一种基于不连续脉宽调制的死区补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种基于不连续脉宽调制的新型死区补偿方法，其特征在于：包括如下步骤：根据目标电压矢量所在扇区，以及三相定子电流各自的极性，得到由死区产生的a、b、c三相相对下桥臂直流母线的电压误差；根据电压误差，得到由死区与管压降引起的a、b、c三相各自的相电压误差；对相电压误差进行三相静止到两相静止坐标系的等幅值变换，得到相电压在两相静止坐标系下的电压误差；再结合实时转子磁链位置角，计算在两相旋转坐标系的相电压误差；对相电压进行电压前馈补偿；最后根据电压前馈补偿后得到的在两相旋转坐标系的指令电压，以及转子磁链角度和直流母线电压，执行DPWM调制策略；本发明专利技术可广泛应用在交流传动系统与光伏并网系统。

A New Dead-time Compensation Method Based on Discontinuous Pulse Width Modulation

The invention discloses a novel dead-time compensation method based on discontinuous pulse width modulation, which is characterized by the following steps: according to the sector of the target voltage vector and the polarity of the three-phase stator current, the voltage errors of a, B and C three-phase relative lower bridge arm DC buses generated by the dead-time are obtained; according to the voltage errors, the voltage errors of a and B caused by dead-time and voltage drop are obtained. The phase voltage errors of three-phase and c-phase are calculated respectively; the phase voltage errors are transformed from three-phase static to two-phase static coordinates to obtain the phase voltage errors in two-phase static coordinates; the phase voltage errors in two-phase rotating coordinates are calculated by combining the real-time rotor flux position angle; the phase voltage is compensated by voltage feed-forward; finally, the phase voltage is compensated by voltage feed-forward compensation. The DPWM modulation strategy is implemented by the instruction voltage in the two-phase rotating coordinate system, the rotor flux angle and the DC bus voltage, and the invention can be widely used in the AC drive system and the photovoltaic grid-connected system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于不连续脉宽调制的新型死区补偿方法
本专利技术涉及不连续脉宽调制方法，具体涉及一种基于不连续脉宽调制的新型死区补偿方法。
技术介绍
