一種簡化的三電平空間矢量調(diào)制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種簡化的三電平空間矢量調(diào)制方法，包括以下步驟：（1）根據(jù)控制系統(tǒng)的三相電壓得到參考電壓合成矢量；（2）判斷參考電壓合成矢量所在的大扇區(qū)；（3）判斷參考電壓合成矢量所在的小扇區(qū)；（4）計算參考電壓合成矢量所在小扇區(qū)中各矢量的作用時間；（5）安排參考電壓合成矢量所在小扇區(qū)中各矢量的開關(guān)序列；（6）根據(jù)開關(guān)序列計算占空比。本發(fā)明方法通過棄用6個大矢量，利用剩余21個基本空間矢量劃分電壓矢量空間，減少了電壓矢量和扇區(qū)的數(shù)量，降低了空間復雜度，有效減少了算法運行時間，提高了運行效率，有利于三電平空間矢量調(diào)制技術(shù)的推廣應用。
【專利說明】一種簡化的三電平空間矢量調(diào)制方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子【技術(shù)領域】，涉及一種三電平空間矢量調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]針對三相逆變器，常用的調(diào)制方法主要有正弦脈寬調(diào)制技術(shù)SPWM和空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)SVPWM。SPWM技術(shù)是用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，簡單有效，容易實現(xiàn)；SVPWM技術(shù)是根據(jù)三相逆變器不同開關(guān)模式作適當?shù)那袚Q，從而形成PWM波，使得所形成的實際磁鏈矢量來追蹤其準確磁鏈圓，需要額外的計算時間，但是可以提高直流母線電壓的利用率，特別在電機調(diào)速領域得到了廣泛的應用。根據(jù)空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)，任意參考矢量都可以由基本空間矢量合成。為了降低開關(guān)頻率和開關(guān)損耗，同時減少輸出電壓矢量的諧波含量，一般采用與參考矢量相鄰最近的三個基本空間矢量來合成。
[0003]三電平逆變器中一般將矢量空間劃分為6個大扇區(qū)，每個大扇區(qū)又分為4個小扇區(qū)，形成了 24個基本三角形區(qū)域，每個三角形區(qū)域由三個基本空間矢量構(gòu)成。這樣就會有27個基本空間矢量，根據(jù)空間矢量的長度可分為:大矢量、中矢量、小矢量和零矢量。大矢
量的長度為2/3Vd。,共計有6個；中矢量的長度為力/3F*.:，共計有6個；小矢量的長度為
l/3Vd。，共計有12個；零矢量長度為0，共計3個。
[0004]三電平逆變器一個比較常見的問題:直流側(cè)電容的均壓。當直流側(cè)電容電壓均壓失敗，會影響輸出電壓波形，嚴重情況下將會損壞功率開關(guān)器件。研究分析表明:大矢量和零矢量不會導致直流側(cè)電容電壓不平衡，但中矢量和小矢量將引起直流側(cè)電容電壓不均衡，而且成對小矢量對電容電壓的作用相反。因此，現(xiàn)有的空間矢量調(diào)制方法主要是通過控制成對的小矢量來實現(xiàn)電容電壓的均衡。實際上，大矢量既不影響直流側(cè)電容電壓的均衡，又不制約直流電壓的利用率，對整個控制作用不大，反而增加了空間的復雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題:為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提供了一種不會影響控制效果、有效減少矢量、降低了空間復雜度的簡化的三電平空間矢量調(diào)制方法。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的一種簡化的三電平空間矢量調(diào)制方法，包括以下步驟:
[0007](I)根據(jù)控制系統(tǒng)的三相電壓得到參考電壓合成矢量；
[0008](2)判斷參考電壓合成矢量所在的空間矢量大扇區(qū)，空間矢量大扇區(qū)是將空間矢量圖中的6個大矢量棄用后，用剩余的21個矢量劃分得到的；
[0009](3)判斷參考電壓合成矢量所在的空間矢量小扇區(qū)，空間矢量小扇區(qū)是將所在大扇區(qū)的大矢量棄用后，用剩余的矢量劃分得到的；
[0010](4)計算參考電壓合成矢量所在空間矢量小扇區(qū)中三個基本空間矢量的作用時間；
[0011](5)安排參考電壓合成矢量所在空間矢量小扇區(qū)中三個基本空間矢量的開關(guān)序列；
[0012](6)根據(jù)步驟(5)中安排的開關(guān)序列計算占空比，然后將占空比作為功率器件的驅(qū)
動信號。
[0013]本發(fā)明方法的步驟(2)中，空間矢量大扇區(qū)是按照如下方法劃分得到的:
[0014](A)棄用空間矢量圖中的6個大矢量，得到剩余21個電壓矢量，分別為3個零矢量、12個小矢量和6個中矢量；
[0015](B)基于步驟(A)中棄用的6個大矢量，從空間矢量圖中找到每個棄用的大矢量的相鄰最近的兩個中矢量；
[0016](C)按照如下方法得到所有空間矢量大扇區(qū):將棄用的大矢量與其相鄰最近的兩個中矢量連接，將空間矢量圖中的零矢量與這兩個中矢量連接，所圍成的區(qū)域即為一個空間矢量大扇區(qū)；
[0017]本發(fā)明方法的步驟(3)中，空間矢量小扇區(qū)是按照如下方法劃分得到的:
[0018](a)找到每個空間矢量大扇區(qū)中包含的小矢量；
[0019](b)在每個空間矢量大扇區(qū)中，將小矢量分別與零矢量和兩個中矢量連接，將空間矢量大扇區(qū)分割而成的三個區(qū)域即為空間矢量圖大扇區(qū)中的小扇區(qū)。
[0020]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0021]1.本發(fā)明所提供的一種簡化的三電平空間矢量調(diào)制方法，克服了傳統(tǒng)三電平空間矢量調(diào)制方法判斷小扇區(qū)時，由于采用三角函數(shù)，判斷比較復雜，時延較大的問題。本發(fā)明所提供的方法判斷小扇區(qū)時，首先將三電平空間矢量轉(zhuǎn)換到兩電平空間矢量，然后在兩電平條件下判斷小扇區(qū)，此時所采用的判斷方法與判斷大扇區(qū)方法一致，這樣轉(zhuǎn)換到兩電平條件下之后，無須額外的判斷算法，從而簡化了判斷過程，提高了可靠性；同時判斷方法只有四則運算，不存在三角函數(shù)計算，減少了計算延時，提高了實時性；最后由于基本空間矢量作用時間也是在兩電平條件下計算的，所以可以直接計算基本空間矢量的作用時間，無須重復轉(zhuǎn)換，從而進一步減少了算法時間。
