CN102522910A - 用于三相并网逆变器的混合式svpwm控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于三相并网逆变器的混合式SVPWM控制方法，其基于三相PWM波控制器，按照以下的三相PWM波进行控制：在αβ电压矢量分布坐标系上，划分为12个30°扇区，并依次编号命名各扇区；定义第1、4、5、8、9以及12扇区为3段式调制扇区，令生成三相PWM波的参考矢量V_ref在该6个扇区时由两个基本矢量合成；定义第2、3、6、7、10以及11扇区为5段式调制扇区，令生成三相PWM波的参考矢量V_ref在该6个扇区时由三个基本矢量合成。本发明在不增加硬件成本下，通过控制脉宽发生方式，可以在现有SVPWM控制方法基础上使功率器件开关损耗降低50％。

Description

用于三相并网逆变器的混合式SVPWM控制方法

技术领域

本发明属于太阳能、风能等分布式可再生新能源并网发电技术领域，具体涉及一种用于三相并网逆变器的混合式SVPWM控制方法。

背景技术

随着化石能源的不断减少，以及因使用化石能源造成全球气候变暖的严峻形势，绿色环保且蕴藏丰富的太阳能、风能等可再生自然能源越来越受到人们的青睐。这些可再生新能源通过适当媒介(如太阳能电池、风力发电机等)转换成直流电，然后再通过三相并网逆变器将直流电变换成交流电输送到三相公用电网，完成新能源(太阳能、风能等)到交流电能的能量转换。转换过程如何实现转换效率最大化，或者转换过程中能量损耗最小化，成为新能源并网发电技术领域众多专家和学者研究的重点。

三相并网逆变器损耗包括：功率器件损耗、滤波器损耗与变压器损耗，其中只有功率器件损耗，可以通过特定的硬件电路(如ZVS零电压软开关，ZCS零电流软开关等)，或脉宽调制方法进行优化控制，使之最小化。在此，定义功率器件损耗为可控损耗。然而，ZVS或ZCS等通过硬件电路来降低损耗的方法，势必增加三相并网逆变器的硬件与软件开发成本。

三相并网逆变器一般由三相全桥电路实现，三个桥臂中的每个桥臂由2个功率器件串联，中间连接处作为三相电压输出端，通过控制6个功率器件的开通与关断时刻，实现对三相输出电压或三相输出电流的实时控制。目前使用较为广泛的是SVPWM方法，该方法在每一个开关周期内都要对每个功率器件完成2次开关切换(定义功率器件从开通切换到关断，或从关断切换到开通，为1次开关切换)，而功率器件每一次开关切换都会造成一定的功率损耗。当开关频率较低时，功率器件开关损耗可以忽略，但较低的开关频率会造成三相电压或电流输出波形含有较多的谐波含量，影响波形正弦度的同时，也增加了滤波电路的负担与成本。为了追求谐波含量较小的输出电压或输出电流，一般需要提高开关频率，但显然会带来较大的功率器件开关损耗，导致三相并网逆变器转换效率降低。为了进一步提高开关频率，降低开关损耗，现有技术中有采用不连续调制技术实现了在三相多电平逆变器上开关损耗的降低；第二种方案，将不连续调制应用到有源滤波器上取得了较好的控制效果；还有一种方案是提出了应用于三相两电平逆变器上的统一型不连续调制技术。上述方案都采用在基本正弦波参考电压基础上注入不同的零序分量实现，且每个桥臂开关在一个基波周期内的不动作区间为120°。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于三相并网逆变器的混合式SVPWM控制方法，在不增加硬件成本下，通过控制脉宽发生方式，可以在现有SVPWM控制方法基础上使功率器件开关损耗降低50％。

本发明所采用的技术方案是，一种用于三相并网逆变器的混合式SVPWM控制方法，其特征在于，该控制方法基于三相PWM波控制器，按照以下的三相PWM波进行控制：

在αβ电压矢量分布坐标系上，以α轴为起点，从第一象限开始按照逆时针方向，划分为12个30°扇区，并依次编号命名各扇区；其中，V₀₍₀₀₀₎、V₁₍₀₀₁₎、V₂₍₀₁₀₎、V₃₍₀₁₁₎、V₄₍₁₀₀₎、V₅₍₁₀₁₎、V₆₍₁₁₀以及V₇₍₁₁₁₎为8个基本空间电压矢量，V₀₍₀₀₀₎和V₇₍₁₁₁₎为零矢量，V₁₍₀₀₁₎、V₂₍₀₁₀₎、V₃₍₀₁₁₎、V₄₍₁₀₀₎、V₅₍₁₀₁₎以及V₆₍₁₁₀为非零矢量，且该六个非零矢量的幅值由将太阳能电池、风力机转换成的直流电压唯一确定；

