[发明专利]一种基于12扇区SVPWM的功率变换系统

说明书

基于SVPWM的大功率整流线路或逆变线路的控制算法的改进，本发明公开了基于六桥臂线路结构的SVPWM的改进算法，使得系统保持现有SVPWM控制算法的优点，同时在谐波减小、电机运行平滑性和降低滤波要求等方面得到很大改善。系统硬件线路包含滤波线路、开关型功率变换线路、辅助供电线路、电流电压检测线路、CPU核心线路和驱动线路，开关型功率线路由两个三相半桥线路并联组成；系统软件算法：通过Clark变换和Park变换把采集的三相输入或输出电压电流变换到静止的dq坐标系，进一步通过PID运算找到调整后系统所处的扇区和需要分配的脉宽，一个三相半桥采用传统的七段式工作方式，另一个则采用新的七段式工作方式，两个半桥线路工作同步；新的七段式工作方式则是传统的七段式工作方式的调整，（0 0 0）和（1 1 1）位置互换，相邻矢量的工作顺序互换，如此相邻矢量同时作用形成中间矢量，进一步形成12扇区的SVPWM控制方式。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及基于SVPWM算法控制的大功率功率变换线路。

背景技术

背景技术SVPWM是近年发展的一种比较新颖的控制方法，从三相输出电压的整体效果出发，能够使输出电流波形尽更加接近于理想的正弦波形，旋转磁场更逼近圆形，使得电机转矩脉动降低；与SPWM相比较，绕组电流波形的谐波成分小；直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化。

以三相功率PFC线路为例，主回路是由三个桥臂（六个功率开关元件）组成，如图1所示，每个桥臂上下开关器件不能同时导通，这六个开关器件组合起来共有8种开关状态，其中（0 0 0）、（1 1 1）两种开关状态在电机驱动中都不会产生有效的电流，因此称其为零矢量，另外6种开关状态分别是六个有效矢量，如图2所示，它们将360度的电压空间60度分为一个扇区，共六个扇区，利用这六个基本有效矢量和两个零矢量，可以合成360度内的任何矢量；SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等；等效旋转电压的轨迹将是如图2所示的圆形，利用电压向量合成的技术，在电压空间向量上，将设定的电压向量由U4（1 0 0）位置开始，每一次增加一个小增量，每一个小增量设定电压向量可以用该区中相邻的两个基本非零向量与零电压向量予以合成，如此所得到的设定电压向量就等效于一个在电压空间向量平面上平滑旋转的电压空间向量，从而达到电压空间向量脉宽调制的目的。

SVPWM的编程实现，首先对于三相电压和电流进行坐标变换，然后判断当前处于哪个扇区，然后再用扇区中的两个变量来等效当前矢量，如图所示，以第一扇区为例：UREF*T_S=V₁*T₁+V₂*T₂借助于（0,0,0）和（1,1,1）减少开关次数， 目前主要有两种方式：五段式和七段式，五段式开关次数少，但谐波较大，七段式用的较多，七段式逻辑如图7所示。为探索空间矢量调制（SVPWM）的优点进行了大量研究来，并扩展了其多相驱动系统的理论，尤其SVPWM在电机驱动的应用，为了让电机运行特性更好，大量的文献研究了基于12边形的SVPWMM的理论，增加了一些开关状态矢量，消除了驱动系统中产生的低次谐波，电机运行具有更好的性能。

目前对这一理论的研究主要集中在用于电机驱动的逆变器，对于PFC线路的应用研究相对较少，并且现有的基于12边形的SVPWMM理论的PFC线路和逆变线路结构和算法较为复杂。本发明针对上述问题，公开了一种线路结构和改善的SVPWM控制算法，实现基于12变形的SVPWM算法功率因素调整系统，系统结构和算法简单，易于实现，且具有更好的性能，尤其是更适合于大功率的AC/DC或DC/AC功率变换线路。六扇区SVPWM算法所有七段式工作方式中U_REF所在扇区和开关切换顺序如图7所示。

发明内容

针对基于SVPWM的大功率整流线路或逆变线路的控制算法的改进，本发明提出了基于六桥臂线路结构的SVPWM的改进算法，使得系统保持现有SVPWM控制算法的优点，同时在谐波减小、电机运行平滑性和降低滤波要求等方面得到很大改善。