CN102969921A - 用于z源逆变器的svpwm控制方法 - Google Patents

Abstract

用于Z源逆变器的SVPWM控制方法，属于逆变器的控制技术领域。它解决了Z源逆变器的现有SVPWM控制方法会产生一个最大的电感电流纹波的问题。它上桥臂三个开关管的状态用8个矢量表示，该8个矢量将控制区间分成六个扇区；以第III扇区为例，在每个PWM周期Ts内，起作用的矢量自左至右布局为111、110、100、000、000、100、110、111，其中传统零矢量的总作用时间为T₀，设定直通零矢量的总作用时间为t₀，0＜t₀≤T₀，将直通零矢量的总作用时间t₀平均分成四段插入在传统零矢量与相邻有效矢量作用时间之间，实现对Z源逆变器的SVPWM控制。本发明适用于Z源逆变器的SVPWM控制。

Description

用于Z源逆变器的SVPWM控制方法

技术领域

本发明涉及用于Z源逆变器的SVPWM控制方法，属于逆变器的控制技术领域。

背景技术

传统的SVPWM控制方法中有8个矢量，如图4所示，该8个矢量将整个区间分成六个扇区，这8个矢量分别为000、001、010、100、011、101、110、111，代表着逆变器上桥臂三个开关管的状态，1代表导通，0代表关断，下桥臂三个开关管的状态与上桥臂相反。这8个矢量中，000与111是零矢量，其它六个为有效矢量。由矢量合成原理可知，图4中的任何一个向量

都可以由这8个基本向量中与之相邻的两个基本向量合成得到。在逆变器的实际应用中，即是根据向量

的大小和相位对开关管进行控制，从而控制逆变输出正弦电压的。

在SVPWM控制方法中，PWM波形在一个载波周期内是轴对称的。在不同的时刻，虽然相邻两个有效矢量的作用时间T1和T2是由零到最大值周期性变化的，但是两者之和T1+T2却变化不大。在已有的改进型SVPWM控制方法中，直通零矢量是被平均分成六段插入在传统零矢量和非零矢量之间的，两个相邻的有效矢量之间也插入了直通零矢量，这使得在T或T2为零时，中间插入的直通零矢量会移动到一个极左或极右的位置，正是在此时，会产生一个最大的电感电流纹波，如图5和图6所示。这对电感电流纹波的质量有很不利。

因此，现有Z源逆变器的SVPWM控制方法存在如下问题：

1、直通占空比受限、不能实现最大升压比；

2、逆变器开关频率增加，损耗增加；

3、电感电流、电容电压纹波较大，不利于Z源网络电感电容的小型化设计，而电感、电容过大正是制约Z源逆变器应用的障碍之一。

发明内容

本发明是为了解决Z源逆变器的现有SVPWM控制方法中，直通零矢量被平均分成六段插入在相邻零矢量和非零矢量及相邻的两个有效矢量之间，会产生一个最大的电感电流纹波的问题，提供了一种用于Z源逆变器的SVPWM控制方法。

本发明所述用于Z源逆变器的SVPWM控制方法，它基于传统SVPWM控制方法，用8个矢量代表逆变器上桥臂三个开关管的状态，该8个矢量分别为000、001、010、100、011、101、110、111，1代表导通，0代表关断，其中，000与111是传统零矢量，其它六个为有效矢量，该8个矢量将控制区间分成六个扇区；每个扇区的控制方法相同；

以第III扇区为例，在每个PWM周期Ts内，起作用的矢量自左至右布局为111、110、100、000、000、100、110、111，其中传统零矢量的总作用时间为T₀，设定直通零矢量的总作用时间为t₀，0＜t₀≤T₀，将直通零矢量的总作用时间t₀平均分成四段插入在传统零矢量与相邻有效矢量作用时间之间，实现对Z源逆变器的SVPWM控制。

t₀的取值范围为：0＜t₀≤0.5Ts。

本发明的优点：本发明方法在传统的SVPWM调制中分4段插入直通零矢量，它在保留原有改进型SVPWM控制方法的高电压利用率、高载波频率、不额外增加开关频率和直通占空比最大化的基础之上，既不额外增加逆变器开关次数，又提高了直通占空比调节范围，可将传统零矢量全部用直通零矢量替代，极大的降低了电感电流纹波，有利于Z源网络的小型化设计。