定义第1、4、5、8、9以及12扇区为3段式调制扇区，令生成三相PWM波的参考矢量V_ref在该6个扇区时由两个基本矢量合成，且该两个基本矢量分为3个控制时段依次作用；定义第2、3、6、7、10以及11扇区为5段式调制扇区，令生成三相PWM波的参考矢量V_ref在该6个扇区时由三个基本矢量合成，且该三个基本矢量分为5个控制时段依次作用；

令生成三相PWM波的参考矢量V_ref在各扇区时按照下表进行矢量合成：

注：/代表没有该控制时段；

在第1扇区，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₁₀以及V₄₍₁₀₀₎的作用时间t₁₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{12}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{10}=T_c-t_{12}\end{array}\right.,$ 其中，V_α为参考矢量V_ref在αβ电压矢量分布坐标系上横坐标分量，T_c为三相PWM波控制器中双极性三角载波的周期，V_m为6个非零基本矢量的幅值，第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₁₀/2，第二控制时段的作用时间为t₁₂；

在第2扇区，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₂₀，V₄₍₁₀₀₎的作用时间t₂₁以及V₆₍₁₁₀₎的作用时间t₂₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{21}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{22}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{20}=T_c-t_{21}-t_{22}\end{array}\right.,$ 其中，V_β为参考矢量V_ref在αβ电压矢量分布坐标系上纵坐标分量，第一控制时段和第五控制时段的作用时间均为t₂₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₂₁/2，第三控制时段的作用时间为t₂₂；

在第3扇区，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₃₀，V₂₍₀₁₀₎的作用时间t₃₁以及V₆₍₁₁₀₎的作用时间t₃₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{31}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{32}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{30}=T_c-t_{31}-t_{32}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第五控制时段的作用时间均为t₃₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₃₁/2，第三控制时段的作用时间为t₃₂；

在第4扇区，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₄₀以及V₂₍₀₁₀₎的作用时间t₄₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{42}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{40}=T_c-t_{42}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₄₀/2，第二控制时段的作用时间为t₄₂；

在第5扇区，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₅₀以及V₂₍₀₁₀₎的作用时间t₅₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{52}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{50}=T_c-t_{52}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₅₀/2，第二控制时段的作用时间为t₅₂；

在第6扇区，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₆₀，V₂₍₀₁₀₎的作用时间t₆₁以及V₃₍₀₁₁₎的作用时间t₆₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{61}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{62}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{60}=T_c-t_{61}-t_{62}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第五控制时段的作用时间均为t₆₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₆₁/2，第三控制时段的作用时间为t₆₂；

在第7扇区，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₇₀，V₁₍₀₀₁₎的作用时间t₇₁以及V₃₍₀₁₁₎的作用时间t₇₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{71}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{72}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{70}=T_c-t_{71}-t_{72}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第五控制时段的作用时间均为t₇₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₇₁/2，第三控制时段的作用时间为t₇₂；

在第8扇区，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₈₀以及V₁₍₀₀₁₎的作用时间t₈₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{82}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{80}=T_c-t_{82}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₈₀/2，第二控制时段的作用时间为t₈₂；

在第9扇区，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₉₀以及V₁₍₀₀₁₎的作用时间t₉₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{92}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{90}=T_c-t_{92}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₉₀/2，第二控制时段的作用时间为t₉₂；

在第10扇区，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₁₀₀，V₁₍₀₀₁₎的作用时间t₁₀₁以及V₅₍₁₀₁₎的作用时间t₁₀₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{101}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{102}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{100}=T_c-t_{101}-t_{102}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第五控制时段的作用时间为t₁₀₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₁₀₁/2，第三控制时段的作用时间为t₁₀₂；