不连续脉宽调制策略(discontinuouspulsemodulationstrategy,DWPM)与传统的空间矢量调制策略相比，能够有效减小开关次数，从而减小开关损耗，提高电压源型逆变系统(voltagesourceinverter,VSI)的变换效率。由于开关器件在关断时存在延时，因此为了防止逆变器上下桥臂出现直通而烧坏直流电源，需要对一个开关器件的驱动信号加入开通延时，此时存在一段上下桥臂开关器件均为关断状态的时间，称为死区时间。死区时间会引起逆变器输出电压幅值降低，低次谐波增加，降低感应电机定子电流的波形质量，电机电磁转矩脉动增加，磁链形状不够规则。因此需要对死区引起的电压误差进行补偿，最常见的是对每相桥臂的占空比进行在线或离线补偿，然而对于DPWM调制策略并不适用，因为任意开关周期均有一相桥臂的开关管不动作，即占空比为0，无法对该相的占空比进行修改，因此需要对DPWM调制策略的死区效应问题采用新的补偿方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于不连续脉宽调制的新型死区补偿方法。为了解决上述技术问题，根据本专利技术的技术方案，一种基于不连续脉宽调制的新型死区补偿方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步、根据目标电压矢量所在扇区，以及三相定子电流各自的极性，得到由死区产生的a、b、c三相相对下桥臂直流母线的电压误差。第二步、根据相对下桥臂直流母线的电压误差，利用相电压重构理论，得到由死区与管压降引起的a、b、c三相各自的相电压误差。第三步、对相电压误差进行三相静止到两相静止坐标系的等幅值变换，得到相电压在两相静止坐标系下的电压误差。第四步、再结合实时转子磁链位置角，计算在两相旋转坐标系的相电压误差。第五步、在执行DPWM调至策略前，对感应电机矢量控制算法产生的相电压在两相旋转坐标系的目标指令值进行电压前馈补偿，以补偿死区效应产生的相电压误差。第六步、最后根据前馈补偿后得到的在两相旋转坐标系的指令电压，以及转子磁链角度和直流母线电压，执行DPWM调制策略。本专利技术是一种两相旋转坐标系下的电压前馈离线死区补偿策略，本专利技术根据相电流的极性计算每个开关周期的电压误差，并将其映射到两相旋转坐标系中，在执行不连续PWM调制策略前，对电压给定值进行前馈补偿，抵消因死区效应产生的电压误差，有效降低定子电流的谐波畸变。根据本专利技术所述的一种基于不连续脉宽调制的新型死区补偿方法的优选方案，第一步中三相定子电流各自的极性采用如下方法得到：利用电流传感器检测三相定子的各相电流，将相电流经过低通滤波器滤波后，再进行A/D转换，根据数字量与电流值的数学关系，计算得到实际的电流值。根据本专利技术所述的一种基于不连续脉宽调制的新型死区补偿方法的优选方案，第一步中a、b、c三相相对下桥臂直流母线的电压误差按如下方法确定。①当电压矢量在Ⅰ扇区和Ⅱ扇区时：如果ia>0，则Δuan＝Δu3；如果ia<0，则Δuan＝Δu4。如果ib>0，则Δubn＝Δu3；如果ib<0，则Δubn＝Δu4。如果ic>0，则Δucn＝Δu1；如果ic<0，则Δucn＝Δu2。②当电压矢量在Ⅲ扇区和Ⅳ扇区时：如果ia>0，则Δuan＝Δu1；如果ia<0，则Δuan＝Δu2。如果ib>0，则Δubn＝Δu3；如果ib<0，则Δubn＝Δu4。如果ic>0，则Δucn＝Δu3；如果ic<0，则Δucn＝Δu4。③当电压矢量在Ⅴ扇区和Ⅵ扇区时：如果ia>0，则Δuan＝Δu3；如果ia<0，则Δuan＝Δu4。如果ib>0，则Δubn＝Δu1；如果ib<0，则Δubn＝Δu2。如果ic>0，则Δucn＝Δu3；如果ic<0，则Δucn＝Δu4。其中：其中：τ＝(td+ton-toff)/Ts；td为死区设置时间，ton为开关管开通延时时间，toff为开关管关断延时时间，Ts为开关周期。dk为每相上桥臂导通占空比，k＝a、b、c。Δuan、Δubn、Δucn分别是a、b、c相与下桥臂直流母线之间的电压误差；udc为直流母线电压。Δu1、Δu2、Δu3、Δu4代表四个电压误差值。该四个电压误差值均是根据死区和管压降计算得到，根据相电流的极性和电压扇区进行选取。根据本专利技术所述的一种基于不连续脉宽调制的新型死区补偿方法的优选方案，第二步中a、b、c三相各自的相电压误差，用如下表达式计算；其中：Δua、Δub、Δuc分别为a、b、c相的相电压误差；Δuan、Δubn、Δucn分别为a、b、c相与下桥臂直流母线之间的电压误差。根据本专利技术所述的一种基于不连续脉宽调制的新型死区补偿方法的优选方案，第五步中对目标指令值进行前馈补偿，补偿方法为：其中：为两相旋转坐标系的指令电压。为在两相旋转坐标系的目标指令值。Δud、Δuq为在两相旋转坐标系的相电压误差。