的选择，优化电压矢量的切换序列，从而降低开关器件的切换功耗。
九开关变换器上、下端的参考电压矢量分别定义为:
其中，|vu|和|vl|分别为电压矢量vu和vl的矢量长度；∠α和∠β分别是vu和vl的角度。
针对如图1所示的九开关变换器的拓扑结构，本发明提供的九开关变换器电压空间矢量调制方法，如图6所示，包括如下步骤：
步骤101：基于利用九开关变换器与双三相六开关变换器的等效机理，确定当前时刻九开关变换器的上交流端参考电压矢量和下交流端参考电压矢量分别在双三相六开关变换器电压空间矢量中所在扇区；其中，每个所述扇区对应一个三角形，每个所述扇区对应一个扇区编号，每个所述三角形中含有三个电压矢量，一个零矢量和两个非零电压矢量。
步骤102：计算所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间。
步骤103：确定九开关变换器电压空间矢量与受限双三相六开关变换器虚拟桥臂之间的对照关系，如表1所示。
步骤104：依据所述对照关系、所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间，确定九开关变换器电压空间矢量的非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间。
步骤105：根据所述非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，利用开关距离计算函数，确定九开关变换器电压空间矢量作用序列；所述九开关变换器电压空间矢量作用序列包括九开关变换器电压空间矢量以及所述九开关变换器电压空间矢量对应的作用时间。
其中，步骤102具体包括：
根据伏秒平衡原则，分别所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间。其计算公式为：
其中，
步骤104具体包括：
依据所述对照关系，依次判断各所述非零电压矢量是否构成a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量，得到第一判断结果。
若所述第一判断结果表示所述非零电压矢量构成a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量，则根据所述非零电压矢量所在扇区编号以及所述对照关系确定a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量，根据所述非零电压矢量对应的作用时间计算a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间，以及计算a-a、a-b型九开关变换器电压作用矢量不能代替的非零六开关变换器电压作用矢量所相应的a-0、7-a型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间。
其中，当所述非零电压矢量构成a-a型九开关变换器电压作用矢量时，将所述非零电压矢量对应的作用时间中的最小值确定为a-a型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；当所述非零电压矢量构成a-b型九开关变换器电压作用矢量时，将所述非零电压矢量对应的作用时间中的最小值确定为a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间。
若所述第一判断结果表示所述非零电压矢量未构成a-a型九开关变换器电压作用矢量且未构成a-b型九开关变换器电压作用矢量，则根据所述非零电压矢量所在扇区编号、所述对照关系以及所述非零电压矢量对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的a-0型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的7-a型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间。
步骤104进一步包括：
依据所述对照关系，依次判断各所述非零电压矢量是否构成a-a型九开关变换器电压作用矢量，得到第二判断结果。
若所述第二判断结果表示所述非零电压矢量构成a-a型九开关变换器电压作用矢量，则根据所述非零电压矢量所在扇区编号以及所述对照关系确定a-a型九开关变换器电压作用矢量，根据所述非零电压矢量对应的作用时间计算a-a型九开关变换器电压作用矢量的作用时间，以及计算a-a型型九开关变换器电压作用矢量不能代替的非零六开关变换器电压作用矢量所相应的a-0、7-a型九开关变换器电压作用矢量及作用时间。其中，当所述非零电压矢量构成a-a型九开关变换器电压作用矢量时，将所述非零电压矢量对应的作用时间中的最小值确定为a-a型九开关变换器电压作用矢量的作用时间。
此外，在上述步骤之后，更新构成a-a型九开关变换器电压作用矢量时作用时间最大值对应的非零电压矢量的作用时间；其中，更新后的非零电压矢量与原来非零电压矢量保持不变，更新后的非零电压矢量所在扇区编号与原来非零电压矢量所在扇区编号保持不变，更新后的非零电压矢量的作用时间为最大值作用时间与最小值作用时间的差值。
