一种空间矢量PWM谐波分析方法技术

本发明专利技术公开了一种空间矢量PWM谐波分析方法，该方法首先存储基本电压矢量的作用序列于基本电压矢量序列矩阵中，其次计算基本电压矢量的作用时间，然后存储基本电压矢量的作用时间于时间矩阵中，最后分析谐波特性。当用于三相逆变器谐波分析时，基本电压矢量序列矩阵包含3行，分别存储三相的开关状态对应的电平状态。将所有的空间矢量PWM策略的纹波电流及电压脉冲序列统一为相同的处理公式与过程，将输出的电压进行数字采样，用计算机推导及快速傅里叶变换的方法进行谐波性能的分析，使各种空间矢量PWM策略之间可以快速进行谐波特性的比较、性能评估及新策略的开发。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于交流变频
，具体涉及一种空间矢量PWM谐波分析方法。
技术介绍
在脉冲宽度调制（PWM)技术中，空间矢量PWM(SVPWM)技术是非常重要的一类，广 泛应用于将直流电转化为交流电的场合。由于SVPWM技术是基于伏秒平衡的原理，转化的 过程中除了必须的基波之外，谐波不可避免。由于简单的结构与负载特性，电压源逆变器应 用非常广泛。站在电压的角度上来看，电压源逆变器的输出是电压脉冲序列。逆变器输出 的电压脉冲序列的频谱的理论数学表达式非常复杂，并且不同的SVPWM策略对应的表达式 中谐波的系数差异巨大，而且系数本身包含了无穷项级数；对于新的SVPWM策略，推导理论 频谱的表达式常常非常困难，而且极其繁琐，甚至无法得到显式的数学表达式。 电压源逆变器输出的电流的波形与负载的特性有很大关系，如电机负载主要呈现 为感性，电流不再是脉冲序列。在频域的角度，电流的谐波表现为不同频率处的幅值与相 位；在时域的角度，则表现为纹波。纹波电流对负载电机的损耗、闭环控制系统的动态特性、 电磁干扰、声频噪声等都有严重的影响，因此随机化、优化等旨在改善这些影响的技术与新 SVPWM策略应运而生。大量的SVPWM策略都有各自不同的纹波电流的特性，数学表达式各不 相同，并且差异很大。纹波电流的公式推导过程冗长、复杂、极易出错，随着SVPWM策略复杂 性的增加而急剧增加。 逆变器输出的电压及电流中谐波的时域与频域特性涉及的理论公式复杂、推导困 难，不同SVPWM策略的特性千差万别，这就不利于不同策略之间谐波特性的比较，极大地限 制了SVPWM策略的设计、性能评估及新策略的开发。
技术实现思路
针对现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种空间矢量PWM(SVPWM)谐波分 析方法，将所有的SVPWM策略的纹波电流及电压脉冲序列统一为相同的处理公式与过程， 将输出的电压进行数字采样，用计算机推导及快速傅里叶变换的方法进行谐波性能的分 析，使各种不同SVPWM策略之间可以快速进行谐波特性的比较、性能评估及新策略的开发。 本专利技术所提供的技术方案如下所描述： 一种空间矢量PWM谐波分析方法，包括如下步骤： 51 :存储基本电压矢量的作用序列于基本电压矢量序列矩阵S中； 52 :计算基本电压矢量的作用时间； 53 :存储与步骤S2对应的基本电压矢量的作用时间于时间矩阵ST中； 54 :分析谐波特性。 进一步地，当用于三相逆变器谐波分析时，步骤S1中，所述基本电压矢量序列矩 阵S包含3行，其中第一行存储A相的开关状态对应的电平状态、第二行存储B相的开关状 态对应的电平状态、第三行存储C相的开关状态对应的电平状态。 进一步地，步骤S4中谐波畸变率的计算过程为： 5411 :计算谐波电流，公式为式中，A为奇数，大于等于3,对应于平逆变器与电平逆变器;代表AB线电压对应的第A段纹波电流，代表AC线电压对应的第A段纹波电流，汰〇 代表BC线电压对应的第M纹波电流；伪时间，％为等效电感，为直流母线电压；t/AS 、<?、.