[0022]2.本發(fā)明所提供的一種簡化的三電平空間矢量調(diào)制方法，解決了傳統(tǒng)三電平空間矢量調(diào)制方法矢量較多和分區(qū)復雜的問題。傳統(tǒng)三電平空間矢量調(diào)制方法存在27種基本電壓矢量，分別為3個零矢量、12個小矢量、6個中矢量和6個大矢量，一般是將電壓空間矢量劃分為6個大扇區(qū)，每個大扇區(qū)又劃分為4個小扇區(qū)，形成了 24個基本三角形區(qū)域，每個三角形區(qū)域由三個基本空間矢量構(gòu)成，本發(fā)明所提供的方法，考慮到大矢量既不影響直流側(cè)電容電壓的均衡，又不制約直流電壓的利用率，將6個大矢量棄用后，利用剩余21個基本空間矢量重新將電壓矢量空間劃分為6個大扇區(qū)，每個大扇區(qū)劃分為3個小扇區(qū)，形成了 18個多邊形區(qū)域，這樣不僅不會影響控制系統(tǒng)的效果，而且還可以有效減少電壓矢量和扇區(qū)的數(shù)量，降低空間復雜度，減少算法運行時間，提高運行效率，有利于三電平空間矢量調(diào)制技術(shù)的推廣應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明方法的電壓空間矢量分區(qū)圖。
[0024]圖2為傳統(tǒng)電壓空間矢量分區(qū)圖。
[0025]圖3為本發(fā)明方法的第I大扇區(qū)轉(zhuǎn)換圖。[0026]圖4為本發(fā)明方法的第I大扇區(qū)開關(guān)序列圖，其中圖4 (a)為第I大扇區(qū)第I I小扇區(qū)開關(guān)序列圖，圖4 (b)為第I大扇區(qū)第I 2小扇區(qū)開關(guān)序列圖，圖4 (c)為第I大扇區(qū)第I 3小扇區(qū)開關(guān)序列圖。
[0027]圖5為三電平逆變器結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖中有:零矢量Vz、第一小矢量Vs1、第二小矢量Vs2、第三小矢量Vs3、第四小矢量Vs4、第五小矢量Vs5、第六小矢量Vs6、第一中矢量Vm1、第二中矢量Vm2、第三中矢量Vm3、第四中矢量Vm4、第五中矢量Vm5、第六中矢量Vm6、第一大矢量Vu、第二大矢量Vlj2、第三大矢量Vu、第四大矢量Vm、第五大矢量Vm、第六大矢量Vu1、零矢量轉(zhuǎn)換后矢量V4、第一小矢量轉(zhuǎn)換后矢量Vtl、第一中矢量轉(zhuǎn)換后矢量V2、第六中矢量轉(zhuǎn)換后矢量V6、參考電壓合成矢量VMf、轉(zhuǎn)換后的參考電壓合成矢量VMfl。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合說明書附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0030]本發(fā)明的簡化的三電平空間矢量調(diào)制方法，考慮到大矢量既不影響直流側(cè)電容電壓的均衡，又不制約直流電壓的利用率，因此考慮將其去掉，這樣不僅不會影響控制效果，而且降低了空間復雜度。圖1是本發(fā)明方法的電壓空間矢量分區(qū)圖，圖2是傳統(tǒng)電壓空間矢量分區(qū)圖，比較圖1和圖2可知:本發(fā)明所提供的一種簡化的三電平空間矢量調(diào)制方法使得有效矢量從27減少到21，有效區(qū)域從24減少到18，降低了空間復雜度，有利于三電平空間矢量調(diào)制技術(shù)的推廣應用，該方法主要包括以下步驟:
[0031](I)根據(jù)控制系統(tǒng)的三相電壓得到參考電壓合成矢量；
[0032](2)判斷參考電壓合成矢量所在的空間矢量大扇區(qū)，空間矢量大扇區(qū)是將空間矢量圖中的6個大矢量棄用后，用剩余的21個矢量劃分得到的；
[0033](3)判斷參考電壓合成矢量所在的空間矢量小扇區(qū)，空間矢量小扇區(qū)是將所在大扇區(qū)的大矢量棄用后，用剩余的矢量劃分得到的；
[0034](4)計算參考電壓合成矢量所在空間矢量小扇區(qū)中三個基本空間矢量的作用時間；
[0035](5)安排參考電壓合成矢量所在空間矢量小扇區(qū)中三個基本空間矢量的開關(guān)序列；
[0036](6)根據(jù)步驟(5)中安排的開關(guān)序列計算占空比，然后將占空比作為功率器件的驅(qū)