判断更新后的非零电压矢量以及除构成a-a型九开关变换器电压作用矢量之外的非零电压矢量是否构成a-b型九开关变换器电压作用矢量，若是，则根据所述更新后的非零电压矢量所在扇区编号、除构成a-a型九开关变换器电压作用矢量之外的非零电压矢量所在扇区编号以及所述对照关系确定a-b型九开关变换器电压作用矢量，根据所述更新后的非零电压矢量对应的作用时间和除构成a-a型九开关变换器电压作用矢量之外的非零电压矢量对应的作用时间计算a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间，以及计算a-b型型九开关变换器电压作用矢量不能代替的非零六开关变换器电压作用矢量所相应的a-0、7-a型九开关变换器电压作用矢量及作用时间；若否，则根据所述更新后的非零电压矢量所在扇区编号、除构成a-a型九开关变换器电压作用矢量之外的非零电压矢量所在扇区编号、所述对照关系、所述更新后的非零电压矢量对应的作用时间和除构成a-a型九开关变换器电压作用矢量之外的非零电压矢量对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的a-0型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的7-a型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间。
若所述第二判断结果表示所述非零电压矢量未构成a-a型九开关变换器电压作用矢量，则依据所述对照关系，判断所述非零电压矢量是否构成a-b型九开关变换器电压作用矢量，得到第三判断结果。
若所述第三判断结果表示所述非零电压矢量构成a-b型九开关变换器电压作用矢量，则根据所述非零电压矢量所在扇区编号以及所述对照关系确定a-b型九开关变换器电压作用矢量，根据所述非零电压矢量对应的作用时间计算a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间，以及计算a-b型型九开关变换器电压作用矢量不能代替的非零六开关变换器电压作用矢量所相应的a-0、7-a型九开关变换器电压作用矢量及作用时间。
若所述第三判断结果表示所述非零电压矢量未构成a-b型九开关变换器电压作用矢量，则根据所述非零电压矢量所在扇区编号、所述对照关系以及所述非零电压矢量对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的a-0型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的7-a型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间。
步骤105具体包括：
组合排列所述九开关变换器电压空间矢量的非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，得到多个非零电压作用矢量序列。
利用所述开关距离计算函数计算每个所述非零电压作用矢量序列的距离(即开关次数)，并将距离最小的序列确定为初步优先非零电压作用矢量序列。距离最小的序列可能为多个，选择其中一个距离最小的序列确定为初步优先非零电压作用矢量序列。
计算距离所述初步优先非零电压作用矢量序列首尾非零电压作用矢量最近的九开关变换器零作用矢量及对应的作用时间，并按照距离最小原理将所述九开关变换器零作用矢量及对应的作用时间添加至所述初步优先非零电压作用矢量序列，得到最优电压作用矢量序列。
根据所述最优非零电压作用矢量序列，确定九开关变换器电压空间矢量作用序列。
实施例二
如图7所示，基于等效机理的九开关功率变换器空间矢量调制算法主要由6个步骤组成，如下所述。
step1:分别计算上交流端参考电压矢量vu、下交流端参考电压矢量vl所处的扇区，即vu和vl分别属于扇区
step2:根据伏秒平衡原则分别计算非零电压矢量
其中，
step3:确定a-a型九开关变换器电压作用矢量是否被优先选择。①如果m2＝n2，选择a-a型九开关变换器电压作用矢量
step4:确定a-b型矢量{v64，v62，v54，v51，v42，v41}是否被优先用于扇区
step5:根据上述步骤中所选择的动作矢量序列和相应的动作时间，给出非零开关序列和相应开关的作用时间。分别计算第一个动作矢量到最后一个动作矢量与零矢量{v70，v77，v50}的切换次数，即距离，分别选择具有最小距离的第一个零作用矢量和最后一个零作用矢量。零矢量的作用时间是ts的一半减去上面的非零作用向量，其中ts是九开关变换器开关器件的切换周期。
step6:根据以上分析，给出合理的动作顺序和相应的动作时间，以保证开关器件之间切换的次数最小。
最后，对九开关变换器每个桥臂所对应的开关状态进行解码从而最终获得九开关变换器开关器件的驱动波形。
图7也给出一个实例：对于一个给定的工作周期，vu是220∠π/4，vl是110∠π/2，且直流电压源udc的电压是700v。
实施例三
为实现上述目的，本发明还提供了一种九开关变换器电压空间矢量调制系统，如图8所示，包括：
交流端参考电压矢量所在扇区位置确定模块201，用于基于利用九开关变换器与双三相六开关变换器的等效机理，确定当前时刻九开关变换器的上交流端参考电压矢量和下交流端参考电压矢量分别在双三相六开关变换器电压空间矢量中所在扇区；其中，每个所述扇区对应一个三角形，每个所述扇区对应一个扇区编号，每个所述三角形中含有一个零矢量和两个非零电压矢量。
非零电压矢量作用时间计算模块202，用于计算所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间。
对照关系确定模块203，用于确定九开关变换器电压空间矢量与受限双三相六开关变换器虚拟桥臂之间的对照关系。
非零电压作用矢量及作用时间确定模块204，用于依据所述对照关系、所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间，确定九开关变换器电压空间矢量的非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间。
九开关变换器电压空间矢量作用序列确定模块205，用于根据所述非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，利用开关距离计算函数，确定九开关变换器电压空间矢量作用序列；所述九开关变换器电压空间矢量作用序列包括九开关变换器电压空间矢量以及所述九开关变换器电压空间矢量对应的作用时间。
