一种基于矢量分解解耦的多相多电平空间矢量调制算法制造技术

本发明专利技术提供了一种基于矢量分解解耦的多相多电平空间矢量调制算法，其避免了现有技术中所必须的矩阵运算、离线预处理、查表模型、坐标变换等复杂处理，仅通过简单的逻辑判断与数值计算即可实现。算法中通过动态参考零点机制可以得到所有可用的偏移矢量和剩余矢量的组合，从而能够提供较高的灵活性；空间矢量解耦与CBPWM方式的有机结合，避免了占空比的复杂计算与开关序列的繁琐编程，使实施过程得以大大简化。本发明专利技术的算法对于任意相数和电平数的变换器均能良好适用，扩展性不会受到计算量的影响。影响。影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于矢量分解解耦的多相多电平空间矢量调制算法


[0001]本专利技术属于多相多电平变换器调制
，具体涉及一种基于矢量分解解耦的多相多电平空间矢量调制算法。

技术介绍

[0002]现有针对多相多电平变换器的调制技术主要可分为基于载波的PWM(CBPWM)方式和空间矢量PWM(SVPWM)方式两类，其中CBPWM算法能够避免占空比的复杂计算与开关序列的繁琐编程，且易于扩展，SVPWM相比CBPWM方式则能够实现相对更高的电压利用率以及开关组合的灵活性。SVPWM算法又可进一步分为两类：基于矢量空间分解的调制和基于多维空间的调制，前者通过将参考电压矢量分解到多个二维平面进行矢量合成与占空比计算，但是其计算量和存储需求会随着相数和电平数的增加而急剧上升，在相数或电平数较多的场合难以适用；后者则是通过将参考电压矢量分解为整数部分和小数部分从而在多维空间直接对其进行合成，其虽然理论上能够扩展到任意相数和电平数的变换器，但过程中使用的高维矩阵计算会严重降低运算效率，并且耦合且唯一确定的整数部分和小数部分使得冗余的开关状态无法被有效利用，因此难以实现变换器性能的优化。此外，对于开关序列的产生，SVPWM算法通常需要进行繁琐的比较判断与复杂的逻辑编程，对这种调制方式在相数与电平数较多时的应用构成了限制。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，针对本领域中存在的技术问题，本专利技术提供了一种基于矢量分解解耦的多相多电平空间矢量调制算法，具体包括以下步骤：
[0004]1)对参考电压矢量利用其在多维空间的坐标进行矢量分解，得到各相的偏移矢量与剩余矢量；
[0005]2)对矢量分解得到的偏移矢量与剩余矢量进行解耦计算，得到各相解耦后的两矢量；
[0006]3)根据参考电压矢量的参考零点位移次数n
s
及相数p，对参考电压矢量施加一个偏移量n
s
/p后，按照步骤1)和2)相同的方式重新计算解耦后的偏移矢量与剩余矢量，得到冗余的偏移矢量和剩余矢量组合；
[0007]4)建立零点位移次数n
s
与变换器优化目标之间的关系模型，通过求解最优的n
s
来选择出最优的偏移矢量与剩余矢量组合；
[0008]5)引入基于载波的PWM调制方式，对于剩余矢量通过注入零序分量得到与载波比较的参考信号值；对于偏移矢量，则直接将步骤2)得到的各相偏移矢量坐标视为与载波比较的参考信号值；将这两部分参考信号值进行加和得到最终与移位载波进行比较的参考值，并利用该参考值执行载波移位PWM调制。
[0009]进一步地，步骤1)中对各相参考电压矢量首先计算其在多维空间的坐标S
x,ref
：
[0010][0011]式中，v
x,ref
为x相的参考电压，x＝{1,2,
…
,p}，且p为相数；v
min
为每相相对于参考零点所能输出的最小电压；V
dc
为直流电压步长；
[0012]再利用参考电压矢量坐标基于以下公式分解得到各相的偏移矢量与剩余矢量：
[0013][0014]式中，round为中心圆整函数；S
x,nst
和R
x,nst
分别为偏移矢量坐标和剩余矢量的坐标；可以选择多维空间中距离参考电压矢量最近的开关矢量作为偏移矢量。
[0015]进一步地，步骤2)中对步骤1)得到的偏移矢量和剩余矢量利用以下公式进行解耦：
[0016][0017]式中，R
sum
为偏移矢量坐标之和；sign函数为符号函数，R
sum
大于零为1，小于零为
‑
1，反之为零；S
x
和R
x
分别为解耦后的偏移矢量和剩余矢量的坐标；f
x
为校正因子，对于R
sum
>0(R
sum
<0)且R
x,nst
为R
nst
中第q个最大值(最小值)，若q≤R
sum
