一种基于排序法的SVPWM实现方法技术

本发明专利技术提出了一种基于排序法的SVPWM实现方法，用于实现逆变器SVPWM，以排序算法为核心进行调制信号合成，首先计算当前扇区三路开关作用时间分布，并按照作用时间长度递减进行排序，其次根据空间矢量变化规律，计算当前扇区三路开关作用时长的排序，然后将依照作用时间分别控制对应时长排序开关的通断，从而实现在当前扇区的SVPWM信号合成。本发明专利技术在现有SVPWM实现的算法基础上，改变算法核心，利用排序法，简化了开关通断作用时间的计算方式，减少了计算量，更易实现数字化控制，可以提高SVPWM调制效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于排序法的SVPWM实现方法


[0001]本专利技术涉及电力电子领域，尤其是一种基于排序法的SVPWM实现方法。

技术介绍

[0002]SVPWM在电力电子行业中有着广泛应用，传统的三电平SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)实现方法是在二维静止坐标系下，判断参考电压所处扇区，然后确定该时刻的矢量组合，从而确定各个矢量作用顺序和各自的作用时间，其实现过程计算步骤多，编程复杂。
[0003]传统的SVPWM算法的基本步骤为：1)判断参考电压向量所在扇区；2)计算基本矢量在各扇区中的作用时间；3)确定各电压空间矢量的切换点。本专利技术的基本步骤与传统算法基本一致，但是在各步上算法实现上进行了创新改进。
[0004]在扇区的判断上，传统方法以空间矢量坐标系的扇区等价条件来构建状态函数，采用列表然后经过加减及逻辑运算来确定所在扇区；在计算矢量基本作用时间上，利用矢量叠加及等效原理，分别单独计算各扇区矢量的作用时间；在确定电压空间矢量的切换点时，采用三角载波与三相输出电压波形进行比较计算获得电压空间矢量的切换点。
[0005]传统SVPWM实现方法各节点计算输入输出参数多，计算内容复杂，关系转换节点繁复，数字化控制复杂。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对传统SVPWM复杂计算方式，提出了一种基于逻辑比较的新型调制信号合成方法，采用归一化时长计算方式，简化各路开关作用状态的计算过程，考虑其周期性，同样可以通过查询关系表的方式减少数据计算，便于实现简易数字化控制。
[0007]本专利技术采用的技术方案是：一种基于排序法的SVPWM实现方法，包括如下步骤：
[0008]第一步：计算各扇区开关作用时长并排序，构建时长降序数组；
[0009]第二步：进行各路开关导通时间长度排序，构建回路元素数组；
[0010]第三步：按序分配各路开关作用时间；
[0011]第四步：各开关按照作用时间进行通断实现SVPWM信号合成；
[0012]有益效果：
[0013]本专利技术提出的一种基于排序法的SVPWM实现方法，在传统七段式SVPWM基础上，将参考电压空间矢量角度归一化至然后进行空间矢量作用时长计算，以时长长度为顺序，时长和回路为元素，构建了相应的降序数组，确定了各路开关的作用状态，基于此提出了一种新式调制开关状态确定的方法，简化了SVPWM计算算法。由于矢量空间的周期性，因此回路的时长降序数组也是周期性的，可以通过查表法进一步减少数学运算，提高调制效率。
附图说明
[0014]图1是本专利技术所采用的三相逆变器调制线路示意图；
[0015]图2是本专利技术所采用的矢量叠加原理示意图；
[0016]图3是本专利技术所采用的矢量空间扇区划分示意图；
[0017]图4是本专利技术所采用的时序及开关作用状态示意图；
[0018]图5是本专利技术仿真结果的S
T_Max
，S
T_Mid
，S
T_Min
的开关状态；
[0019]图6是本专利技术仿真结果的T_Max，T_Mid，T_Min对应的开关支路趋势；
[0020]图7是本专利技术仿真结果的a，b，c三路开关状态；
[0021]图8是本专利技术仿真结果U
an
，U
ao
，U
ab
，U
on
的电压状态；
[0022]图9是本专利技术仿真结果的三相逆变器的输出电流状态。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0024]根据本专利技术的实施例，提出了一种基于逻辑比较的新型调制信号合成方法，根据参考电压的空间矢量角度，确定所处扇区，然后计算相关空间矢量作用时长(降序)，并转换为路开关作用状态(单指各路第一个开关S1_g，S2_g，S3_g，参见图1，下同)，然后依据空间矢量变化规律，确定各路开关作用时长排序(降序)，通过时长的对应关系可以确定采样周期内的各路开关作用状态，进而实现SVPWM信号的合成。具体包含以下四个步骤：