在第11扇区，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₁₁₀，V₄₍₁₀₀₎的作用时间t₁₁₁以及V₅₍₁₀₁₎的作用时间t₁₁₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{111}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{112}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{110}=T_c-t_{111}-t_{112}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第五控制时段的作用时间均为t₁₁₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₁₁₁/2，第三控制时段的作用时间为t₁₁₂；

在第12扇区，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₁₂₀以及V₄₍₁₀₀₎的作用时间t₁₂₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{122}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{120}=T_c-t_{122}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₁₂₀/2，第二控制时段的作用时间为t₁₂₂。

本发明用于三相并网逆变器的混合式SVPWM控制方法的有益效果是：本发明使得6个功率器件(即功率开关管)中的每个器件在一个工频电网周期内，只有一半电网周期的时间处于高频PWM动作状态，而另一半电网周期保持同一个开关状态不变，在现有SVPWM方法基础上最大可以降低50％的功率器件损耗，提高了系统效率。从另一个方面说，本发明方法在相同的功率器件损耗下，可以将开关频率提高1倍来进一步降低谐波含量，改善输出波形正弦度；在同等的工作时间里，功率器件的动作频率降低了一半，因而延长了功率器件以及三相并网逆变器的使用寿命。

附图说明

图1是本发明方法基于的三相并网发电电路连接图；

图2是本发明方法基于的三相PWM波控制器的原理框图；

图3是本发明方法生成的三相PWM波的波形图，其中，(a)至(l)依次对应编号为1-12的12个扇区，其中，A、B、C表示三相桥臂的输出，1代表桥臂的上管开通下管关断，0代表桥臂的上管关断下管开通；

图4是本发明方法对应的基本空间电压矢量图；

图5是本发明方法中，当参考电压位于第1扇形区域时的基本矢量合成示意图；

图6是本发明方法中，当参考电压位于第2扇形区域时的基本矢量合成示意图；

其中，1.第一功率开关管，2.第二功率开关管，3.第三功率开关管，4.第四功率开关管，5.第五功率开关管，6.第六功率开关管，7.直流电压，8.第一滤波电感，9.第二滤波电感，10.第三滤波电感，11.三相工频变压器，12.第一滤波电容，13.第二滤波电容，14.第三滤波电容，15.电网电压a相，16.电网电压b相，17.电网电压c相，18.三相电网电压，19.锁相环控制，20.同步旋转角，21.三相静止坐标系到两相旋转dq坐标系的电压坐标变换，22.三相输出电流，23.三相静止坐标系到两相旋转dq坐标系的电流坐标变换，24.直流电压，25.电网电压的dq分量，26.输出电流的dq分量，27.电流控制器，28.参考电压的dq分量，29.两相旋转dq坐标系到两相静止αβ坐标系的参考电压坐标变换，30.参考电压的αβ分量，31.参考电压的扇区号，32.基本矢量的作用时间，33.等效的三相时间调制波，34.双极性三角载波，35.比较器，36.三相PWM开关信号。

具体实施方式

如图1所示，为本发明方法基于的硬件电路基础。电力电子装置将太阳能电池、风力机等转换成的直流电压7。第一功率开关管1作为上管和第二功率开关管2作为下管组成第一个桥臂，称之为A相桥臂；第三功率开关管3作为上管和第四功率开关管4作为下管组成第二个桥臂，称之为B相桥臂；第五功率开关管5作为上管和第六功率开关管6作为下管组成第三个桥臂，称之为C相桥臂。直流电压7的正极分别与第一功率开关管1、第三功率开关管3以及第五功率开关管5一端相连；直流电压7的负极分别与第二功率开关管2、第四功率开关管4以及第六功率开关管6的一端相连。第一功率开关管1和第二功率开关管2的公共连接点作为A相桥臂输出，连接第一滤波电感8的一端；第三功率开关管3和第四功率开关管4的公共连接点作为B相桥臂输出，连接第二滤波电感9的一端；第五功率开关管5和第六功率开关管6的公共连接点作为C相桥臂输出，连接第三滤波电感10的一端。第一滤波电感8、第二滤波电感9以及第三滤波电感10的另一端分别连接三相工频变压器11(在非隔离情况下，三相工频变压器11不存在)的三相输入端。三相工频变压器11的三相输出端分别连接至电网电压a相15、电网电压b相16以及电网电压c相17。第一滤波电容12的一端与电网电压c相17连接，第二滤波电容13的一端与电网电压b相16连接，第三滤波电容14的一端与电网电压a相15连接；第一滤波电容12、第二滤波电容13以及第三滤波电容14的另一端连接在一起。