本发明方法中，部分传统零矢量时间T₀用直通零矢量时间t₀替代，插入在相邻的传统零矢量和非零矢量之间，如111或000与110或100等之间，而相邻的两个非零矢量之间不插入直通零矢量。这样做可带来的效果有：(1)由SVPWM的对称性可知，每段传统零矢量的作用时间由原来的T₀/4变为(T₀/4-t₀/4)，又T₀/4-t₀/4≥0，所以t₀≤T₀，从而使得传统零矢量可以全部用直通零矢量替代，实现最大升压比。(2)这种控制方法，被插入的直通零矢量在不同时刻，位置变化很小，电感电流纹波稳定。(3)该发明方法，不仅可以保证整个载波周期内母线电压对称，而且左右两半个载波周期内的母线电压也对称，这使得电感电流在半周期内也成中心对称分布，纹波峰峰值被削弱。理论计算表明：在其他条件都相同的前提下，采取本发明方法时，电感电流纹波比现有的Z源逆变器改进型SVPWM控制方法减小13％以上。

附图说明

图1是本发明控制方法的控制过程中，六个开关管的控制信号波形及相应的电压与电流的波形示意图；图中T1为有效矢量110的总作用时间，T2为有效矢量100的总作用时间，Tcm1为逆变器上桥臂第一路调制波，Tcm11为逆变器下桥臂第一路调制波，Tcm2为逆变器上桥臂第二路调制波，Tcm22为逆变器下桥臂第二路调制波，Tcm3为逆变器上桥臂第三路调制波，Tcm33为逆变器下桥臂第三路调制波；PWM1、PWM3和PWM5为逆变器上桥臂的三个开关管的控制信号波形，PWM2、PWM4和PWM6为逆变器下桥臂的三个开关管；Vin为Z源逆变器等效直流侧电压，i_L为纵坐标，代表电感电流的物理量，I_L为电感电流的平均值，Δi_L为电感电流的纹波值；

图2是Z源逆变器的拓扑结构图；

图3是本发明控制方法的具体实施原理图；

图4是传统的SVPWM控制方法中，8个矢量将整个区间分成六个扇区的示意图；

图5是现有SVPWM控制方法中，将直通零矢量分成六段插入控制的矢量布局图；

图6是与图5状态对应的T2为零情况下，等效直流侧电压与电感电流的波形示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述用于Z源逆变器的SVPWM控制方法，它基于传统SVPWM控制方法，用8个矢量代表逆变器上桥臂三个开关管的状态，该8个矢量分别为000、001、010、100、011、101、110、111，1代表导通，0代表关断，其中，000与111是传统零矢量，其它六个为有效矢量，该8个矢量将控制区间分成六个扇区；每个扇区的控制方法相同；

以第III扇区为例，在每个PWM周期Ts内，起作用的矢量自左至右布局为111、110、100、000、000、100、110、111，其中传统零矢量的总作用时间为T₀，设定直通零矢量的总作用时间为t₀，0＜t₀≤T₀，将直通零矢量的总作用时间t₀平均分成四段插入在传统零矢量与相邻有效矢量作用时间之间，实现对Z源逆变器的SVPWM控制。

图2所示的Z源逆变器是一种新型的含X形阻抗源网络的功率变换器，该阻抗源网络由两个相同的电感L1、L2及电容C1和C2组成，它将变换器主电路和直流电源U0耦合在一起，克服了传统电压源逆变器上下桥臂不能直通的缺陷。而且正是由于存在上下桥臂直通，从而实现直流侧升压功能。

由图1可以看出，矢量110、100、000和111呈轴对称分布，对称轴为Ts/2时刻。在现有控制方法中，如图5所示，是将直通零矢量平均分成6段插入在传统SVPWM控制方法中开关管换向时刻，即111与110之间、110与100之间，100与000之间。这样做的不利之处在于，随着参考电压