本专利技术所述的一种基于不连续脉宽调制的新型死区补偿方法的有益效果是：本专利技术根据相电流的极性计算每个开关周期的电压误差，并将其映射到两相旋转坐标系中，在执行不连续PWM调制策略前，对电压给定值进行前馈补偿，抵消因死区效应产生的电压误差，补偿后定子电流波形得到修正，基波幅值得到提高，有效降低了定子电流的谐波畸变，并依然保持不连续PWM调制的方式，降低了逆变器的开关损耗，提高了逆变器系统的变换效率，可广泛应用在交流传动系统与光伏并网系统。附图说明图1为逆变器a相电流流向示意图。图2为死区效应示意图，其中，PWM1*、PWM4*表示由DSP产生驱动VT1与VT4的理想开关信号。图3a为电压矢量所在扇区示意图。图3b为扇区I三相桥臂开关信号示意图；pa、pb、pc依次表示三相桥臂的开关信号。图4为管压降与死区产生的电压误差示意图；PWM1、PWM4表示DSP产生加入死区后的VT1与VT4的开关信号，p1、p4依次表示考虑开通关断延时后VT1与VT4的实际开关信号。图5为电压误差计算流程图。图6a、b分别为补偿前和补偿后的定子电流波形图。图7a、b分别为补偿前和补偿后的谐波分析图。具体实施方式实施例1：一种基于不连续脉宽调制的新型死区补偿方法，包括如下步骤：第一步、考虑器件开通延时时间ton，关断延时时间toff，死区设置时间td，开关周期为Ts，开关器件的导通压降uvt，反并联二极管的管压降uvd，根据目标电压矢量所在扇区，以及三相定子电流ia、ib、ic各自的极性，得到由死区产生的a、b、c三相相对下桥臂直流母线的电压误差如表一：表一即：①当电压矢量在Ⅰ扇区和Ⅱ扇区时：如果ia>0，则Δuan＝Δu3；如果ia<0，则Δuan＝Δu4。如果ib>0，则Δubn＝Δu3；如果ib<0，则Δubn＝Δu4。如果ic>0，则Δucn＝Δu1；如果ic<0，则Δucn本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于不连续脉宽调制的新型死区补偿方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步、根据目标电压矢量所在扇区，以及三相定子电流各自的极性，得到由死区产生的a、b、c三相相对下桥臂直流母线的电压误差；第二步、根据相对下桥臂直流母线的电压误差，利用相电压重构理论，得到由死区与管压降引起的a、b、c三相各自的相电压误差；第三步、对相电压误差进行三相静止到两相静止坐标系的等幅值变换，得到相电压在两相静止坐标系下的电压误差；第四步、再结合实时转子磁链位置角，计算在两相旋转坐标系的相电压误差；第五步、对感应电机矢量控制算法产生的相电压在两相旋转坐标系的目标指令值进行电压前馈补偿，以补偿死区效应产生的相电压误差；第六步、最后根据前馈补偿后得到的在两相旋转坐标系的指令电压，以及转子磁链角度和直流母线电压，执行DPWM调制策略。

【技术特征摘要】
1.一种基于不连续脉宽调制的新型死区补偿方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步、根据目标电压矢量所在扇区，以及三相定子电流各自的极性，得到由死区产生的a、b、c三相相对下桥臂直流母线的电压误差；第二步、根据相对下桥臂直流母线的电压误差，利用相电压重构理论，得到由死区与管压降引起的a、b、c三相各自的相电压误差；第三步、对相电压误差进行三相静止到两相静止坐标系的等幅值变换，得到相电压在两相静止坐标系下的电压误差；第四步、再结合实时转子磁链位置角，计算在两相旋转坐标系的相电压误差；第五步、对感应电机矢量控制算法产生的相电压在两相旋转坐标系的目标指令值进行电压前馈补偿，以补偿死区效应产生的相电压误差；第六步、最后根据前馈补偿后得到的在两相旋转坐标系的指令电压，以及转子磁链角度和直流母线电压，执行DPWM调制策略。2.根据权利要求1所述的一种基于不连续脉宽调制的新型死区补偿方法，其特征在于：第一步中三相定子电流各自的极性，采用如下方法得到：利用电流传感器检测三相定子的各相电流，将相电流经过低通滤波器滤波后，再进行A/D转换，根据数字量与电流值的数学关系，计算得到实际的电流值。3.根据权利要求1所述的一种基于不连续脉宽调制的新型死区补偿方法，其特征在于：第一步中a、b、c三相相对下桥臂直流母线的电压误差按如下方法确定；①当电压矢量在Ⅰ扇区和Ⅱ扇区时：如果ia>0，则Δuan＝Δu3；如果ia<0，则Δuan＝Δu4；如果ib>0，则Δubn＝Δu3；如果ib<0，则Δubn＝Δu4；如果ic>0，则Δucn＝Δu1；如果ic<0，则Δucn＝Δu2；②当电压矢量在Ⅲ扇区和...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋鹏云，
申请(专利权)人：西南民族大学，
类型：发明
国别省市：四川,51