一种基于矢量分解的三电平变流器SVPWM方法技术

本发明专利技术公开了一种基于矢量分解的三电平变流器SVPWM方法，包括以下步骤：S1.将三电平空间电压矢量图依次划分不同区域；S2.对于给定的三电平空间下的电压参考矢量Vref

A SVPWM Method for Three-level Converter Based on Vector Decomposition

The invention discloses a three-level converter SVPWM method based on vector decomposition, which includes the following steps: S1. dividing the three-level space voltage vector map into different regions in turn; S2. For a given three-level space, the voltage reference vector Vref

【技术实现步骤摘要】
一种基于矢量分解的三电平变流器SVPWM方法
本专利技术涉及电力电子领域，特别涉及一种基于矢量分解的三电平变流器SVPWM(空间电压矢量脉宽调制)方法。
技术介绍
与传统两电平逆变器相比，二极管钳位式三电平逆变器具有开关管所承受的电压应力小，输出电压谐波含量少等优点。在高压大功率领域，三电平变流器得到了广泛应用，拥有较好的发展前景。电压型变流器的输出特性主要取决于调制方法。目前变流器的调制方法主要是脉冲宽度调制，包含正弦脉冲宽度调制(SPWM)和空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)两种。就调制方法而言，SVPWM以其电压利用率高，输出电压谐波含量少等优点，在实际系统中得到了更为广泛的应用。传统三电平SVPWM方法的实现在计算基本电压矢量的作用时间部分需要进行大量的三角函数运算；且需要预先存储大量的数据表格，不利于硬件实现。因此，有必要对传统三电平SVPWM方法进行优化，使其更易于实现。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于简化三电平变流器SVPWM方法的实现。一种基于矢量分解的三电平变流器SVPWM方法，包括以下步骤：S1.将传统的三电平空间电压矢量图按照：-30°～30°、30°～90°、90°～150°、150°～210°、210°～270°、270°～330°依次划分为区域h，h＝1、2、3、4、5、6；S2.对于给定的三电平空间下的电压参考矢量Vref*采用逻辑运算判断其所在区域h；S3.将Vref*从三电平空间转换到两电平空间；S4.对于Vref采用基于统一电压调制法实现的两电平SVPWM方法计算得到两电平空间下的三相调制信号为TRA1、TRB1、TRC1；S5.对S4中所获得的三相调制信号TRA1、TRB1、TRC1进行调整，以还原得到三电平空间下的三相调制信号；S6.获取二极管钳位型三电平变流器中开关管所需的驱动信号。进一步的，所述步骤S2中的逻辑运算判断方式如下：设在三相坐标系中有：Vref*＝[V*arefV*brefV*cref]T根据电压矢量V*aref，V*bref，V*cref的符号来判断Vref*所在区域，电压矢量V*aref，V*bref，V*cref所处的区域的符号如下：(1)对于区域h＝1，有V*arefV*brefV*cref≥0，V*aref≥0；(2)对于区域h＝2，有V*arefV*brefV*cref＜0，V*aref≥0，V*bref≥0；(3)对于区域h＝3，有V*arefV*brefV*cref≥0，V*aref＜0，V*bref≥0；(4)对于区域h＝4，有V*arefV*brefV*cref＜0，V*aref＜0；(5)对于区域h＝5，有V*arefV*brefV*cref≥0，V*aref＜0，V*bref＜0；(6)对于区域h＝6，有V*arefV*brefV*cref＜0，V*aref≥0，V*bref＜0。进一步的，所述步骤S3中的转换过程如下：设得到的新电压参考矢量为Vref，有：上式计算在三相坐标系中进行，转换矢量为Vr，其中，r＝1、2、3、4、5、6，Vr的值依下所示关系确定：(1)对于h＝1，有Vra＝Udc/3，Vrb＝-Udc/6，Vrc＝-Udc/6；(2)对于h＝2，有Vra＝-Udc/6，Vrb＝-Udc/6，Vrc＝-Udc/3；(3)对于h＝3，有Vra＝-Udc/6，Vrb＝Udc/3，Vrc＝-Udc/6；(4)对于h＝4，有Vra＝-Udc/3，Vrb＝Udc/6，Vrc＝Udc/6；(5)对于h＝5，有Vra＝-Udc/6，Vrb＝-Udc/6，Vrc＝Udc/3；(6)对于h＝6，有Vra＝Udc/6，Vrb＝-Udc/3，Vrc＝Udc/6；Udc为直流侧电压，Vrb，Vra，Vrc表示转换时所用的电压。进一步的，所述的统一电压调制法是配置不同的时间偏移，实现不同的调制；所述两电平SVPWM方法是配置偏移时间使得两个零矢量000和111的作用时间相等；步骤S4中，所述基于统一电压调制法实现的两电平SVPWM方法，具体为：对于转换后的参考电压Varef、Vbref、Vcref，定义其三相假想作用时间为：式中，Udc为直流侧电压，Ts为开关周期，Txs为各相假想作用时间，其中，x＝a、b、c，现进行最值计算，有：在两电平空间的电压矢量中，除了两个零矢量000和111之外，其余的电压矢量均为有效矢量，即能实现直流侧与交流侧之间的功率交换，现将一个开关周期中各有效矢量的总作用时间定义为有效时间Teff，那么有：Teff＝Tmax-Tmin根据两电平SVPWM的调制方式，可知Teff在整个开关周期Ts中是以中间时刻为对称中心进行分布的，基于此，通过对三相假想作用时间进行偏移得到实际作用时间Txfact，其中，x＝a、b、c，有：式中，-Tmin≤Toffset≤Ts-Tmax，Toffset为偏移时间。上述即为统一电压调制法，通过配置不同的时间偏移，可以实现不同的调制方法。在两电平SVPWM调制方法中，两个零矢量(000)和(111)的作用时间是相等的，因此可以配置偏移时间使得两个零矢量的作用时间相等，即可得到基于统一电压调制法实现的两电平SVPWM方法。进一步的，所述步骤S5的调整过程如下：将S4中所获得的三相调制信号TRA1、TRB1、TRC1，依下式所示对其进行调整，以还原得到三电平空间下的三相调制信号TRXf，X＝A、B、C，还原关系如下式中，中间变量RA、RB、RC的值如下：(1)对于h＝1，RA＝1，RB＝0，RC＝0；(2)对于h＝2，RA＝1，RB＝1，RC＝0；(3)对于h＝3，RA＝0，RB＝1，RC＝0；(4)对于h＝4，RA＝0，RB＝1，RC＝1；(5)对于h＝5，RA＝0，RB＝0，RC＝1；(6)对于h＝6，RA＝1，RB＝0，RC＝1。进一步的，所述步骤S6中的驱动信号是对步骤S5中所得信号TRXf取的值分别为0、1、2中一个，依如下映射关系得到二极管钳位型三电平变流器中四个开关管GX1、GX2、GX3、GX4所需的驱动信号：(1)当TRXf＝0时，有GX1＝0，GX2＝0，GX3＝1，GX4＝1，输出电平为-Udc/2；(2)当TRXf＝1时，有GX1＝0，GX2＝1，GX3＝1，GX4＝0，输出电平为0；(3)当TRXf＝2时，有GX1＝1，GX2＝1，GX3＝0，GX4＝0，输出电平为Udc/2。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：(1)用于对参考矢量Vref*进行所在区域判断的方法只需要简单的逻辑运算；(2)整个调制方法的作用时间计算部分都只涉及简单的四则运算，无需进行三角函数计算，为微处理器节省了计算资源；(3)无需预存储大量的矢量序列表格，节省了硬件存储资源。附图说明图1为本专利技术所述的一种基于矢量分解的三电平变流器SVPWM方法的流程图；图2为本实施例的三电平电压矢量空间图；图3为本实施例的三电平变流器的主电路拓扑图；图4为本实施例的区域判断方法流程图；图5为本实施例的两电平SVPWM统一电压调制法示意图；图6为本实施例的网侧A相电压波形图；图7为本实施例的电压参考矢量Vref*所在区域判断结果；图8为本实施例的逆变器A相输出PWM波形图；图9为本实施例的三相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于矢量分解的三电平变流器SVPWM方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将三电平空间电压矢量图按照：‑30°～30°、30°～90°、90°～150°、150°～210°、210°～270°、270°～330°依次划分为区域h，h＝1、2、3、4、5、6；S2.对于给定的三电平空间下的电压参考矢量Vref