的移动，T1和T2呈周期性变化，又由于T1与T2两者之和变化很小，所以T1与T2此消彼长。在扇区交界处，会出现极端位置，即T1为零、T2最大或者T2为零、T1最大，这使得插入在相邻两个有效矢量110和100之间的那段直通零矢量会移动到极左或极右的位置，与左边的或右边的那段直通零矢量相接。而此刻正是电感电流纹波最大的时刻，如图6所示。

本实施方式中，直通零矢量是被平均分成四段插入在传统零矢量和非零矢量之间，而相邻的两个非零矢量之间不插入直通零矢量，如图1所示。这样一来，不管T1、T2如何变化，因为两者之和变化不大，所以四段直通零矢量的位置变化程度很小。最重要的是：在一个载波周期内，逆变器直流侧电压不仅沿着Ts/2时间轴对称，左右两半边电压也分别沿着Ts/4和3Ts/4对称。这使得每个载波周期内，电感电流不仅围绕Ts/2呈中心对称，左右两半边电流也分别围绕Ts/4和3Ts/4呈中心对称，如图1所示。同图6中的电流纹波相比，电感电流纹波的峰峰值被削弱。

具体实施方式二：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一的进一步说明，本实施方式中t₀的取值范围为：0＜t₀≤0.5Ts。

本实施方式中，t₀的取值范围与要实现的升压比有关，一般为0到0.5倍的PWM开关周期Ts。

图3所示，将本发明所述控制方法采用TI C2000系列DSP TMS320F2812实现，它由DSP2812事件管理器A，即EVA的PWM1、PWM3、PWM5产生上桥臂三路PWM控制信号，由事件管理器B，即EVB的PWM7、PWM9、PWM11产生下桥臂的三路PWM控制信号。六路PWM信号经驱动板电路驱动后，驱动信号送给逆变器的IGBT，控制Z源逆变器工作。

两组事件管理器可以独立控制，所以实现起来，EBA和EVB的六个全比较单元中的比较寄存器可以自由设置。其中上桥臂三个开关管矢量切换时间T_1a、T_1b和T_1c分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{1\mathrm{\α}}=(T_s-T1-T2-t_0)/4\\ T_{1b}=(T_s-T1-T2-t_0)/4+t_0/4+T1/2\\ T_{1c}=(T_s-T1-T2-t_0)/4+t_0/4+T1/2+T2/2\end{array}\right.,$

下桥臂三个开关管矢量切换时间T_2a、T_2b和T_2c分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{2a}=(T_s-T1-T2-t_0)/4+t_0/4\\ T_{2b}=(T_s-T1-T2-t_0)/4+t_0/4+T1/2\\ T_{2c}=(T_s-T1-T2-t_0)/4+t_0/4+T1/2+T2/2+t_0/4\end{array}\right..$

不同扇区对应的切换时间按表1所示：

表1

Claims (2)

1.一种用于Z源逆变器的SVPWM控制方法，它基于传统SVPWM控制方法，其特征在于，用8个矢量代表逆变器上桥臂三个开关管的状态，该8个矢量分别为000、001、010、100、011、101、110、111，1代表导通，0代表关断，其中，000与111是传统零矢量，其它六个为有效矢量，该8个矢量将控制区间分成六个扇区；每个扇区的控制方法相同；

以第III扇区为例，在每个PWM周期Ts内，起作用的矢量自左至右布局为111、110、100、000、000、100、110、111，其中传统零矢量的总作用时间为T₀，设定直通零矢量的总作用时间为t₀，0＜t₀≤T₀，将直通零矢量的总作用时间t₀平均分成四段插入在传统零矢量与相邻有效矢量作用时间之间，实现对Z源逆变器的SVPWM控制。

2.根据权利要求1所述的用于Z源逆变器的SVPWM控制方法，其特征在于，t₀的取值范围为：0＜t₀≤0.5Ts。

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