单元矢量延时叠加多电平空间矢量的调制方法及实现电路，属于电能变换领域。它解决了级联型逆变器采用传统多电平ＳＶＭ方法进行调制，需要矢量选择使计算方法复杂的问题。调制方法为：将三相Ｎ级单元级联型逆变器的每一级单元等效为两个两电平三相效逆变器；在计算周期开始时刻采用两电平空间矢量调制方法计算第一级单元的左桥臂等效逆变器的输出电压矢量；将所述电压矢量延时（ｉ－１）Ｔｓ／２Ｎ后作用于第ｉ级单元的左桥臂等效逆变器；延时后作用于第ｉ级单元的右桥臂等效逆变器，实现多电平ＰＷＭ电压波形的输出；实现电路由ＤＳＰ芯片和ＦＰＧＡ现场可编程门阵列组成。本发明专利技术用于级联型逆变器多电平空间矢量的调制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种单元矢量延时叠加多电平空间矢量的调制方法及实现电路，属于电能变换领域。
技术介绍
级联型多电平逆变器通过将多个低压H桥单元级联的方式实现了高压领域的电 能转换，同时有效降低了电压变化率应力，显著改善了电磁环境，在高压电机节能调速等领 域获得了广泛应用。作为直接决定逆变器控制效果的重要因素——多电平P丽方法，受到了 国内外学者的普遍关注，并开展了大量的研究工作。目前级联型逆变器的多电平P丽方法 主要包括载波移相SP丽(CPS-SP丽)方法，多电平SVM方法和选择性谐波消除P丽(SHEP丽) 方法等。其中CPS-SP丽方法通过将各个载波的相位相互错开一定角度，实现了多电平输出 波形，但由于其基于SP丽的思想，电压利用率较低，并难于与高性能电机控制策略相融合。 SVM方法以电压空间矢量的概念为出发点，具有电压利用率高，易于数字化实现等优点在两 电平逆变器中获得了广泛的关注，但是对于传统多电平SVM方法，由于小矢量数量较多，造 成算法过于复杂，目前应用于七电平以下的情况。虽然近几年出现了一些快速算法，但由于 其仍然基于矢量选择的思想，上述问题并没有得到很好地解决。SHEP丽方法通过开关时刻 的优化选择，消除指定的低频次谐波，可获得最低的开关频率，但需要计算超越方程，并只 能消除有限次谐波，实用受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种单元矢量延时叠加多电平空间矢量的调制方法及实现 电路，它解决了级联型逆变器采用传统多电平SVM方法进行调制，需要矢量选择使计算方 法复杂的问题。它的调制方法包括下述步骤 步骤一 将三相N级单元级联型逆变器的每一级单元三个H桥逆变器的左桥臂和 右桥臂分别等效为左桥臂等效逆变器和右桥臂等效逆变器，使三相N级单元级联型逆变器 每一级单元的输出电压矢量等效为左桥臂等效逆变器和右桥臂等效逆变器输出电压矢量 的差，N为大于1的自然数； 步骤二 设定三相N级单元级联型逆变器的计算周期为Ts，单元的级数为i， i为 自然数且i《N，在每个计算周期开始时刻，采用两电平空间矢量调制方法计算三相N级单 元级联型逆变器第一级单元的左桥臂等效逆变器的输出电压矢量； 步骤三在每一个计算周期Ts内，将所述步骤二中计算得出的输出电压矢量，延时(i-l)T乂2N后作用于第i级单元的左桥臂等效逆变器；延时f^^ + "^后作用于第i级单元的右桥臂等效逆变器，由此在一个计算周期Ts内完成各级单元输出电压矢量的更新，实 现多电平P丽电压波形的输出。 单元矢量延时叠加多电平空间矢量的调制方法的一种实现电路它由DSP芯片和 FPGA现场可编程门阵列组成，FPGA现场可编程门阵列由数据锁存模块、译码模块、电压矢 量模块、死区时间模块、P丽控制模块、计数器周期值模块、计数器组、N个P丽发生器和N个 信号互锁模块组成， DSP芯片的控制数据输出端连接数据锁存模块的控制数据输入端，DSP芯片的地 址信号输出端连接译码模块的地址信号输入端，译码模块的模块选择使能信号输出端连接 数据锁存模块的地址信号输入端，数据锁存模块的控制数据输出端同时连接电压矢量模块 的单元矢量输入端、死区时间模块的死区时间输入端、P丽控制模块的控制信号输入端和计 数器周期值模块的时间信号输入端，电压矢量模块的控制信号输出端同时连接N个P丽发 生器的控制信号输入端，死区时间模块的信号输出端同时连接N个信号互锁模块的死区信 号输入端，P丽控制模块的封锁信号输出端同时连接N个信号互锁模块的封锁信号输入端， P丽控制模块的使能信号输出端连接计数器组的使能信号输入端，计数器组的计数信号输 入端连接计数器周期值模块的计数信号输出端，计数器组的计数信号输出端同时连接N个 P丽发生器的计数信号输入端，每个P丽发生器的控制号输出端连接一个信号互锁模块的 控制信号输入端。 译码模块的模块选择使能信号表示其输入的地址信号对应的模块，即为数据锁存 模块输入的数据对应的模块，实现对应数据输入对应模块的功能。