CN103117667B - 一种三相三线制逆变器及其线相电压转换方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种三相三线制逆变器及其线相电压转换方法，该三相三线制逆变器，包括逆变模块、线电压采样模块和控制模块，所述控制模块包括电压转换模块和相电压处理模块，电压转换模块包括全通滤波器和数字信号处理器，所述线电压采样模块从逆变模块输出交流电压中获取三相线电压并将其送入电压转换模块，电压转换模块将所述三相线电压转换为三相相电压后，经过相电压处理模块处理后送入逆变模块。与现有技术相比，本申请的技术方案可以解决在三相不平衡时，实现线电压转换相电压的准确的计算，使计算值与实际值偏差更小。

Description

一种三相三线制逆变器及其线相电压转换方法

技术领域

本申请涉及发电领域，尤其涉及一种三相三线制逆变器及其线相电压转换方法。

背景技术

随着太阳能光伏并网发电技术的发展，越来越多的大中型的光伏发电站投入建设使用。太阳光通过高晶硅光伏电池板转化为直流电，通过逆变器并入电网。许多三相三线制逆变器，在控制算法中经常要用到单相的控制计算，在只采样三相线电压的情况，需要将线电压转换成相电压。由于三相三线制逆变器只有三相线，没有连接零线，需要将线电压Uab、Ubc和Uca转换成相电压Ua、Ub和Uc，传统的方法是采用下面三个公式计算：

Ua=(Uab-Uca)/3

Ub=(Ubc-Uab)/3

Uc=(Uca-Ubc)/3

用上述传统的线电压转相电压的方法，当三相平衡时算出的相电压基本是准确的，如图1所示；但如果三相不平衡时，用传统方法计算出来的相电压的幅值和相位都相差很大，如图2所示为例，图2中所示的相电压Ub和Uc较图1中的Ub和Uc不变，相电压Ua变为图1中Ua的一半。由于Ua幅值的变小，Uab和Ubc的幅值相位都发生变化，同样导致Ｕca-Ubc和Ubc-Uab的幅值相位发生变化。将图2中的矢量单独拿出来比较。如图3可以看出Ua偏小的三相不平衡的情况下，Ub与Ubc-Uab,Uc与Uca-Ubc之间的相位比较已经有不同，偏差很大。此时还用上述传统方法计算出来的Uc′,Ub′已经和实际的Uc和Ub相位偏差很大。如图4所示，当Ua=0时，像这样的特殊的三相不平衡的情况，可能会出现在单相对地短路。Ua电压为0；Uab=-Ub，Uca=Uc。若用传统方法计算如下

Ua'=(Uab-Uca)/3

Ua′的幅值还比较大，完全与实际的Ua=0情况严重偏离，采样严重不准确。同时Uc'和Ub'也同样与实际Uc和Ub偏差大，Uc′和Ub′之间的相位差也明显不是120度。

发明内容

本申请要解决的主要技术问题是，提供一种能够在三相不平衡时，实现线电压转换相电压的准确的计算，使计算值与实际值偏差更小的三相三线制逆变器及其线相电压转换方法。

本申请一方面提供一种三相三线制逆变器，包括逆变模块、线电压采样模块和控制模块，控制模块包括电压转换模块和相电压处理模块，电压转换模块包括全通滤波器和数字信号处理器，线电压采样模块从逆变模块的输出交流电压中获取三相线电压值Uab、Ubc和Uca，将三相线电压值Uab、Ubc和Uca转换为分别用三相线电压矢量和表示；

全通滤波器将三相线电压矢量和滞后90度得到三相线电压矢量和

数字信号处理器根据相交于以三相线电压矢量和所形成的三角形内一点o的三个圆，所述三个圆分别为三角形△oab、△oac和△obc的外接圆，计算三角形△oab、△oac和△obc的外接圆圆心o1、o2和o3与a、b和c之间的矢量和以及圆心o1、o2和o3之间的矢量 和

数字信号处理器根据矢量和矢量 计算出o1h、o2k和o3j分别占圆心线o1o2、o2o3和o3o1的比例x、y和z，即求出矢量和其中h为圆心线o1o2与公共弦oa的交点，j为圆心线o3o1与公共弦ob的交点，k为圆心线o2o3与公共弦oc的交点；

数字信号处理器根据矢量和矢量计算出和再根据圆心线垂直平分公共弦的原理求出相电压矢量和

将相电压矢量和转换为相电压值Ua、Ub和Uc后，经过所述相电压处理模块处理后并输出至所述逆变模块。

进一步，矢量和以及矢量和的具体计算公式分别为：

$\stackrel{\→}{o1a}=\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o2a}=-\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o1b}=-\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o3b}=\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{cb}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o2c}=\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o3c}=-\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{cb}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o1o2}=\stackrel{\→}{o1a}-\stackrel{\→}{o2a}$