所述非零电压矢量作用时间计算模块202，具体包括：
非零电压矢量作用时间计算单元，用于根据伏秒平衡原则，分别计算所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间。
所述非零电压作用矢量及作用时间确定模块204，具体包括：
第一判断结果得到模块，用于依据所述对照关系，依次判断各所述非零电压矢量是否构成a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量，得到第一判断结果。
第一非零电压作用矢量及作用时间确定单元，用于当所述第一判断结果表示所述非零电压矢量构成a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量时，根据所述非零电压矢量所在扇区编号以及所述对照关系确定a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量，根据所述非零电压矢量对应的作用时间计算a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；其中，当所述非零电压矢量构成a-a型九开关变换器电压作用矢量时，将所述非零电压矢量对应的作用时间中的最小值确定为a-a型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；当所述非零电压矢量构成a-b型九开关变换器电压作用矢量时，将所述非零电压矢量对应的作用时间中的最小值确定为a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间。
第二非零电压作用矢量及作用时间确定单元，用于当所述第一判断结果表示所述非零电压矢量未构成a-a型九开关变换器电压作用矢量且未构成a-b型九开关变换器电压作用矢量时，根据所述非零电压矢量所在扇区编号、所述对照关系以及所述非零电压矢量对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的a-0型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的7-a型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间。
所述九开关变换器电压空间矢量作用序列确定模块205，具体包括：
组合排列单元，用于组合排列所述九开关变换器电压空间矢量的非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，得到多个非零电压作用矢量序列。
初步优先非零电压作用矢量序列确定单元，用于利用所述开关距离计算函数计算每个所述非零电压作用矢量序列的距离，并将距离最小的序列确定为初步优先非零电压作用矢量序列。
最优电压作用矢量序列确定单元，用于计算距离所述初步优先非零电压作用矢量序列首尾非零电压作用矢量最近的九开关变换器零作用矢量及对应的作用时间，并按照距离最小原理将所述九开关变换器零作用矢量及对应的作用时间添加至所述初步优先非零电压作用矢量序列，得到最优电压作用矢量序列。
九开关变换器电压空间矢量作用序列确定单元，用于根据所述最优非零电压作用矢量序列，确定九开关变换器电压空间矢量作用序列。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
1.一种九开关变换器电压空间矢量调制方法，其特征在于，包括：
基于利用九开关变换器与双三相六开关变换器的等效机理，确定当前时刻九开关变换器的上交流端参考电压矢量和下交流端参考电压矢量分别在双三相六开关变换器电压空间矢量中所在扇区；其中，每个所述扇区对应一个三角形，每个所述扇区对应一个扇区编号，每个所述三角形中含有一个零矢量和两个非零电压矢量；
计算所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间；
确定九开关变换器电压空间矢量与受限双三相六开关变换器虚拟桥臂之间的对照关系；
依据所述对照关系、所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间，确定九开关变换器电压空间矢量的非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间；
根据所述非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，利用开关距离计算函数，确定九开关变换器电压空间矢量作用序列；所述九开关变换器电压空间矢量作用序列包括九开关变换器电压空间矢量以及所述九开关变换器电压空间矢量对应的作用时间。
2.根据权利要求1所述的一种九开关变换器电压空间矢量调制方法，其特征在于，所述计算所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间，具体包括：
根据伏秒平衡原则，分别计算所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间。
3.根据权利要求1所述的一种九开关变换器电压空间矢量调制方法，其特征在于，所述依据所述对照关系、所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间，确定九开关变换器电压空间矢量的非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，具体包括：