動信號。
[0037]步驟(2)中的空間矢量大扇區(qū)是按照如下方法劃分得到的:
[0038](A)棄用空間矢量圖中的6個大矢量，得到剩余21個電壓矢量，分別為3個零矢量、12個小矢量和6個中矢量，其中3個零矢量在空間位置上是重合的，12個小矢量在空間位置上兩兩重合，構(gòu)成了 6組空間位置上相互對立的矢量對，6個中矢量在空間位置上是相互獨立的；
[0039](B)基于步驟(A)中棄用的6個大矢量，從空間矢量圖中找到每個棄用的大矢量的相鄰最近的兩個中矢量；
[0040](C)按照如下方法得到所有空間矢量大扇區(qū):將棄用的大矢量與其相鄰最近的兩個中矢量連接，將空間矢量圖中的零矢量與這兩個中矢量連接，所圍成的區(qū)域即為一個空間矢量大扇區(qū)。
[0041]空間矢量圖大扇區(qū)劃分結(jié)果為:空間矢量圖第I大扇區(qū)是由零矢量Vz、第一中矢量Vm1、第一大矢量Vu和第六中矢量Vm6構(gòu)成的封閉四邊形區(qū)域；空間矢量圖第II大扇區(qū)是由零矢量Vz、第二中矢量Vm2、第二大矢量L和第一中矢量Vmi構(gòu)成的封閉四邊形區(qū)域；空間矢量圖第III大扇區(qū)是由零矢量Vz、第三中矢量Vm3、第三大矢量Vu和第二中矢量Vm2構(gòu)成的封閉四邊形區(qū)域；空間矢量圖第IV大扇區(qū)是由零矢量Vz、第四中矢量Vm4、第四大矢量Vm和第三中矢量Vm3構(gòu)成的封閉四邊形區(qū)域；空間矢量圖第V大扇區(qū)是由零矢量Vz、第五中矢量Vm5、第五大矢量Vw和第四中矢量Vm4構(gòu)成的封閉四邊形區(qū)域；空間矢量圖第VI大扇區(qū)是由零矢量Vz、第六中矢量Vm6、第六大矢量Vui和第五中矢量Vm5構(gòu)成的封閉四邊形區(qū)域。
[0042]步驟(3)中的空間矢量小扇區(qū)是按照如下方法劃分得到的:
[0043](a)找到每個空間矢量大扇區(qū)中包含的小矢量；
[0044](b)在每個空間矢量大扇區(qū)中，將小矢量分別與零矢量和兩個中矢量連接，將空間矢量大扇區(qū)分割而成的三個區(qū)域即為空間矢量圖大扇區(qū)中的小扇區(qū)。
[0045]空間矢量圖小扇區(qū)劃分結(jié)果為:空間矢量圖第I大扇區(qū)第I I小扇區(qū)是由第一小矢量Vs1、第一中量Vm1、第一大矢量Vu和第六中矢量Vm6構(gòu)成的封閉四邊形區(qū)域，第I 2小扇區(qū)是由零矢量Vz、第一中矢量Vmi和第一小矢量Vsi構(gòu)成的封閉三角形區(qū)域，第I 3小扇區(qū)是由零矢量Vz、第一小矢量Vsi和第六中矢量Vm6構(gòu)成的封閉三角形區(qū)域；空間矢量圖第II大扇區(qū)第II i小扇區(qū)是由第二小矢量Vs2、第二中量Vm2、第二大矢量N12和第一中矢量Vmi構(gòu)成的封閉四邊形區(qū)域，第II 2·小扇區(qū)是由零矢量Vz、第二中矢量Vm2和第二小矢量Vs2構(gòu)成的封閉三角形區(qū)域，第II 3小扇區(qū)是由零矢量Vz、第二小矢量Vs2和第一中矢量Vmi構(gòu)成的封閉三角形區(qū)域；空間矢量圖第III大扇區(qū)第III1小扇區(qū)是由第三小矢量Vs3、第三中量Vm3、第三大矢量'3和第二中矢量Vm2構(gòu)成的封閉四邊形區(qū)域，第III2小扇區(qū)是由零矢量Vz、第三中矢量Vm3和第三小矢量Vs3構(gòu)成的封閉三角形區(qū)域，第III3小扇區(qū)是由零矢量Vz、第三小矢量Vs3和第二中矢量Vm2構(gòu)成的封閉三角形區(qū)域；空間矢量圖第IV大扇區(qū)第IV jj、扇區(qū)是由第四小矢量Vs4、第四中量Vm4、第四大矢量Vm和第三中矢量Vm3構(gòu)成的封閉四邊形區(qū)域，第IV2小扇區(qū)是由零矢量Vz、第四中矢量Vm4和第四小矢量Vs4構(gòu)成的封閉三角形區(qū)域，第IV3小扇區(qū)是由零矢量Vz、第四小矢量Vs4和第三中矢量Vm3構(gòu)成的封閉三角形區(qū)域；空間矢量圖第V大扇區(qū)第
