一種數(shù)模結(jié)合的空間矢量調(diào)制實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力電子與電力傳動領(lǐng)域，具體將是一種數(shù)模結(jié)合的空間矢量調(diào)制實(shí) 現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電力電子及電力傳動領(lǐng)域，常采用脈沖寬度調(diào)制（pulse width modulation， PWM)來得到所需的指令電壓。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，人們開發(fā)出了很多種的PWM調(diào)制技術(shù)，而 電力電子器件的發(fā)展和微處理器在電力電子變換器控制中的應(yīng)用更為PWM技術(shù)提供了廣 闊的研宄和開闊空間。不同的PWM調(diào)制技術(shù)對應(yīng)不同的性能指標(biāo)，其中比較關(guān)鍵的三個(gè)指 標(biāo)為：輸出電壓諧波分布、開關(guān)器件的開關(guān)損耗及直流環(huán)節(jié)電壓利用率。
[0003] 空間矢量脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（space vector pulse width modulation，SVPWM)最 初是在交流傳動的場合提出，其是從交流電機(jī)的角度出發(fā)，以控制交流電機(jī)磁鏈空間矢量 軌跡逼近圓形為調(diào)制目的，以求減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈沖，改善運(yùn)行性能。由于其高直流母線電 壓利用率、諧波小等優(yōu)點(diǎn)，在其他電力電子變換器應(yīng)用領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。
[0004] 在目前工程實(shí)踐及學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中，為了方便SVPWM算法中的離散的矢量空間判斷 及PWM脈沖生成，大多選擇具有專用數(shù)字電路資源的數(shù)字信號處理器（digital signal processor，DSP)或高性能單片機(jī)中來實(shí)現(xiàn)，代表性的專利和論文如下：
[0005] 專利申請?zhí)枮?00810106047. 0,申請日2008-5-7,名稱為"一種空間矢量調(diào)制方 法"的發(fā)明專利，提出了簡化的SVPWM算法，通過計(jì)算修正量的方法，得到比較寄存器的值， 計(jì)算量得到了一定程度的簡化，但是最后一級仍然需要專門數(shù)字電路資源來實(shí)現(xiàn)。
[0006] 專利申請?zhí)枮?00810025527. 4,申請日2008-4-29,名稱為"基于FPGA的空間矢量 脈寬調(diào)制方法"的發(fā)明專利，通過傳統(tǒng)算法計(jì)算得到矢量有效作用時(shí)間以后，利用FPGA的硬 件資源進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
[0007] 發(fā)表于2002年36卷第1期《電力電子技術(shù)》期刊的"利用C504實(shí)現(xiàn)空間矢量調(diào) 制和過調(diào)制"論文及發(fā)表于2001年5卷第1期《電機(jī)與控制學(xué)報(bào)》的"利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)空 間矢量調(diào)制算法"都是利用C504單片機(jī)中的CCU專用硬件電路來實(shí)現(xiàn)PWM生成。
[0008] 另外，目前實(shí)際運(yùn)行的不少電力電子變換器采用的是數(shù)字控制器（PLC或自制控 制板）和后級模擬電路板結(jié)合的控制架構(gòu)，其中數(shù)字控制器負(fù)責(zé)主控及閉環(huán)控制算法，生 成相應(yīng)的調(diào)制波指令，然后送至硬件模擬電路實(shí)現(xiàn)正弦脈沖寬度調(diào)制（sine pulse width modulation，SPWM)。為了獲得更高的直流環(huán)節(jié)電壓利用率，這些電力電子變換器控制算法 升級改造過程中，需要解決SPWM調(diào)制向SVPWM轉(zhuǎn)變的問題。由于現(xiàn)有的控制平臺很多不具 備專用的PWM生成硬件資源，導(dǎo)致目前的研宄成果無法直接應(yīng)用，從而需要重新開發(fā)具有 高性能控制器的控制平臺，或者增加新的電路板件實(shí)現(xiàn)SVPWM，勢必導(dǎo)致成本增加、升級改 造周期變長等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了克服目前SVPWM的實(shí)現(xiàn)對高性能專用數(shù)字平臺的依賴，方便現(xiàn)有電力電子變 換器系統(tǒng)的整體升級，現(xiàn)在特別提出一種數(shù)字模擬電路相結(jié)合的SVPWM實(shí)現(xiàn)方法。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0011] 一種數(shù)模結(jié)合的空間矢量調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于：采用常規(guī)普通控制器完 成SVPWM算法中扇區(qū)判斷、矢量作用時(shí)間計(jì)算及開關(guān)時(shí)刻計(jì)算，根據(jù)后級硬件電路的載波 特性完成輸出整定，最終通過后級硬件電路實(shí)現(xiàn)PWM脈沖的生成。
[0012] 具體步驟為：
[0013] 1)判斷指令電壓空間矢量隊(duì)^^的扇區(qū)號N。
[0014] 所述指令電壓空間矢量Uqut為電力電子變換器為響應(yīng)負(fù)載擾動及指令變化，根據(jù) 系統(tǒng)的實(shí)時(shí)參數(shù)閉環(huán)調(diào)節(jié)得到的指令控制量。