依据所述对照关系，依次判断各所述非零电压矢量是否构成a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果表示所述非零电压矢量构成a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量，则根据所述非零电压矢量所在扇区编号以及所述对照关系确定a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量，根据所述非零电压矢量对应的作用时间计算a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；其中，当所述非零电压矢量构成a-a型九开关变换器电压作用矢量时，将所述非零电压矢量对应的作用时间中的最小值确定为a-a型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；当所述非零电压矢量构成a-b型九开关变换器电压作用矢量时，将所述非零电压矢量对应的作用时间中的最小值确定为a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；
若所述第一判断结果表示所述非零电压矢量未构成a-a型九开关变换器电压作用矢量且未构成a-b型九开关变换器电压作用矢量，则根据所述非零电压矢量所在扇区编号、所述对照关系以及所述非零电压矢量对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的a-0型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的7-a型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间。
4.根据权利要求1所述的一种九开关变换器电压空间矢量调制方法，其特征在于，所述依据所述对照关系、所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间，确定九开关变换器电压空间矢量的非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，具体包括：
依据所述对照关系，依次判断各所述非零电压矢量是否构成a-a型九开关变换器电压作用矢量，得到第二判断结果；
若所述第二判断结果表示所述非零电压矢量构成a-a型九开关变换器电压作用矢量，则根据所述非零电压矢量所在扇区编号以及所述对照关系确定a-a型九开关变换器电压作用矢量，根据所述非零电压矢量对应的作用时间计算a-a型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；
若所述第二判断结果表示所述非零电压矢量未构成a-a型九开关变换器电压作用矢量，则依据所述对照关系，判断所述非零电压矢量是否构成a-b型九开关变换器电压作用矢量，得到第三判断结果；
若所述第三判断结果表示所述非零电压矢量构成a-b型九开关变换器电压作用矢量，则根据所述非零电压矢量所在扇区编号以及所述对照关系确定a-b型九开关变换器电压作用矢量，根据所述非零电压矢量对应的作用时间计算a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；
若所述第三判断结果表示所述非零电压矢量未构成a-b型九开关变换器电压作用矢量，则根据所述非零电压矢量所在扇区编号、所述对照关系以及所述非零电压矢量对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的a-0型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的7-a型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间。
5.根据权利要求4所述的一种九开关变换器电压空间矢量调制方法，其特征在于，在根据所述非零电压矢量所在扇区编号以及所述对照关系确定a-a型九开关变换器电压作用矢量，根据所述非零电压矢量对应的作用时间计算a-a型九开关变换器电压作用矢量的作用时间之后，还包括：
更新构成a-a型九开关变换器电压作用矢量时作用时间最大值对应的非零电压矢量的作用时间；其中，更新后的非零电压矢量与原来非零电压矢量保持不变，更新后的非零电压矢量所在扇区编号与原来非零电压矢量所在扇区编号保持不变，更新后的非零电压矢量的作用时间为最大值作用时间与最小值作用时间的差值；
判断所述更新后的非零电压矢量以及除构成a-a型九开关变换器电压作用矢量之外的非零电压矢量是否构成a-b型九开关变换器电压作用矢量；
若是，则根据所述更新后的非零电压矢量所在扇区编号、除构成a-a型九开关变换器电压作用矢量之外的非零电压矢量所在扇区编号以及所述对照关系确定a-b型九开关变换器电压作用矢量，根据所述更新后的非零电压矢量对应的作用时间和除构成a-a型九开关变换器电压作用矢量之外的非零电压矢量对应的作用时间计算a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；
若否，则根据所述更新后的非零电压矢量所在扇区编号、除构成a-a型九开关变换器电压作用矢量之外的非零电压矢量所在扇区编号、所述对照关系、所述更新后的非零电压矢量对应的作用时间和除构成a-a型九开关变换器电压作用矢量之外的非零电压矢量对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的a-0型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的7-a型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间。
6.根据权利要求1所述的一种九开关变换器电压空间矢量调制方法，其特征在于，所述根据所述非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，利用开关距离计算函数，确定九开关变换器电压空间矢量作用序列，具体包括：
