CN102790544A - 一种基于载波变频技术的空间矢量调制方法 - Google Patents

一种基于载波变频技术的空间矢量调制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于载波变频技术的空间矢量调制方法，是在进空间矢量调制时，载波频率在特定状态下插入瞬态变频，将载波频率短时倍频至2fc，或短时降频至2fc/3。本发明的方法可以有效抑制偶次谐波分量输出，对系统原有设计及控制不提出新的要求。其具有经典SVPWM中每次只有一相开关器件动作的优点，同时开关损耗基本一致。

Description

一种基于载波变频技术的空间矢量调制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种基于载波变频技术的空间矢量调制方法。
背景技术
近年来，随着电力电子技术的迅速发展，电力电子装置在节能减排、新能源等各种领域的应用日益广泛。整流器、变频调速器等非线性负载的全面使用，尤其是大功率变频变流装置接入电网时带来的谐波污染不容忽视。从控制机理上减少或消除谐波是解决谐波污染问题的有效技术途径。
电压源型变换器是目前变频变流装置中最常采用的结构形式，其基本拓扑如附图1所示。该变换器的控制采用PWM调制方式，其中SVPWM空间矢量调制技术是一种典型的PWM调制方法。SVPWM空间矢量图如附图2所示。矢量平面分为6个扇区，定义8种对应不同开关状态的基本矢量。对参考交流电压矢量做扇区判断，确定基本矢量的组合方式，控制相应开关的导通关断，从而生成需要的SVPWM波形输出。常用的7段式开关模式以扇区Ⅰ为例，如附图3所示。段与段之间的切换只涉及一相器件的开关动作，且每个周期每个器件只开关一次。
相对于常规的SPWM调制方法，SVPWM具有以下优点：直流电压利用率提高约15%；较低的开关损耗；便于用微处理器数字化处理实现。然而经典的SVPWM空间矢量调制技术存在偶次谐波分量偏高的缺点。其原因在于调制波正、负半波对应的PWM波形不对称。产生机理可由脉冲波形对比来解释，扇区Ⅳ是负半周期中与扇区Ⅰ对应的扇区，其正常的7段式开关模式如附图4所示，对比附图1和附图4中线电压VAB的PWM波形可以看出，正负半波是不对称的。含有偶次谐波的输出电压会导致电网中产生偶次谐波电流。公共电网接入标准对于偶次谐波含量的限值要求比奇次谐波更加苛刻，因此当大量变频变流装置接入电网时必须解决偶次谐波偏高的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于载波变频技术的空间矢量调制方法，可以有效抑制偶次谐波分量输出。
本发明提供的一种基于载波变频技术的空间矢量调制方法，其改进之处在于，在进空间矢量调制时，载波频率在特定状态下进行变频。
其中，所述特定状态是指目标矢量角度过0°处时的状态。
其中，所述特定状态是指目标矢量角度过180°处时的状态。
其中，所述变频是指将载波频率倍频至2fc，倍频持续时间为1/(2fc)。
其中，所述变频是指将载波频率降频至2fc/3，降频持续时间3/(2fc)。
其中，矢量分布有8种基本矢量，分为6个扇区；每个载波周期，目标矢量通过所在扇区的基本矢量来构造，采用7段式构造方法。
与现有技术比，本发明的有益效果为：
本发明在经典的SVPWM空间矢量调制技术实现方法基础上，通过应用载波变频技术，提供了一种方便易行的改进措施，从而将改进后的SVPWM空间矢量调制技术工程实用化。
本发明可以使调制波正、负半波对应的PWM波形对称。
本发明可以有效抑制偶次谐波分量输出，对系统原有设计及控制不提出新的要求。其具有经典SVPWM中每次只有一相开关器件动作的优点，同时开关损耗基本一致。
本发明实现简单，在经典SVPWM基础上，无需改变计算过程、计算方法和比较逻辑，只需对载波信号增加倍频微调，即可轻松达到抑制偶次谐波的目的。因此便于工程实践应用。
附图说明
图1为电压源型变换器拓扑图。
图2为SVPWM空间矢量图。
图3为经典SVPWM方式扇区Ⅰ开关模式图。