如图2所示，为本发明方法基于的三相PWM波控制器的原理框图。检测得到的三相电网电压18输入至锁相环控制19后，得到电网电压的同步旋转角20；三相电网电压18与同步旋转角20经过三相静止坐标系到两相旋转dq坐标系的电压坐标变换21，得到三相电网电压18的dq分量25。检测得到的逆变器的三相输出电流22与同步旋转角20经过三相静止坐标系到两相旋转dq坐标系的电流坐标变换23，得到三相输出电流22的输出电流的dq分量26；检测到的直流电压24与电网电压的dq分量25以及输出电流的dq分量26，经过电流控制器27，得到参考电压的dq分量28。参考电压的dq分量28与同步旋转角20，经过两相旋转坐标系到两相静止αβ坐标系的参考电压坐标变换29，得到参考电压的αβ分量30。参考电压的αβ分量30经过计算得到输出参考电压的扇区号31；参考电压的αβ分量30与参考电压的扇区号31计算得到各个基本矢量在参考电压的扇区号31内的作用时间，及基本矢量的作用时间32，由基本矢量的作用时间32生成等效的三相时间调制波33，等效的三相时间调制波33与双极性三角载波34经过比较器35，得出三相PWM波36。

一种用于三相并网逆变器的混合式SVPWM控制方法，该控制方法基于三相PWM波控制器，按照以下的三相PWM波进行控制：

在αβ电压矢量分布坐标系上，以α轴为起点，从第一象限开始按照逆时针方向，划分为12个30°扇区，并依次编号命名各扇区；其中，V₀₍₀₀₀₎、V₁₍₀₀₁₎、V₂₍₀₁₀₎、V₃₍₀₁₁₎、V₄₍₁₀₀₎、V₅₍₁₀₁₎、V₆₍₁₁₀以及V₇₍₁₁₁₎为8个基本空间电压矢量，V₀₍₀₀₀₎和V₇₍₁₁₁₎为零矢量，V₁₍₀₀₁₎、V₂₍₀₁₀₎、V₃₍₀₁₁₎、V₄₍₁₀₀₎、V₅₍₁₀₁₎以及V₆₍₁₁₀为非零矢量，且该六个非零矢量的幅值由将太阳能电池、风力机转换成的直流电压7唯一确定。

对于互差120°的三相电网电压，在一个基波周期的每一个时刻，都可以用与三相电压唯一对应的空间电压矢量表示。定义第1、4、5、8、9以及12扇区为3段式调制扇区，令生成三相PWM波的参考矢量V_ref在该6个扇区时由两个基本矢量合成，且该两个基本矢量分为3个控制时段依次作用；定义第2、3、6、7、10以及11扇区为5段式调制扇区，令生成三相PWM波的参考矢量V_ref在该6个扇区时由三个基本矢量合成，且该三个基本矢量分为5个控制时段依次作用。

令生成三相PWM波的参考矢量V_ref在各扇区时按照下表进行矢量合成：

注：/代表没有该控制时段。

如图5所示，当参考矢量V_ref位于第1扇区时的基本矢量合成示意图。第1扇区内采用基本矢量V₀₍₀₀₀₎与V₄₍₁₀₀₎合成参考矢量V_ref。根据伏秒平衡原理，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₁₀以及V₄₍₁₀₀₎的作用时间t₁₂可由下式计算： $\left\{\begin{array}{c}{V}_m\·t_{12}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c\\ t_{10}=T_c-t_{12}\end{array}\right.,$ 其中，V_α为参考矢量V_ref在αβ电压矢量分布坐标系上横坐标分量，T_c为三相PWM波控制器中双极性三角载波34的周期，V_m为6个非零基本矢量的幅值，它与直流电压7呈正比关系，上式进一步可整理为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{12}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{10}=T_c-t_{12}\end{array}\right..$

