用于三相z源逆變器的svpwam控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及逆變器的控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種用于=相Z源逆變器的 SVPWAM(化ace Vector Pulse Wi化h Ampli1:ude Modulation,空間矢量脈沖寬度幅值調(diào)制） 控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]彭方正教授于2003年在文獻(xiàn)"Fang aieng Peng. Z-source inverter. IEEE Transactions on Industry Applications. Volume:39Issue:2. Mar/Apr 2003. Page (s):504-510."中提出了S相Z源逆變器的概念，S相Z源逆變器為功率變換提供了一 種新的變換器拓?fù)浜屠碚?。圖1示出了=相Z源逆變器的一個一般拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。一個包含電 感L1、L2和電容C1、C2的二端口網(wǎng)絡(luò)組成X形，W提供一個阻抗源狂源），將逆變器和電 源或負(fù)載禪合在一起。S相Z源逆變器克服了傳統(tǒng)逆變器的不足，具有W下優(yōu)點；1)同時 實現(xiàn)升/降壓功能；2)允許逆變器同一橋臂的上下兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通，無需設(shè)置死區(qū)時 間；3)逆變器負(fù)載可W是電容性也可W是電感性。
[0003] 如圖1所示為S相Z源逆變器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括開關(guān)管Si~Se、直流電壓源 Ud。、二極管D、Z源網(wǎng)絡(luò)中的電感Li、L2、Z源網(wǎng)絡(luò)中的電容Cl、C2,立相Z源逆變器的開關(guān)管 Si~Se共有9種開關(guān)狀態(tài)；除了傳統(tǒng)逆變器所允許的8種狀態(tài)外，還存在著一種傳統(tǒng)逆變 器所禁止的狀態(tài)，即至少允許一個橋臂的上下兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通，通常稱該種狀態(tài)為直 通矢量狀態(tài)。正是由于該種直通兩矢量狀態(tài)的存在，為=相Z源逆變器提供了獨特的升/ 降壓特性，因此，=相Z源逆變器在PWM控制方法上與傳統(tǒng)逆變器有著很大差異，即要實現(xiàn) 直通功能?，F(xiàn)有的Z源逆變器SVPWM(SpaceVectorPulseWi化hModulation,空間矢量脈 沖寬度調(diào)制）控制方法是將直通矢量插入到傳統(tǒng)零矢量位置，取代傳統(tǒng)零矢量的部分作用 時間，實現(xiàn)直通，如圖 2 和圖 3 所示，Vi(100)、V2(ll〇)、V3(〇l〇)、V4(〇ll)、V5(〇〇l)、Ve(l〇l)、 ￥7(111)和Vg(OOO)為現(xiàn)有的z源逆變器SVPWM控制方法中的六個有效矢量和兩個傳統(tǒng)零 矢量，Si和S4、Ss和Se、Ss和S2分別構(gòu)成一個橋臂，"1"表示上橋臂導(dǎo)通，"0"表示下橋臂導(dǎo) 通，圖3中陰影區(qū)域為加入的直通矢量。從圖3可W看出，在一個周期L內(nèi)每個開關(guān)管的 開關(guān)次數(shù)為4次，是傳統(tǒng)SVPWM方法的一倍。因此，現(xiàn)有的Z源逆變器SVPWM控制方法是W 開關(guān)頻率的加倍的代價來換取直通矢量狀態(tài)的。如此一來，不僅增加了開關(guān)損耗、降低了系 統(tǒng)的工作效率，更重要的是限制了開關(guān)頻率的提高、增加了輸出波形的崎變率、降低了系統(tǒng) 的性能和輸出波形品質(zhì)。它已成為制約S相Z源逆變器技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的一個瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于S相Z 源逆變器的SVPWAM控制方法，用于減小逆變器開關(guān)頻率，降低開關(guān)損耗和T皿(Total HarmonicDistcxrtion，總諧波崎變）值，W及克服開關(guān)頻率受限制的缺陷。
[0005] 本發(fā)明的目的可W通過W下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0006] 一種用于S相Z源逆變器的SVPWAM控制方法，S相Z源逆變器包括六個開關(guān)管， 該控制方法基于用于控制六個開關(guān)管的=相PWM波控制器，按照W下的=相PWM波進(jìn)行控 制；
[0007] 在aP電壓矢量分布坐標(biāo)系上，Wa軸為起點，從第一象限開始按照逆時針 方向，劃分為六個60 °扇區(qū)，并依次編號命名各扇區(qū)，其中，Vi (100011)、V2(110001)、 V3(010101)、V4(011100)、VsWoliio)和Ve(ioioio)為六個有效矢量，"1"和"0"分別表示 開關(guān)管的導(dǎo)通和斷開；
[000引其特征在于，將每個扇區(qū)劃分為兩個30°子扇區(qū)，形成正十二邊形的矢量分布，其 中，Vshl(ll00ll)、Vsh2(ll0l0l)、Vsh3(0lll0l)、Vsh4(0llll0)、Vsh5(l0lll0)和Vsh6(l0l0ll)為 六個直通矢量；
[0009] 定義每個扇區(qū)為五段式調(diào)制扇區(qū)，令生成S相PWM波的參考矢量Vuf在該六個扇 區(qū)時由兩個有效矢量和一個直通矢量合成，且該一個直通矢量插入兩個有效矢量之間后， 將一個開關(guān)時間周期V分為五個控制時段依次作用；