、心分别为平均AB、AC、BC线电压，在一个空间矢量PWM开关周期内通过时间平均得 到； 5412 :计算微观谐波畸变率，公式为式中，竭为SVPWM所述开关周期，J伪调制比，p为相位角； 5413 :计算宏观谐波畸变率，公式为 进一步地，步骤S4中谐波频谱分析的计算过程为： 5421 :根据步骤S2与S4存储的所述基本电压矢量序列矩阵S与所述时间矩阵ST进行 输出电压脉冲序列的离散采样，得到数字信号DS; 5422 :将所述数字信号DS进行快速傅里叶变换得到频谱的幅值与相位； 5423 :精度判断与处理，步骤为： 54231 :如果是第1次进行采样与频谱分析，则转S4235， 54232 :如果不是第1次进行采样与频谱分析，则将本次计算得到谐波的幅值、相位与 上一次计算得到的谐波的幅值、相位对应的频率分别相减，继续步骤S4233， 54233 :如果之间的最大差值大于设定的误差限，则转S4235， 54234 :如果之间的最大差值不大于设定的误差限，则转S4236， 54235 :采样点数加倍，转步骤S421， 54236 :转S424 ; 5424 :以最后一次计算得到的频谱作为最终的频谱。 更进一步地，步骤S421中采样的方法为： 54211 :将所述时间矩阵ST的元素进行累加得到累积时间矩阵STC，所述累积时间矩阵 STC的第#元素为(4) 54212 :所述数字信号DS的第外数据对应的采样时刻在所述累积时间矩阵STC中所 处的位置为么处在位置々的判断标志是(5) 式中，Ij表示向下取整，为采样时间间隔； 54213 :所述数字信号DS的第外采样数据为所述时间矩阵ST的第1个元素对应的基 本电压矢量作用时对应的电压值。 再进一步地，当用于所述开关周期恒定的空间矢量PWM策略时，所述累积时间矩 阵STC的元素中每个所述开关周期时间的开始时刻都进行校准，校准的方法是：所述开关 周期的整数倍时刻与所述累积时间矩阵STC元素中对应的整数倍所述开关周期时刻一致， 即将所述累积时间矩阵STC元素中对应的整数倍所述开关周期的时刻设为理论值。 本专利技术与现有技术相比具有显著的优点和有益效果： (1)本专利技术提供的空间矢量PWM谐波分析方法具有很强的通用性，应用范围广。将所 有SVPWM策略谐波特性的分析采用相同的方法及流程进行处理，将形态各异的已有的或未 来可能开发出来的SVPWM策略都通过序列矩阵S与时间矩阵ST来体现，适用于各种SVPWM策略，方便实际应用。 (2)本专利技术提供的空间矢量PWM谐波分析方法可充分利用目前工程软件的功能， 兼顾了高效率与高精度的统一。波畸变率的分析过程中，可利用很多工程软件提供的符号 推导功能，直接得到纹波电流及谐波畸变率的理论上的数学表达式；可以采用数值方法快 速得到数值结果。 (3)本专利技术提供的空间矢量PWM谐波分析方法在分析谐波频谱方面采用快速傅 里叶变换计算频谱，充分利用了现代计算机及工程软件的高精度与高速度的特性；并且采 样点数根据设定的误差自适应调节，保证计算精度的前提下，减小采样点数，提高了计算速 度。 (4)本专利技术提供的空间矢量PWM谐波分析方法在分析谐波频谱时，在每开关周期 时间的开始时刻都进行校准，充分消除了由时间矩阵ST的元素进行累加得到累积时间矩 阵STC过程中产生的累积误差，提高了分析的精度。【附图说明】图1为本专利技术提供的技术方案的流程图； 图2为两电平三相逆变器与电动机连接方法示意图； 图3为三电平三相逆变器示意图； 图4为两电平逆变器基本电压矢量及合成方法示意图； 图5为三电平逆变器基本电压矢量及合成方法示意图； 图6为三电平SVPWM的宏观谐波畸变率分析结果； 图7为两电平确定性SVPWM的谐波频谱分析时误差变化图； 图8为两电平确定性SVPWM的谐波幅值谱分析结果； 图9为两电平随机零矢量分配SVPWM的谐波频谱分析时误差变化图； 图10为两电平随机零矢量分配SVPWM的谐波幅值谱分析结果。【具体实施方式】 本专利技术的目的在于提供一种空间矢量PWM(SVPWM)谐波分析方法，将所有的 SVPWM策略的纹波电流及电压脉冲序列统一为相同的处理公本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间矢量PWM谐波分析方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：存储基本电压矢量的作用序列于基本电压矢量序列矩阵S中；S2：计算基本电压矢量的作用时间；S3：存储与步骤S2对应的基本电压矢量的作用时间于时间矩阵ST中；S4：分析谐波特性。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国强，康件丽，苏亚辉，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41