可以得到参考电压V_ref处于第1扇区时的三相PWM波如图3(a)所示。从图中可以看出，在一个周期T_c内V_ref由V₀₍₀₀₀₎与V₄₍₁₀₀₎2个基本矢量合成，这2个基本矢量的作用顺序分为3个阶段。第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₁₀/2，第二控制时段的作用时间为t₁₂。扇区4、5、8、9与12中，参考矢量也是由V₀₍₀₀₀₎与一个非零矢量合成，其作用阶段也分为3段，定义扇区1、4、5、8、9与12为3段式调制扇区。在3段式调制扇区内，零矢量的作用时间与非零矢量的作用时间均可根据伏秒平衡原理按照第1扇区的计算方法得到，而所使用的非零矢量可以由上表得到。于是可以生成图3(d)、图3(e)、图3(h)、图3(i)、图3(l)的3段式三相PWM波。

如图6所示，当参考矢量V_ref位于第2扇区时的基本矢量合成示意图。第2扇区内采用基本矢量V₀₍₀₀₀₎、V₄₍₁₀₀₎与V₆₍₁₁₀₎合成参考矢量V_ref。根据伏秒平衡原理，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₂₀，V₄₍₁₀₀₎的作用时间t₂₁以及V₆₍₁₁₀₎的作用时间t₂₂可由下式计算： $\left\{\begin{array}{c}{V}_m\·t_{21}+V_m\·t_{22}/2=V_{\mathrm{\α}}\·T_c\\ V_m\·t_{22}\·\sqrt{3}/2=V_{\mathrm{\β}}\·T_c\\ t_{20}=T_c-t_{21}-t_{22}\end{array}\right.,$ 其中，V_β为参考矢量V_ref在αβ电压矢量分布坐标系上纵坐标分量，V_α为参考矢量V_ref在αβ电压矢量分布坐标系上横坐标分量，T_c为三相PWM波控制器中双极性三角载波34的周期，V_m为6个非零基本矢量的幅值。进一步整理，得： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{21}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{22}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{20}=T_c-t_{21}-t_{22}\end{array}\right..$

可以得到参考电压V_ref处于第2扇区时的三相PWM波如图3(b)所示。从图中可以看出，在一个周期T_c内V_ref由V₀₍₀₀₀₎、V₄₍₁₀₀₎与V₆₍₁₁₀₎3个基本矢量合成，这3个基本矢量的作用顺序分为5个阶段，第一控制时段和第五控制时段的作用时间均为t₂₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₂₁/2，第三控制时段的作用时间为t₂₂。扇区3、6、7、10与11中，参考矢量也是由V₀₍₀₀₀₎与两个非零矢量合成，其作用阶段也分为5段，定义扇区2、3、6、7、10与11为5段式调制扇区。同样，在5段式调制扇区内，零矢量的作用时间与两个非零矢量的作用时间均可根据伏秒平衡原理按照扇区2的计算方法得到，而所使用的两个非零矢量也可以由上表得到，于是可以生成图3(c)、图3(f)、图3(g)、图3(j)、图3(k)的5段式三相PWM波。

在第3扇区，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₃₀，V₂₍₀₁₀₎的作用时间t₃₁以及V₆₍₁₁₀₎的作用时间t₃₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{31}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{32}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{30}=T_c-t_{31}-t_{32}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第五控制时段的作用时间均为t₃₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₃₁/2，第三控制时段的作用时间为t₃₂。可以得到参考电压V_ref处于第3扇区时的三相PWM波如图3(c)所示。

在第4扇区，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₄₀以及V₂₍₀₁₀₎的作用时间t₄₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{42}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{40}=T_c-t_{42}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₄₀/2，第二控制时段的作用时间为t₄₂。可以得到参考电压V_ref处于第4扇区时的三相PWM波如图3(d)所示。

在第5扇区，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₅₀以及V₂₍₀₁₀₎的作用时间t₅₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{52}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{50}=T_c-t_{52}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₅₀/2，第二控制时段的作用时间为t₅₂。可以得到参考电压V_ref处于第5扇区时的三相PWM波如图3(e)所示。

在第6扇区，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₆₀，V₂₍₀₁₀₎的作用时间t₆₁以及V₃₍₀₁₁₎的作用时间t₆₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{61}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{62}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{60}=T_c-t_{61}-t_{62}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第五控制时段的作用时间均为t₆₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₆₁/2，第三控制时段的作用时间为t₆₂。可以得到参考电压V_ref处于第6扇区时的三相PWM波如图3(f)所示。

