CN101895220B - 基于25个电流空间矢量对直流源进行调制的方法 - Google Patents

Abstract

基于25个电流空间矢量对直流源进行调制的方法，简化电流型多电平逆变器的调制控制方式，降低处理的复杂度的技术问题，采用的技术方案是，以上方法是借助CPU以及配套管理软件程序实现的，CPU通过存储有参考矢量的第一存储单元以及对应存储有采样周期的第二存储单元进行计算及控制调制时间，上述的方法是将25个空间矢量进行编码、排序，形成专用数据库，本发明包括基本空间矢量的形成，空间矢量的选取，矢量输出顺序的确定，各矢量作用时间的计算，对应各矢量的开关输出，将空间矢量的选取原则与矢量输出顺序进行统一编码，将编码结果放在一存储器里，运行时根据扇区和区域的判断结果去存储器里调用相应的空间矢量，速度快，方便简单。

Description

基于25个电流空间矢量对直流源进行调制的方法

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种基于电流型多电平逆变器实现方法，特别是基于25个空间矢量的电流型逆变器，借助统一公式进行调制的方法。

背景技术

现有的用于实现电流型多电平逆变器SVPWM控制的方法有两种，一种是利用DSP完成，另一种就是采用DSP+FPGA，并且是以DSP为主FPGA为辅，所用到的空间矢量通常为19个。在实现SVPWM控制时，需要判断空间矢量的组合，然后以5段或7段的顺序输出，每个空间矢量作用时间的计算公式也不一样，作用时间也是随机的，这样如果用DSP来完成这些任务，则实时性难以保证。在控制的时候首先要判断空间参考矢量处于的三角形区域，然后选择与该三角形区域对应的三个基本空间矢量，参考矢量位于某一区域时，计算时选择对应的三个空间矢量。那么就用到对应的一组公式。在所有空间矢量进行计算时，共有108个这样的公式，不易实现。

发明内容

本发明的目的是为了简化电流型多电平逆变器的调制控制方式，降低处理的复杂度的技术问题，设计了基于25个电流空间矢量对直流源进行调制的方法，通过仔细研究，尽管各个公式不同，但其中有一些元素是相同的，那么我们就将相同的元素用一个新的变量来代替，将108个公式化简为一个统一处理的公式算法，通过输入系数来达到相同的结果。

本发明为实现发明目的采用的技术方案是，基于25个电流空间矢量对直流源进行调制的方法，以上方法是借助CPU以及配套管理软件程序实现的，CPU通过存储有参考矢量的第一存储单元以及对应存储有采样周期的第二存储单元进行计算及控制调制时间，上述的方法是将25个空间矢量进行编码、排序，形成专用数据库，对任意电流源进行调制的步骤包括：

①、将25个空间矢量分为6个大扇区，在每个扇区中分为6个区域，对以上每个区域进行编码，存储在第三存储单元；

②、在第四存储单元中存储有固定系数组，对固定系数组进行编码，并与以上36个区域形成一对一映射关系，生成中间向量表存储在专用存储单元；

③、调用第一存储单元中的参考矢量，并借助6组公式算法计算形成6个中间参考量，并存储在第五存储单元；

④、调用第二存储单元中的采样周期、第五存储单元的中间参考量、以及四存储单元中的固定系数组，存储在中间存储单元；

⑤、借助配套的公式以及CPU的计算，在中间存储单元中计算调制时间，完成调制过程。

本发明包括基本空间矢量的形成，空间矢量的选取，矢量输出顺序的确定，各矢量作用时间的计算，对应各矢量的开关输出。将空间矢量的选取原则与矢量输出顺序进行统一编码，将编码结果放在一存储器里，运行时根据扇区和区域的判断结果去存储器里调用相应的空间矢量，速度快，方便简单。由于空间矢量的组合有3*12共36种，而每一组合有3个公式，所以共有108个公式，本发明将108个公式用一个通用公式来代替，很好地解决了这一问题。

本发明的有益效果：将复杂的矢量选取与空间矢量的输出原则方与一存储器里，调用方便，易于用FPGA来实现；将108个计算公式用一个通用公式来代替，大大降低了计算难度，以及简化系统存储空间的结构。

附图说明

图1是本发明中25个空间矢量的分布以及扇区划分示意图。

图1中，I、II、III、IV、V、VI分别是6个大扇区，(1)、(2)、(3、)……(12)分别是12个小扇区，1、2、3、4、5、6分别是每个大扇区中划分的区域。

具体实施方式

基于25个电流空间矢量对直流源进行调制的方法，以上方法是借助CPU以及配套管理软件程序实现的，CPU通过存储有参考矢量的第一存储单元以及对应存储有采样周期的第二存储单元进行计算及控制调制时间，上述的方法是将25个空间矢量进行编码、排序，形成专用数据库，对任意电流源进行调制的步骤包括：