，f
x
＝1，反之f
x
＝0；
[0018]解耦后的各相偏移矢量坐标满足以下关系：
[0019][0020]式中，n为电平数。
[0021]进一步地，步骤3)中基于以下公式表达参考零点的电位变化与其移位次数之间的关系：
[0022][0023]式中，Δv
s
为能够使得偏移矢量和剩余矢量保持解耦的参考零点最小移位电位差；
[0024]则对参考电压矢量的坐标施加一个偏移量后变化为：
[0025]S
x,ref
'＝S
x,ref
‑
n
s
/p
[0026]基于变化后的参考电压矢量坐标按照步骤1)和2)相同的方式重新计算解耦后的偏移矢量与剩余矢量，得到冗余的偏移矢量和剩余矢量组合；得到的各相偏移矢量坐标满足以下关系：
[0027][0028]进一步地，步骤5)中剩余矢量注入零序分量后的电平处于[
‑
1,1]范围的参考调制信号表示为：
[0029]u
x
＝r
x
+v
z
[0030]式中，
[0031]r
x
＝2R
x
[0032]v
z
＝(2λ
‑
1)
‑
λr
max
‑
(1
‑
λ)r
min
[0033]其中，λ为零矢量的占空比分配因子，0≤λ≤1；r
max
和r
min
分别为r
x
的最大值和最小值；
[0034]通过下式将参考调制信号调整至[0,1]用于与单载波比较输出剩余矢量：
[0035][0036]通过步骤4)选择出的偏移矢量合成载波移位PWM的各相参考调制信号：
[0037]C
x
＝u
x
+S
x
。
[0038]上述本专利技术所提供的基于矢量分解解耦的多相多电平空间矢量调制算法，避免了现有技术中所必须的矩阵运算、离线预处理、查表模型、坐标变换等复杂处理，仅通过简单的逻辑判断与数值计算即可实现。算法中通过动态参考零点机制可以得到所有可用的偏移矢量和剩余矢量的组合，从而能够提供较高的灵活性；空间矢量解耦与CBPWM方式的有机结合，避免了占空比的复杂计算与开关序列的繁琐编程，使实施过程得以大大简化。本专利技术的算法对于任意相数和电平数的变换器均能良好适用，扩展性不会受到计算量的影响。
附图说明
[0039]图1为本专利技术所适用的级联半桥式多相多电平变换器拓扑结构示意图；
[0040]图2为本专利技术所提供算法的流程示意图；
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于矢量分解解耦的多相多电平空间矢量调制算法，其特征在于：具体包括以下步骤：1)对参考电压矢量利用其在多维空间的坐标进行矢量分解，得到相应的偏移矢量与剩余矢量；2)对矢量分解得到的偏移矢量与剩余矢量进行解耦计算，得到解耦后的两矢量；3)根据参考电压矢量的参考零点位移次数n
s
及相数p，对参考电压矢量施加一个偏移量n
s
/p后，按照步骤1)和2)相同的方式重新计算解耦后的偏移矢量与剩余矢量，得到冗余的偏移矢量和剩余矢量组合；4)建立零点位移次数n
s
与变换器优化目标之间的关系模型，通过求解最优的n
s
来选择出最优的偏移矢量与剩余矢量组合；5)引入基于载波的PWM调制方式，对于剩余矢量通过注入零序分量得到与载波比较的参考信号值；对于偏移矢量，则直接将步骤2)得到的各相偏移矢量坐标视为与载波比较的参考信号值；将这两部分参考信号值进行加和得到最终与移位载波进行比较的参考值，并利用该参考值执行载波移位PWM调制。2.如权利要求1所述的算法，其特征在于：步骤1)中对各相参考电压矢量首先计算其在多维空间的坐标S
x,ref
：式中，v
x,ref
为x相的参考电压，x＝{1,2,
…
,p}，且p为相数；v
min
为每相相对于参考零点所能输出的最小电压；V
dc
为直流电压步长；再利用参考电压矢量坐标基于以下公式分解得到各相的偏移矢量与剩余矢量：式中，round为中心圆整函数；S
x,nst
和R
x,nst
分别为偏移矢量坐标和剩余矢量的坐标；可以选择多维空间中距离参考电压矢量最近的开关矢量作为偏移矢量。3.如权利要求2所述的算法，其特征在于：步骤2)中对步骤1)得到的偏移矢量和剩余矢量利用以下公式进行解耦：式中，R
sum
为偏移矢量坐标之和；sign函数为符号函数，R
sum
大于零为1，小于零为
‑
1，反之为零；S
x
和R
x
分别为解耦后的偏移矢量和剩余矢量的坐标；f

【专利技术属性】
技术研发人员：王志福，孙庆乐，潘琼，师庆玉，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：