例如当译码模块输出电 压矢量模块的使能信号时，数据锁存模块输出的数据为单元矢量数据，此时电压矢量模块 能接收该数据，而死区时间模块、P丽控制模块和计数器周期值模块不接收该数据。 本专利技术的优点是 本专利技术采用单元矢量延时叠加多电平空间矢量调制方法(Overlap TimeDelayed-Space Vector Modulation,OTD-SVM)及其实现电路，以简化现有的级联型逆 变器的多电平SVM控制算法，在高级联型数目逆变器中实现电压空间矢量调制，提高了逆 变器的控制性能。它通过将各级单元电压矢量顺次延时叠加，在增加级联数目时，不增加 DSP的运算负担，有效降低了对系统资源的要求。采用DSP+FPGA的实现方案具有结构简洁， 控制方便灵活，便于扩展以及易于与先进控制策略相结合等优点，为高级联数目逆变器实 现电压空间矢量调制提供了新的途径，具有明显优势。附图说明 图1是三相一级单元级联型逆变器的原理图；图2是将图1中三个H桥逆变器的 左桥臂和右桥臂分别等效为左桥臂等效逆变器和右桥臂等效逆变器的原理图；图3是一级 单元逆变器输出电压矢量叠加原理图；图4是N级单元逆变器输出电压矢量叠加原理图； 图5是本专利技术实现电路的结构框图；图6是实施方式二中七段式开关模式的原理图；图7是 实施方式二中FPGA现场可编程门阵列中与各个桥臂对应的计数器的相位关系图；图8是实 施方式二中同一桥臂上的上开关管和下开关管信号互锁的波形原理图，图中阴影部分表示 死区时间。具体实施例方式具体实施方式一 下面结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式包括下述步骤 步骤一 将三相N级单元级联型逆变器的每一级单元三个H桥逆变器的左桥臂和 右桥臂分别等效为左桥臂等效逆变器和右桥臂等效逆变器，使三相N级单元级联型逆变器 每一级单元的输出电压矢量等效为左桥臂等效逆变器和右桥臂等效逆变器输出电压矢量 的差，N为大于l的自然数； 步骤二 设定三相N级单元级联型逆变器的计算周期为Ts，单元的级数为i， i为 自然数且i《N，在每个计算周期开始时刻，采用两电平空间矢量调制方法计算三相N级单 元级联型逆变器第一级单元的左桥臂等效逆变器的输出电压矢量； 步骤三在每一个计算周期Ts内，将所述步骤二中计算得出的输出电压矢量，延时(i-l)T乂2N后作用于第i级单元的左桥臂等效逆变器；延时^^ + "^后作用于第i级单元的右桥臂等效逆变器，由此在一个计算周期Ts内完成各级单元输出电压矢量的更新，实 现多电平P丽电压波形的输出。 调制方法原理 级联型逆变器的等价结构将图1所示的三相一级单元级联型逆变器拆分为两个 三相三桥臂两电平逆变器，即等效为左桥臂等效逆变器和右桥臂等效逆变器，可见级联型 逆变器的输出等价于两个三相逆变器输出电压空间矢量的差，因此通过对每个H桥逆变器 的左右桥臂分别控制，即可将两电平SVM方法引入到级联型逆变器中。 —级单元的调制方法对于三相级联型逆变器拓扑，根据图l，一级单元三个H桥 逆变器输出的合成电压矢量U'工可以看作是左桥臂电压矢量Uu与右桥臂电压矢量l^的 差，即U'工=Uu-l^，为使H桥逆变器输出电压为三电平，需要使左右桥臂的控制信号错 开一定时间，可以通过延时更新输出矢本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单元矢量延时叠加多电平空间矢量的调制方法，其特征在于：它的调制方法包括下述步骤：步骤一：将三相Ｎ级单元级联型逆变器的每一级单元三个Ｈ桥逆变器的左桥臂和右桥臂分别等效为左桥臂等效逆变器和右桥臂等效逆变器，使三相Ｎ级单元级联型逆变器每一级单元的输出电压矢量等效为左桥臂等效逆变器和右桥臂等效逆变器输出电压矢量的差，Ｎ为大于１的自然数；步骤二：设定三相Ｎ级单元级联型逆变器的计算周期为Ｔ↓［ｓ］，单元的级数为ｉ，ｉ为自然数且ｉ≤Ｎ，在每个计算周期开始时刻，采用两电平空间矢量调制方法计算三相Ｎ级单元级联型逆变器第一级单元的左桥臂等效逆变器的输出电压矢量；步骤三：在每一个计算周期Ｔ↓［ｓ］内，将所述步骤二中计算得出的输出电压矢量，延时（ｉ－１）Ｔ↓［ｓ］／２Ｎ后作用于第ｉ级单元的左桥臂等效逆变器；延时（（ｉ－１）／Ｎ＋１）Ｔ↓［ｓ］／２后作用于第ｉ级单元的右桥臂等效逆变器，由此在一个计算周期Ｔ↓［ｓ］内完成各级单元输出电压矢量的更新，实现多电平ＰＷＭ电压波形的输出。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴凤江，赵克，孙力，孙立志，王有琨，孙光亚，吴重祥，修永文，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。