[0025]第一步：计算各扇区开关作用时长并排序，构建时长降序数组；
[0026]同传统SVPWM方法，参见图2，以参考电压空间矢量角度θ为变量，根据矢量叠加原理有：
[0027]T0＝T
z
‑
T1‑
T2[0028][0029]T2＝m*T
z
sin(θ)
[0030]其中，参考电压空间矢量角度θ需归一化至m为调制参数，T0，T1，T2为零矢量及两个非零矢量的作用时间，T
z
为采样周期。根据空间矢量作用顺序(U4→
U6→
U2→
U3→
U1→
U5→
U4，参见图3，逆时针顺序)可知，随着空间矢量在扇区中的更迭，当V1＞V2时(V1为扇区逆时针第一个空间矢量，V2为逆时针第二个空间矢量)，需要进行V1(T1)和V2(T2)交换，以满足T1对应于空间矢量值较小者，T2对应于空间矢量值较大者。
[0031]在交换后计算各路开关作用时间长度以及确定在作用时的开关状态：
[0032][0033]t
c
为采样中心时间，t为当前作用时间，Si为各路开关状态，在作用时间内值为1，表示该路开关当前导通，在非作用时间内值为0，表示该路开关当前断开，T_Max为最长开关作用时长，对应的支路开关状态为S
T_Max
，T_Mid为开关作用时长居中，对应的支路开关状态为S
T_Mid
，T_Min为最短开关作用时长，对应的支路开关状态为S
T_Min
，如图4所示。以此形成时长降序数组T＝[T_Max，T_Mid，T_Min]和开关状态数组S＝[S
T_Max
，S
T_Mid
，S
T
_
Min
]。则对于某扇区的两个空间矢量V1和V2有：S
T_Max
所对应的空间矢量元素始终为1，S
T_Min
所对应的空间矢量元素始终为0，S
T_Mid
则对应剩下的空间矢量元素(元素值0&1)，图5给出了三路开关的开关状态数组S随时间的分布情况。
[0034]比如在第一扇区的两个空间矢量为U4(100)&U6(110)，V1＝U4；V2＝U6，空间矢量作用时间分别为T1和T2，由于4(二进制100)＜6(二进制110)，故T1和T2不需要交换，空间矢量第一位元素始终为1，对应的开关状态为S...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于排序法的SVPWM实现方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：计算各扇区开关作用时长并排序，构建时长降序数组；第二步：进行各路开关导通时间长度排序，构建回路元素数组；第三步：按序分配各路开关作用时间；第四步：各开关按照作用时间进行通断实现SVPWM信号合成。2.根据权利要求1所述的一种基于排序法的SVPWM实现方法，其特征在于，根据矢量叠加原理有：T0＝T
z
‑
T1‑
T2T2＝m*T
z
sin(θ)其中，θ为归一化至的角度，T0，T1，T2为零矢量及两个非零矢量的作用时间，T
z
为采样周期，m为调制参数；根据空间矢量作用顺序可知，随着空间矢量在扇区中的更迭，在计算作用时间时，V1为扇区逆时针第一个空间矢量，V2为逆时针第二个空间矢量，若V1＞V2，则需要进行V1(T1)和V2(T2)交换，以满足T1对应于空间矢量值较小者，T2对应于空间矢量值较大者。在交换后计算各路开关作用时间长度以及确定在作用时的开关状态：其中，t
c
为中心采样时间，t为当前作用时间，S
i
为各路开关状态，在作用时间内值为1，表示该路开关当前导通，在非作用时间内值为0，表示该路开关当前断开，T_Max为最长开关作用时长，对应的支路开关状态为S
T_Max
，T_Mid为开关作用时长居中，对应的支路开关状态为S
T_Mid
，T_Min为最短开关作用时长，对应的支路开关状态为S
T_Min
，以此形成时长降序数组T＝[T_Max，T_Mid，T_Min]和开关状态数组S＝[S
T_Max
，S
T_Mid
，S
T_Min
]，则对于某扇区的两个空间矢量V1和V2有：S
T_Max
所对应的空间矢量元素始终为1，S
T_Min
所对应的空间矢量元素始终为0，S
T_Mid
则对应剩下的空间矢量元素。3.根据权利要求1所述的一种基于排序法的SVPWM实现方法，其特征在于，所述第二步：进行各路开关导通时间长度排序，构建回路元素数组，具体包括：参考各空间矢量变化顺序可知，各路开关作用时间长度的顺序关于扇区数z(0
‑
5)按照正弦函数变化，相角差为2π/3，利用正选函数进行三路作用时长排序拟合，有：构建路时长数组T
′
＝[T
′

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雄斌，史戎坚，阮玉芳，卓立伟，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：