在第7扇区，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₇₀，V₁₍₀₀₁₎的作用时间t₇₁以及V₃₍₀₁₁₎的作用时间t₇₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{71}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{72}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{70}=T_c-t_{71}-t_{72}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第五控制时段的作用时间均为t₇₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₇₁/2，第三控制时段的作用时间为t₇₂。可以得到参考电压V_ref处于第7扇区时的三相PWM波如图3(g)所示。

在第8扇区，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₈₀以及V₁₍₀₀₁₎的作用时间t₈₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{82}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{80}=T_c-t_{82}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₈₀/2，第二控制时段的作用时间为t₈₂。可以得到参考电压V_ref处于第8扇区时的三相PWM波如图3(h)所示。

在第9扇区，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₉₀以及V₁₍₀₀₁₎的作用时间t₉₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{92}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{90}=T_c-t_{92}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₉₀/2，第二控制时段的作用时间为t₉₂。可以得到参考电压V_ref处于第9扇区时的三相PWM波如图3(i)所示。

在第10扇区，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₁₀₀，V₁₍₀₀₁₎的作用时间t₁₀₁以及V₅₍₁₀₁₎的作用时间t₁₀₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{101}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{102}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{100}=T_c-t_{101}-t_{102}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第五控制时段的作用时间为t₁₀₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₁₀₁/2，第三控制时段的作用时间为t₁₀₂。可以得到参考电压V_ref处于第10扇区时的三相PWM波如图3(j)所示。

在第11扇区，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₁₁₀，V₄₍₁₀₀₎的作用时间t₁₁₁以及V₅₍₁₀₁₎的作用时间t₁₁₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{111}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{112}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{110}=T_c-t_{111}-t_{112}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第五控制时段的作用时间均为t₁₁₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₁₁₁/2，第三控制时段的作用时间为t₁₁₂。可以得到参考电压V_ref处于第11扇区时的三相PWM波如图3(k)所示。

在第12扇区，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₁₂₀以及V₄₍₁₀₀₎的作用时间t₁₂₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{122}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{120}=T_c-t_{122}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₁₂₀/2，第二控制时段的作用时间为t₁₂₂。可以得到参考电压V_ref处于第12扇区时的三相PWM波如图3(l)所示。

总之，在每个工频电网周期内上述三相PWM波控制一直按照图3(a)～图3(l)的SVPWM时序周而复始地轮流进行。

本发明方法在降低开关损耗、提高逆变器效率以及优化散热设计方面具有鲜明的特点，有利于提高系统工作可靠性和使用寿命。本发明方法适用于三相并网发电系统，特别是建筑集成光伏并网发电系统以及中、小型风力发电系统等。

Claims (1)

1.一种用于三相并网逆变器的混合式SVPWM控制方法，其特征在于，该控制方法基于三相PWM波控制器，按照以下的三相PWM波进行控制：

在αβ电压矢量分布坐标系上，以α轴为起点，从第一象限开始按照逆时针方向，划分为12个30°扇区，并依次编号命名各扇区；其中，V₀₍₀₀₀₎、V₁₍₀₀₁₎、V₂₍₀₁₀₎、V₃₍₀₁₁₎、V₄₍₁₀₀₎、V₅₍₁₀₁₎、V₆₍₁₁₀以及V₇₍₁₁₁₎为8个基本空间电压矢量，V₀₍₀₀₀₎和V₇₍₁₁₁₎为零矢量，V₁₍₀₀₁₎、V₂₍₀₁₀₎、V₃₍₀₁₁₎、V₄₍₁₀₀₎、V₅₍₁₀₁₎以及V₆₍₁₁₀为非零矢量，且该六个非零矢量的幅值由将太阳能电池、风力机转换成的直流电压唯一确定；

定义第1、4、5、8、9以及12扇区为3段式调制扇区，令生成三相PWM波的参考矢量V_ref在该6个扇区时由两个基本矢量合成，且该两个基本矢量分为3个控制时段依次作用；定义第2、3、6、7、10以及11扇区为5段式调制扇区，令生成三相PWM波的参考矢量V_ref在该6个扇区时由三个基本矢量合成，且该三个基本矢量分为5个控制时段依次作用；