图4为经典SVPWM方式扇区Ⅳ开关模式图。
图5为本发明提供的载波短时倍频方式示意图。
图6为本发明提供的载波短时降频方式示意图。
图7为本发明提供的采用本发明优化后扇区Ⅳ开关模式图。
图8为本发明提供的倍频周期中各相脉冲信号示意图。
图9为本发明提供的降频周期中各相脉冲信号示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本实施例提供的基于载波变频技术的空间矢量调制方法，其矢量分布与经典SVPWM一致，共有8种基本矢量，分为6个扇区，如附图2所示。每个载波周期，目标矢量通过所在扇区的基本矢量来构造，采用7段式构造方法。
在电压源型变换器的控制中，目标电压矢量是随着矢量圆旋转的。每个控制周期，首先判断目标矢量所在扇区N。
根据扇区N的值选择对应的基本矢量，各基本矢量作用时间的计算遵循平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本矢量加以组合，使其平均值与目标矢量相等。
将基本矢量作用时间转换成三相各自开关时间Ta、Tb、Tc，为了后续与三角载波比较，时间以计数值的形式表示。
为了准确实施对载波变频的控制，需要记录上一控制周期目标矢量所在扇区N’，如果N=1且N’=6，或者N=4且N’=3，则对三角载波插入一个倍频周期或降频周期。
载波采用三角波，设其频率为fc，在目标矢量角度过0°或过180°处，将载波频率短时倍频至2fc，倍频持续时间为1/(2fc)，其后变回原频率，如附图5所示，或降频至2fc/3，降频持续时间3/(2fc)，其后变回原频率，如附图6所示。每个载波周期的开始时刻可以定义为三角波波峰点，也可定义为波谷点，所得效果相同。
将三相开关时间Ta、Tb、Tc分别与三角载波进行比较，当时间计数值大于载波计数值时，对应相上管开通、下管关断，反之上管关断、下管开通，于是得到了所需的SVPWM波。
倍频周期对应的PWM波形如附图8所示，降频周期对应的PWM波形如附图9所示，可以看出，脉冲波形自然过渡，同一时刻，只可能有一相开关器件动作。
采取本发明所提方法，可以使调制波正、负半波对应的PWM波形对称。以扇区Ⅳ为例，其波形如附图7所示，与附图3中扇区Ⅰ波形对比证明波形对称。从而说明本发明可以有效抑制偶次谐波，同时保持了经典SVPWM的优点，开关损耗基本一致，设计中无需额外考虑。
本发明中，载波信号保持连续，从而保证每次开关动作只涉及一相开关器件。采用倍频方式，在倍频周期中，开关器件增加了一次开或关的动作，因此对于开关器件，其工作频率变为fc+f1，其中f1表示调制波基波频率。采用降频方式，在降频周期中，开关器件减少了一次开或关的动作，因此对于开关器件，其工作频率变为fc-f1。以典型的大功率变流设备为例，基波频率50Hz，载波频率2kHz，则采用本发明所提基于载波变频技术的空间矢量调制方法，开关器件的工作频率为2.05kHz或1.95kHz，与经典SVPWM相比器件损耗基本一致。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种基于载波变频技术的空间矢量调制方法，其特征在于，在进空间矢量调制时，载波频率在特定状态下进行变频。
2.如权利要求1所述的空间矢量调制方法，其特征在于，所述特定状态是指目标矢量角度过0°处时的状态。
3.如权利要求1所述的空间矢量调制方法，其特征在于，所述特定状态是指目标矢量角度过180°处时的状态。
4.如权利要求1所述的空间矢量调制方法，其特征在于，所述变频是指将载波频率倍频至2fc，倍频持续时间为1/(2fc)。
5.如权利要求1所述的空间矢量调制方法，其特征在于，所述变频是指将载波频率降频至2fc/3，降频持续时间3/(2fc)。
6.如权利要求1所述的空间矢量调制方法，其特征在于，矢量分布有8种基本矢量，分为6个扇区；每个载波周期，目标矢量通过所在扇区的基本矢量来构造，采用7段式构造方法。
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