【技术特征摘要】
1.一种基于矢量分解的三电平变流器SVPWM方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将三电平空间电压矢量图按照：-30°～30°、30°～90°、90°～150°、150°～210°、210°～270°、270°～330°依次划分为区域h，h＝1、2、3、4、5、6；S2.对于给定的三电平空间下的电压参考矢量Vref*采用逻辑运算判断其所在区域h；S3.将Vref*从三电平空间转换到两电平空间；S4.对于新电压参考矢量Vref采用基于统一电压调制法实现的两电平SVPWM方法计算得到两电平空间下的三相调制时间信号为TRA1、TRB1、TRC1；S5.对S4中所获得的三相调制时间信号TRA1、TRB1、TRC1进行调整，以还原得到三电平空间下的三相调制信号；S6.获取二极管钳位型三电平变流器中开关管所需的驱动信号。2.根据权利要求1所述的一种基于矢量分解的三电平变流器SVPWM方法，其特征在于，所述步骤S2中的逻辑运算判断方式如下：设在三相坐标系中有Vref*＝[V*arefV*brefV*cref]T根据电压矢量V*aref，V*bref，V*cref的符号来判断Vref*所在区域，电压矢量V*aref，V*bref，V*cref所处的区域的符号如下：(1)对于区域h＝1，有V*arefV*brefV*cref≥0，V*aref≥0；(2)对于区域h＝2，有V*arefV*brefV*cref＜0，V*aref≥0，V*bref≥0；(3)对于区域h＝3，有V*arefV*brefV*cref≥0，V*aref＜0，V*bref≥0；(4)对于区域h＝4，有V*arefV*brefV*cref＜0，V*aref＜0；(5)对于区域h＝5，有V*arefV*brefV*cref≥0，V*aref＜0，V*bref＜0；(6)对于区域h＝6，有V*arefV*brefV*cref＜0，V*aref≥0，V*bref＜0。3.根据权利要求1所述的一种基于矢量分解的三电平变流器SVPWM方法，其特征在于，所述步骤S3中的转换过程如下：设得到的新电压参考矢量为Vref，有：上式计算在三相坐标系中进行，转换矢量为Vr，其中，r＝1、2、3、4、5、6，Vr的值依如下关系确定：(1)对于h＝1，有Vra＝Udc/3，Vrb＝-Udc/6，Vrc＝-Udc/6；(2)对于h＝2，有Vra＝-Udc/6，Vrb＝-Udc/6，Vrc＝-Udc/3；(3)对于h＝3，有Vra＝-Udc/6，Vrb＝Udc/3，Vrc＝-Udc/6；(4)对于h＝4，有Vra＝-Udc/3，Vrb＝Udc/6，Vrc＝Udc/6；(5)对于h＝5，有Vra＝-Udc/6，Vrb＝-Udc/6，Vrc＝Udc/3；(6)对于h＝6，有Vr...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳森，许伟东，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44