[发明专利]一种简化的三电平空间矢量调制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种三电平空间矢量调制方法。

背景技术

针对三相逆变器，常用的调制方法主要有正弦脉宽调制技术SPWM和空间矢量脉宽调制技术SVPWM。SPWM技术是用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，简单有效，容易实现；SVPWM技术是根据三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，使得所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆，需要额外的计算时间，但是可以提高直流母线电压的利用率，特别在电机调速领域得到了广泛的应用。根据空间矢量脉宽调制技术，任意参考矢量都可以由基本空间矢量合成。为了降低开关频率和开关损耗，同时减少输出电压矢量的谐波含量，一般采用与参考矢量相邻最近的三个基本空间矢量来合成。

三电平逆变器中一般将矢量空间划分为6个大扇区，每个大扇区又分为4个小扇区，形成了24个基本三角形区域，每个三角形区域由三个基本空间矢量构成。这样就会有27个基本空间矢量，根据空间矢量的长度可分为：大矢量、中矢量、小矢量和零矢量。大矢量的长度为2/3V_dc，共计有6个；中矢量的长度为，共计有6个；小矢量的长度为1/3V_dc，共计有12个；零矢量长度为0，共计3个。

三电平逆变器一个比较常见的问题：直流侧电容的均压。当直流侧电容电压均压失败，会影响输出电压波形，严重情况下将会损坏功率开关器件。研究分析表明：大矢量和零矢量不会导致直流侧电容电压不平衡，但中矢量和小矢量将引起直流侧电容电压不均衡，而且成对小矢量对电容电压的作用相反。因此，现有的空间矢量调制方法主要是通过控制成对的小矢量来实现电容电压的均衡。实际上，大矢量既不影响直流侧电容电压的均衡，又不制约直流电压的利用率，对整个控制作用不大，反而增加了空间的复杂度。

发明内容

技术问题：为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供了一种不会影响控制效果、有效减少矢量、降低了空间复杂度的简化的三电平空间矢量调制方法。

技术方案：本发明的一种简化的三电平空间矢量调制方法，包括以下步骤：

（1）根据控制系统的三相电压得到参考电压合成矢量；

（2）判断参考电压合成矢量所在的空间矢量大扇区，空间矢量大扇区是将空间矢量图中的6个大矢量弃用后，用剩余的21个矢量划分得到的；

（3）判断参考电压合成矢量所在的空间矢量小扇区，空间矢量小扇区是将所在大扇区的大矢量弃用后，用剩余的矢量划分得到的；

（4）计算参考电压合成矢量所在空间矢量小扇区中三个基本空间矢量的作用时间；

（5）安排参考电压合成矢量所在空间矢量小扇区中三个基本空间矢量的开关序列；

（6）根据步骤（5）中安排的开关序列计算占空比，然后将占空比作为功率器件的驱动信号。

本发明方法的步骤（2）中，空间矢量大扇区是按照如下方法划分得到的：

（A）弃用空间矢量图中的6个大矢量，得到剩余21个电压矢量，分别为3个零矢量、12个小矢量和6个中矢量；

（B）基于步骤（A）中弃用的6个大矢量，从空间矢量图中找到每个弃用的大矢量的相邻最近的两个中矢量；

（C）按照如下方法得到所有空间矢量大扇区：将弃用的大矢量与其相邻最近的两个中矢量连接，将空间矢量图中的零矢量与这两个中矢量连接，所围成的区域即为一个空间矢量大扇区；

本发明方法的步骤（3）中，空间矢量小扇区是按照如下方法划分得到的：

（a）找到每个空间矢量大扇区中包含的小矢量；

（b）在每个空间矢量大扇区中，将小矢量分别与零矢量和两个中矢量连接，将空间矢量大扇区分割而成的三个区域即为空间矢量图大扇区中的小扇区。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明所提供的一种简化的三电平空间矢量调制方法，克服了传统三电平空间矢量调制方法判断小扇区时，由于采用三角函数，判断比较复杂，时延较大的问题。本发明所提供的方法判断小扇区时，首先将三电平空间矢量转换到两电平空间矢量，然后在两电平条件下判断小扇区，此时所采用的判断方法与判断大扇区方法一致，这样转换到两电平条件下之后，无须额外的判断算法，从而简化了判断过程，提高了可靠性；同时判断方法只有四则运算，不存在三角函数计算，减少了计算延时，提高了实时性；最后由于基本空间矢量作用时间也是在两电平条件下计算的，所以可以直接计算基本空间矢量的作用时间，无须重复转换，从而进一步减少了算法时间。