[0010] 令生成S相PWM波的參考矢量Vuf在各扇區(qū)時按照表1進(jìn)行矢量合成；
[0011]表 1 「00121
【主權(quán)項】
1. 一種用于三相Z源逆變器的SVPWAM控制方法，三相Z源逆變器包括六個開關(guān)管， 該控制方法基于用于控制六個開關(guān)管的三相PWM波控制器，按照以下的三相PWM波進(jìn)行控 制： 在a0電壓矢量分布坐標(biāo)系上，以a軸為起點，從第一象限開始按照逆時針方向，劃 分為六個60°扇區(qū)，并依次編號命名各扇區(qū)，其中，VidOOOll)、V2(110001)、V3(010101)、 V4(011100)、V5(001110) *V6(101010)為六個有效矢量，"1"和"0"分別表示開關(guān)管的導(dǎo)通 和斷開； 其特征在于，將每個扇區(qū)劃分為兩個30°子扇區(qū)，形成正十二邊形的矢量分布，其中，Vshl(110011)、Vsh2(110101)、Vsh3(011101)、Vsh4(011110)、Vsh5(101110)和Vsh6(101011)為六 個直通矢量； 定義每個扇區(qū)為五段式調(diào)制扇區(qū)，令生成三相PWM波的參考矢量在該六個扇區(qū)時 由兩個有效矢量和一個直通矢量合成，且該一個直通矢量插入兩個有效矢量之間后，將一 個開關(guān)時間周期！；'分為五個控制時段依次作用； 令生成三相PWM波的參考矢量VMf在各扇區(qū)時按照表1進(jìn)行矢量合成： 表1
其中，Ts' =T1'+T2'，T1'為第一、二、四、五控制時段中一個有效矢量和一個直通矢量的 總作用時間，Tsh為第二、四控制時段中一個直通矢量的作用時間，則〇7-Tsh)為第一、五控 制時段中一個有效矢量的作用時間，T2'為第三控制時段中另一個有效矢量的作用時間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于三相Z源逆變器的SVPWAM控制方法，其特征在于，所述 三相PWM波控制器為DSP控制器，DSP控制器輸出三相PWM波至六個開關(guān)管的驅(qū)動電路進(jìn) 行控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于三相Z源逆變器的SVPWAM控制方法，其特征在于， 所述三相PWM波控制器實現(xiàn)SVPWAM控制方法的具體步驟包括： 步驟S1 :根據(jù)公式⑴得到電網(wǎng)三相電壓Va、Vb、Vc; (1) 其中，vm為電網(wǎng)電壓幅值，0為通過鎖相環(huán)得到的電壓矢量位置角； 步驟S2 :根據(jù)公式（2)得到參考矢量VMf在a和0軸的分量\^^、1^，二者合成量 即VMf的大小，參考矢量位置角0表示參考矢量￥#的位置；
(2) 步驟S3 :由公式（3)和表2獲得參考矢量VMf所在扇區(qū)，再按表1內(nèi)容確定矢量作用順 序，由公式（4)和表2獲得1\'、T2'，并且按照表2分配與五個控制時間段對應(yīng)的占空比；
其中，1^、1^、1^、六、8、(：、父、￥、2都為中間變量，1；'=1；-1^，1^為設(shè)定值，1\為由開 關(guān)頻率決定的固定值，Di、D2為對應(yīng)兩個有效矢量的控制時間段的占空比，Dsh為對應(yīng)直通矢 量的控制時間段的占空比； 步驟S4 :基于步驟S2獲得的矢量作用順序和占空比，通過三相PWM波控制器的時間管 理器配合產(chǎn)生六路的三相PWM波，輸出給相應(yīng)開關(guān)管的驅(qū)動電路，控制六個開關(guān)管的通斷。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于三相Z源逆變器的SVPWAM控制方法，其特征在于，所述 Tsh的取值范圍為[0,0. 3]。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于三相Z源逆變器的SVPWAM控制方法，其特征在于，所述 開關(guān)時間周期Ts'滿足以下公式：
其中，Ts為由開關(guān)頻率決定的固定值，T:和T2為變化值，T^為零矢量作用時間，Tsh為設(shè) 定值，m為調(diào)制比，0為參考矢量位置角，即參考矢量VMf與a軸之間的夾角。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于三相Z源逆變器的SVPWAM控制方法，其特征在于，所述 參考矢量的a軸和0軸分解矢量Va、VMfp與各扇區(qū)中的兩個有效矢量V3和V^茜 足以下公式：
將公式（5) (6)代入公式（7)中，則：
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于三相Z源逆變器的SVPWAM控制方法，該控制方法基于三相PWM波控制器，按照以下的三相PWM波進(jìn)行控制：在αβ電壓矢量分布坐標(biāo)系上，以α軸為起點，從第一象限開始按照逆時針方向，劃分為六個60°扇區(qū)，并依次編號命名各扇區(qū)；將每個扇區(qū)劃分為兩個30°子扇區(qū)，形成正十二邊形的矢量分布；定義每個扇區(qū)為五段式調(diào)制扇區(qū)，令生成三相PWM波的參考矢量在該六個扇區(qū)時由兩個有效矢量和一個直通矢量合成，將一個開關(guān)時間周期Ts'分為五個控制時段依次作用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明克服了傳統(tǒng)控制方法的不足，有效降低了逆變器的開關(guān)損耗和諧波含量，減小了輸出波形的畸變，同時該控制方法還具有可靠性高，實現(xiàn)簡單的優(yōu)點。
【IPC分類】H02M7-5395, H02M7-5387
【公開號】CN104702139
【申請?zhí)枴緾N201510107349
【發(fā)明人】程啟明, 徐聰, 黃偉, 郭凱, 張強, 張海清, 劉懿稼
【申請人】上海電力學(xué)院
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月11日