组合排列所述九开关变换器电压空间矢量的非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，得到多个非零电压作用矢量序列；
利用所述开关距离计算函数计算每个所述非零电压作用矢量序列的距离，并将距离最小的序列确定为初步优先非零电压作用矢量序列；
计算距离所述初步优先非零电压作用矢量序列首尾非零电压作用矢量最近的九开关变换器零作用矢量及对应的作用时间，并按照距离最小原理将所述九开关变换器零作用矢量及对应的作用时间添加至所述初步优先非零电压作用矢量序列，得到最优电压作用矢量序列；
根据所述最优非零电压作用矢量序列，确定九开关变换器电压空间矢量作用序列。
7.一种九开关变换器电压空间矢量调制系统，其特征在于，包括：
交流端参考电压矢量所在扇区位置确定模块，用于基于利用九开关变换器与双三相六开关变换器的等效机理，确定当前时刻九开关变换器的上交流端参考电压矢量和下交流端参考电压矢量分别在双三相六开关变换器电压空间矢量中所在扇区；其中，每个所述扇区对应一个三角形，每个所述扇区对应一个扇区编号，每个所述三角形中含有一个零矢量和两个非零电压矢量；
非零电压矢量作用时间计算模块，用于计算所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间；
对照关系确定模块，用于确定九开关变换器电压空间矢量与受限双三相六开关变换器虚拟桥臂之间的对照关系；
非零电压作用矢量及作用时间确定模块，用于依据所述对照关系、所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间，确定九开关变换器电压空间矢量的非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间；
九开关变换器电压空间矢量作用序列确定模块，用于根据所述非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，利用开关距离计算函数，确定九开关变换器电压空间矢量作用序列；所述九开关变换器电压空间矢量作用序列包括九开关变换器电压空间矢量以及所述九开关变换器电压空间矢量对应的作用时间。
8.根据权利要求7所述的一种九开关变换器电压空间矢量调制系统，其特征在于，所述非零电压矢量作用时间计算模块，具体包括：
非零电压矢量作用时间计算单元，用于根据伏秒平衡原则，分别计算所述上交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间和所述下交流端参考电压矢量所在扇区中非零电压矢量的作用时间。
9.根据权利要求7所述的一种九开关变换器电压空间矢量调制系统，其特征在于，所述非零电压作用矢量及作用时间确定模块，具体包括：
第一判断结果得到模块，用于依据所述对照关系，依次判断各所述非零电压矢量是否构成a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量，得到第一判断结果；
第一非零电压作用矢量及作用时间确定单元，用于当所述第一判断结果表示所述非零电压矢量构成a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量时，根据所述非零电压矢量所在扇区编号以及所述对照关系确定a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量，根据所述非零电压矢量对应的作用时间计算a-a型九开关变换器电压作用矢量或a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；其中，当所述非零电压矢量构成a-a型九开关变换器电压作用矢量时，将所述非零电压矢量对应的作用时间中的最小值确定为a-a型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；当所述非零电压矢量构成a-b型九开关变换器电压作用矢量时，将所述非零电压矢量对应的作用时间中的最小值确定为a-b型九开关变换器电压作用矢量的作用时间；
第二非零电压作用矢量及作用时间确定单元，用于当所述第一判断结果表示所述非零电压矢量未构成a-a型九开关变换器电压作用矢量且未构成a-b型九开关变换器电压作用矢量时，根据所述非零电压矢量所在扇区编号、所述对照关系以及所述非零电压矢量对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的a-0型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间，计算非零六开关变换器电压作用矢量所相应的7-a型九开关变换器电压作用矢量及对应的作用时间。
10.根据权利要求7所述的一种九开关变换器电压空间矢量调制系统，其特征在于，所述九开关变换器电压空间矢量作用序列确定模块，具体包括：
组合排列单元，用于组合排列所述九开关变换器电压空间矢量的非零电压作用矢量以及所述非零电压作用矢量对应的作用时间，得到多个非零电压作用矢量序列；
初步优先非零电压作用矢量序列确定单元，用于利用所述开关距离计算函数计算每个所述非零电压作用矢量序列的距离，并将距离最小的序列确定为初步优先非零电压作用矢量序列；
最优电压作用矢量序列确定单元，用于计算距离所述初步优先非零电压作用矢量序列首尾非零电压作用矢量最近的九开关变换器零作用矢量及对应的作用时间，并按照距离最小原理将所述九开关变换器零作用矢量及对应的作用时间添加至所述初步优先非零电压作用矢量序列，得到最优电压作用矢量序列；
九开关变换器电压空间矢量作用序列确定单元，用于根据所述最优非零电压作用矢量序列，确定九开关变换器电压空间矢量作用序列。
技术总结