令生成三相PWM波的参考矢量V_ref在各扇区时按照下表进行矢量合成：

注：/代表没有该控制时段；

在第1扇区，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₁₀以及V₄₍₁₀₀₎的作用时间t₁₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{12}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{10}=T_c-t_{12}\end{array}\right.,$ 其中，V_α为参考矢量V_ref在αβ电压矢量分布坐标系上横坐标分量，T_c为三相PWM波控制器中双极性三角载波的周期，V_m为6个非零基本矢量的幅值，第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₁₀/2，第二控制时段的作用时间为t₁₂；

在第2扇区，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₂₀，V₄₍₁₀₀₎的作用时间t₂₁以及V₆₍₁₁₀₎的作用时间t₂₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{21}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{22}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{20}=T_c-t_{21}-t_{22}\end{array}\right.,$ 其中，V_β为参考矢量V_ref在αβ电压矢量分布坐标系上纵坐标分量，第一控制时段和第五控制时段的作用时间均为t₂₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₂₁/2，第三控制时段的作用时间为t₂₂；

在第3扇区，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₃₀，V₂₍₀₁₀₎的作用时间t₃₁以及V₆₍₁₁₀₎的作用时间t₃₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{31}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{32}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{30}=T_c-t_{31}-t_{32}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第五控制时段的作用时间均为t₃₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₃₁/2，第三控制时段的作用时间为t₃₂；

在第4扇区，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₄₀以及V₂₍₀₁₀₎的作用时间t₄₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{42}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{40}=T_c-t_{42}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₄₀/2，第二控制时段的作用时间为t₄₂；

在第5扇区，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₅₀以及V₂₍₀₁₀₎的作用时间t₅₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{52}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{50}=T_c-t_{52}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₅₀/2，第二控制时段的作用时间为t₅₂；

在第6扇区，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₆₀，V₂₍₀₁₀₎的作用时间t₆₁以及V₃₍₀₁₁₎的作用时间t₆₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{61}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{62}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{60}=T_c-t_{61}-t_{62}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第五控制时段的作用时间均为t₆₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₆₁/2，第三控制时段的作用时间为t₆₂；

在第7扇区，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₇₀，V₁₍₀₀₁₎的作用时间t₇₁以及V₃₍₀₁₁₎的作用时间t₇₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{71}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{72}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{70}=T_c-t_{71}-t_{72}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第五控制时段的作用时间均为t₇₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₇₁/2，第三控制时段的作用时间为t₇₂；

在第8扇区，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₈₀以及V₁₍₀₀₁₎的作用时间t₈₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{82}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{80}=T_c-t_{82}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₈₀/2，第二控制时段的作用时间为t₈₂；

在第9扇区，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₉₀以及V₁₍₀₀₁₎的作用时间t₉₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{92}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{90}=T_c-t_{92}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₉₀/2，第二控制时段的作用时间为t₉₂；

在第10扇区，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₁₀₀，V₁₍₀₀₁₎的作用时间t₁₀₁以及V₅₍₁₀₁₎的作用时间t₁₀₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{101}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{102}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{100}=T_c-t_{101}-t_{102}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第五控制时段的作用时间为t₁₀₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₁₀₁/2，第三控制时段的作用时间为t₁₀₂；

在第11扇区，V₀₍₀₀₀₎的作用时间t₁₁₀，V₄₍₁₀₀₎的作用时间t₁₁₁以及V₅₍₁₀₁₎的作用时间t₁₁₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{111}=2V_{\mathrm{\β}}{T}_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{112}=(\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\α}}-V_{\mathrm{\β}})T_c/\left(\sqrt{3}{V}_m\right)\\ t_{110}=T_c-t_{111}-t_{112}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第五控制时段的作用时间均为t₁₁₀/2，第二控制时段和第四控制时段的作用时间均为t₁₁₁/2，第三控制时段的作用时间为t₁₁₂；

在第12扇区，V₀₍₀₀₀₎作用时间t₁₂₀以及V₄₍₁₀₀₎的作用时间t₁₂₂为： $\left\{\begin{array}{c}{t}_{122}=V_{\mathrm{\α}}\·T_c/V_m\\ t_{120}=T_c-t_{122}\end{array}\right.,$ 第一控制时段和第三控制时段的作用时间均为t₁₂₀/2，第二控制时段的作用时间为t₁₂₂。

Images