V!小扇區(qū)是由第五小矢量Vs5、第五中量Vm5、第五大矢量Vw和第四中矢量Vm4構(gòu)成的封閉四邊形區(qū)域，第V2小扇區(qū)是由零矢量Vz、第五中矢量Vm5和第五小矢量Vs5構(gòu)成的封閉三角形區(qū)域，第V3小扇區(qū)是由零矢量Vz、第五小矢量Vs5和第四中矢量Vm4構(gòu)成的封閉三角形區(qū)域；空間矢量圖第VI大扇區(qū)第VI!小扇區(qū)是由第六小矢量Vs6、第六中量Vm6、第六大矢量Vui和第五中矢量Vm5構(gòu)成的封閉四邊形區(qū)域，第VI2小扇區(qū)是由零矢量Vz、第六中矢量Vm6和第六小矢量Vs6構(gòu)成的封閉三角形區(qū)域，第m 3小扇區(qū)是由零矢量Vz、第六小矢量Vs6和第五中矢量Vm5構(gòu)成的封閉三角形區(qū)域。
[0046]步驟(1)根據(jù)控制系統(tǒng)的三相電壓得到參考電壓合成矢量的具體流程為:
[0047]根據(jù)下式將a，b，c三相參考電壓轉(zhuǎn)換到α β坐標系:
【權(quán)利要求】
1.一種簡化的三電平空間矢量調(diào)制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)根據(jù)控制系統(tǒng)的三相電壓得到參考電壓合成矢量； (2)判斷所述參考電壓合成矢量所在的空間矢量大扇區(qū)，所述空間矢量大扇區(qū)是將空間矢量圖中的6個大矢量棄用后，用剩余的21個矢量劃分得到的； (3)判斷所述參考電壓合成矢量所在的空間矢量小扇區(qū)，所述空間矢量小扇區(qū)是將所在大扇區(qū)的大矢量棄用后，用剩余的矢量劃分得到的； (4)計算所述參考電壓合成矢量所在空間矢量小扇區(qū)中三個基本空間矢量的作用時間； (5)安排所述參考電壓合成矢量所在空間矢量小扇區(qū)中三個基本空間矢量的開關(guān)序列； (6)根據(jù)所述步驟(5)中安排的開關(guān)序列計算占空比，然后將占空比作為功率器件的驅(qū)動信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種簡化的三電平空間矢量調(diào)制方法，其特征在于，所述步驟(2)中的空間矢量大扇區(qū)是按照如下方法劃分得到的: (A)棄用所述空間矢量圖中的6個大矢量，得到剩余21個電壓矢量，分別為3個零矢量、12個小矢量和6個中矢量； (B)基于所述步驟(A)中棄用的6個大矢量，從空間矢量圖中找到每個棄用的大矢量的相鄰最近的兩個中矢量； (C)按照如下方法得到所有空間矢量大扇區(qū):將棄用的大矢量與其相鄰最近的兩個中矢量連接，將空間矢量圖中的零矢量與這兩個中矢量連接，所圍成的區(qū)域即為一個空間矢量大扇區(qū)； 所述步驟(3)中的空間矢量小扇區(qū)是按照如下方法劃分得到的: Ca)找到每個空間矢量大扇區(qū)中包含的小矢量； (b)在每個空間矢量大扇區(qū)中，將小矢量分別與零矢量和兩個中矢量連接，將空間矢量大扇區(qū)分割而成的三個區(qū)域即為空間矢量圖大扇區(qū)中的小扇區(qū)。
【文檔編號】H02M7/48GK103731055SQ201410024246
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】譚風雷, 白晨陽 申請人:東南大學