①、将25个空间矢量分为6个大扇区，在每个扇区中分为6个区域，对以上每个区域进行编码，存储在第三存储单元；

②、在第四存储单元中存储有固定系数组，对固定系数组进行编码，并与以上36个区域形成一对一映射关系，生成中间向量表存储在专用存储单元；

③、调用第一存储单元中的参考矢量，并借助6组公式算法计算形成6个中间参考量，并存储在第五存储单元；

④、调用第二存储单元中的采样周期、第五存储单元的中间参考量、以及四存储单元中的固定系数组，存储在中间存储单元；

⑤、借助配套的公式以及CPU的计算，在中间存储单元中计算调制时间，完成调制过程。

上述的固定系数组中系数有6项，分别对应步骤③中的6个中间参考量。

在具体实施时，配套统一公式采用T＝(D₀X+D₁Y+D₂Z+D₃L+D₄W+D₅N+C)T_S，其中T代表空间矢量的调制时间，D₀、D₁、D₂、D₃、D₄、D₅是对应的系数，编为一组，C是常数项，T_S是参考矢量的周期，请看表1，表1是现有技术中采用108个公式分别进行控制的实施例，下面举出一部分加以说明：

表1

参看表1和图1，表1中列举了第(2)、(4)、(6)小扇区中区域1，区域3，区域5的公式，尽管各个公式不同，但其中有一些元素是相同的，那么我们就将相同的元素用一个新的变量来代替，如下：

$\left\{\begin{array}{c}X=(\sqrt{3}{I}_a-I_b)\\ Y=(\sqrt{3}{I}_a+I_b)\\ Z=({3I}_b-\sqrt{3}{I}_a)\\ L=({3I}_b+\sqrt{3}{I}_a)\\ W={2I}_b\\ N=\sqrt{3}{I}_a\end{array}\right.$

通过上面的变量代替我们可以得到以下表2中的公式：

表2：

接着再对表2的内容进行分析发现。每个公式都由一个常数项和一个带系数的变量组成，常数项包括1，-1，2，0共4种，系数也有0，1，2，-1，-2共5种，那么公式虽然很多，但只不过是常数项和系数不同而已，则我们将每个公式的常数项和系数提出来放入一个ROM中，选取不同的公式只需选择ROM中不同的数据而已。这样就将108个公式统一为一个公式：

T＝(D₀X+D₁Y+D₂Z+D₃L+D₄W+D₅N+C)T_S

由于系数组是固定的，因此当调制时只需要通过向量表将存储的固定系数组调用，即可得到108项公式中的任意一项，如果某时刻的系数组值为1，0，0，0，0，0，1则对应得公式为T＝X+C。

Claims (1)

1.基于25个电流空间矢量对直流源进行调制的方法，以上方法是借助CPU以及配套管理软件程序实现的，CPU通过存储有参考矢量的第一存储单元以及对应存储有采样周期的第二存储单元进行计算及控制调制时间，其特征在于：所述的方法是将25个电流空间矢量进行编码、排序，形成专用数据库，所述的25个电流空间矢量中包括6个大矢量I₁、I₂、I₃、I₄、I₅、I₆，6个中大矢量I₇、I₈、I₉、I₁₀、I₁₁、I₁₂，6个中小矢量，6个小矢量，1个零矢量，其中大矢量与中小矢量的相角一致，分别为0°、60°、120°、180°、240°、300°，中小矢量的模长是大矢量的一半；中大矢量与小矢量的相角一致，分别为30°、90°、150°、210°、270°、330°，小矢量的模长是中大矢量的一半，对任意直流源进行调制的步骤包括：

①、将25个电流空间矢量分为6个大扇区，在每个扇区中分为6个区域，对以上每个区域进行编码，存储在第三存储单元中；

②、在第四存储单元中存储有固定系数组，对固定系数组进行编码，并与以上36个区域形成一对一映射关系，生成中间向量表存储在专用存储单元中；

③、调用第一存储单元中的参考矢量，并借助6组公式算法计算形成6个中间参考量，并存储在第五存储单元中，所述的六组公式为：

$\left\{\begin{array}{c}X=(\sqrt{3}{I}_a-I_b)\\ Y=(\sqrt{3}{I}_a+I_b)\\ Z=(3I_b-\sqrt{3}{I}_a)\\ L=(3I_b+\sqrt{3}{I}_a)\\ W=2I_b\\ N=\sqrt{3}{I}_a\end{array}\right.,$ I_a、I_b表示参考矢量，X、Y、Z、L、W、N表示中间参考量；

④、调用第二存储单元中的采样周期、第五存储单元的中间参考量、以及第四存储单元中的固定系数组，存储在中间存储单元中；

⑤、借助配套的公式以及CPU的计算，在中间存储单元中计算调制时间，完成调制过程，所述的配套的公式为：T＝(D₀X+D₁Y+D₂Z+D₃L+D₄W+D₅N+C)T_s，其中T代表电流空间矢量的调制时间，D₀、D₁、D₂、D₃、D₄、D₅是对应的系数，编为一组，即固定系数组，C是常数项，T_s是参考矢量的周期。

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