[0015] 所述扇區(qū)號N指任一電壓空間矢量在空間平面的位置區(qū)域，根據(jù)電壓空間矢量與 靜止坐標(biāo)系α軸之間的夾角Θ，將空間電壓矢量分成以下六個(gè)扇區(qū)：
[0016] I 區(qū)：Θ = 〇 ~π /3
[0017] II 區(qū)：θ = π /3 ~2 π /3
[0018] III 區(qū)：θ = 2jt/3 ~π
[0019] IV 區(qū)：θ = π ~4π/3
[0020] V 區(qū)：θ = 4π/3 ~5π/3
[0021] VI 區(qū)：θ = 5π/3 ~2π
[0022] 為簡化計(jì)算量，可根據(jù)Utm的靜止坐標(biāo)系α、β分量U α、UP來判斷扇區(qū)。具體為：
[0023] 由式⑴計(jì)算變量值X、y、z，
[0024]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種數(shù)模結(jié)合的空間矢量調(diào)制實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于：采用普通數(shù)字控制器完成 SVPWM算法中的扇區(qū)判斷、矢量作用時(shí)間計(jì)算及開關(guān)時(shí)刻計(jì)算，并根據(jù)后級硬件電路的載波 特性完成輸出整定，最終通過后級模擬電路實(shí)現(xiàn)PWM脈沖的生成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)模結(jié)合的空間矢量調(diào)制實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，具體 步驟為
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種數(shù)模結(jié)合的空間矢量調(diào)制實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述 第一步具體為； 所述扇區(qū)蕭指任一電壓空間矢量在空間平面的位置區(qū)域，根據(jù)電壓空間矢量與靜止坐 標(biāo)系《軸之間的夾角C，將空間電壓矢量分成W下六個(gè)扇區(qū)： I區(qū)；0 = 0 ~ 31 /3 ; II 區(qū)：白=31 /3~2 31 /3 ; III 區(qū)：日=2 31 /3~31 ; IV區(qū)；目=31~4 31 /3 ; V區(qū)；0 =4 31 /3~5 31 /3 ; VI 區(qū)：日=5 31 /3~2 31。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種數(shù)模結(jié)合的空間矢量調(diào)制實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種數(shù)模結(jié)合的空間矢量調(diào)制實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述 第二步具體為； 矢量作用時(shí)間是指用基本電壓空間矢量分時(shí)作用的方式來等效合成指令電壓空間矢 量，各基本空間矢量所需的作用時(shí)間；
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種數(shù)模結(jié)合的空間矢量調(diào)制實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于：
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種數(shù)模結(jié)合的空間矢量調(diào)制實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述 第立步具體為： 所述比較器的切換點(diǎn)或開關(guān)時(shí)刻波形是為了方便后續(xù)PWM生成，定義的過程變量； 對于所有扇區(qū)A，，定義=
(6) '〇 根據(jù)扇區(qū)號-V,選取A、B、CH相對應(yīng)的開關(guān)時(shí)間、如、
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種數(shù)模結(jié)合的空間矢量調(diào)制實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于， 所述第四步具體為： 定義整定系數(shù)偽J:
【專利摘要】本發(fā)明涉及電氣傳動與控制技術(shù)領(lǐng)域，具體將是一種數(shù)模結(jié)合的空間矢量調(diào)制(SVPWM)實(shí)現(xiàn)方法，具體步驟為：a、判斷指令空間矢量的扇區(qū)； b、計(jì)算常規(guī)空間矢量的作用時(shí)間；c、計(jì)算每相脈沖的開關(guān)時(shí)刻；d、根據(jù)硬件載波特性，對上一步計(jì)算得到的開關(guān)時(shí)刻波形進(jìn)行輸出整定，然后輸出到硬件板件，通過載波比較實(shí)現(xiàn)PWM生成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：a、基于普通數(shù)字控制器和常用的硬件載波調(diào)制板件來實(shí)現(xiàn)，不需要具有PWM生成相關(guān)硬件資源的高性能數(shù)字處理器，減小了成本；b、本發(fā)明便于目前部分電力電子變換器控制系統(tǒng)的算法升級，減小升級成本，縮短升級周期。
【IPC分類】H02P21-00, H02P27-12, H02M7-48
【公開號】CN104796021
【申請?zhí)枴緾N201510172104
【發(fā)明人】代同振, 周宏林, 吳小田, 于海坤
【申請人】中國東方電氣集團(tuán)有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月13日