$\stackrel{\→}{o2o3}=\stackrel{\→}{o2c}-\stackrel{\→}{o3c}$

$\stackrel{\→}{o3o1}=\stackrel{\→}{o3b}-\stackrel{\→}{o1b}.$

进一步，比例x、y和z以及矢量和的具体计算公式分别为：

$x=\frac{1}{2}(1+\frac{{\left|\stackrel{\→}{o1a}\right|}^2-{\left|\stackrel{\→}{o2a}\right|}^2}{{\left|\stackrel{\→}{o1o2}\right|}^2})$

$y=\frac{1}{2}(1+\frac{{\left|\stackrel{\→}{o3b}\right|}^2-{\left|\stackrel{\→}{o1b}\right|}^2}{{\left|\stackrel{\→}{o3o1}\right|}^2})$

$z=\frac{1}{2}(1+\frac{{\left|\stackrel{\→}{o2c}\right|}^2-{\left|\stackrel{\→}{o3c}\right|}^2}{{\left|\stackrel{\→}{o2o3}\right|}^2})$

$\stackrel{\→}{o1h}=x*\stackrel{\→}{o1o2}$

$\stackrel{\→}{o2k}=z*\stackrel{\→}{o2o3}$

$\stackrel{\→}{o3j}=y*\stackrel{\→}{o3o1}.$

进一步，矢量和的具体计算公式分别为：

$\stackrel{\→}{\mathrm{ha}}=\stackrel{\→}{o1a}-\stackrel{\→}{o1h}=\stackrel{\→}{o1a}-x*\stackrel{\→}{o1o2}$

$\stackrel{\→}{\mathrm{jb}}=\stackrel{\→}{o3b}-\stackrel{\→}{o3j}=\stackrel{\→}{o3b}-y*\stackrel{\→}{o3o1}$

$\stackrel{\→}{\mathrm{kc}}=\stackrel{\→}{o2c}-\stackrel{\→}{o2k}=\stackrel{\→}{o2c}-y*\stackrel{\→}{o2o3}.$

进一步，相电压矢量和的具体计算公式分别为：

$\stackrel{\→}{\mathrm{oa}}=(1-x)(\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}-\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}})-x(\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}+\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}})$

$\stackrel{\→}{\mathrm{ob}}=(1-y)(\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}-\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{c{b}^{\′}})-y(\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}+\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}})$

$\stackrel{\→}{\mathrm{oc}}=(1-z)(\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}-\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}})-z(\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}+\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{cb}}^{\′}}).$

本申请又一方面提供一种三相三线制逆变器线相电压转换方法，逆变器包括逆变模块、线电压采样模块和控制模块，所述控制模块包括电压转换模块和相电压处理模块，所述电压转换模块包括全通滤波器和数字信号处理器，其特征在于，包括以下步骤：

线电压采样模块从所述逆变模块的输出交流电压中获取三相线电压值Uab、Ubc和Uca；

将三相线电压值Uab、Ubc和Uca转换为分别用三相线电压矢量和表示；

全通滤波器将三相线电压矢量和滞后90度得到三相线电压矢量和

数字信号处理器根据相交于以三相线电压矢量和所形成的三角形内一点o的三个圆（所述三个圆分别为三角形△oab、△oac和△obc的外接圆），计算三角形△oab、△oac和△obc的外接圆圆心o1、o2和o3与a、b和c之间的矢量和以及圆心o1、o2和o3之间的矢量 和

数字信号处理器根据矢量和矢量 计算出o1h、o2k和o3j分别占圆心线o1o2、o2o3和o3o1的比例x、y和z，即求出矢量和其中h为圆心线o1o2与公共弦oa的交点，j为圆心线o3o1与公共弦ob的交点，k为圆心线o2o3与公共弦oc的交点；

数字信号处理器根据矢量和矢量计算出和再根据圆心线垂直平分公共弦的原理求出相电压矢量和

将相电压矢量和转换为相电压值Ua、Ub和Uc后，经过所述相电压处理模块处理后并输出至所述逆变模块。

进一步，矢量和以及矢量和的具体计算公式分别为：

$\stackrel{\→}{o1a}=\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o2a}=-\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o1b}=-\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o3b}=\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{cb}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o2c}=\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o3c}=-\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{cb}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o1o2}=\stackrel{\→}{o1a}-\stackrel{\→}{o2a}$

$\stackrel{\→}{o2o3}=\stackrel{\→}{o2c}-\stackrel{\→}{o3c}$

$\stackrel{\→}{o3o1}=\stackrel{\→}{o3b}-\stackrel{\→}{o1b}.$

进一步，比例x、y和z以及矢量和的具体计算公式分别分别为：

$x=\frac{1}{2}(1+\frac{{\left|\stackrel{\→}{o1a}\right|}^2-{\left|\stackrel{\→}{o2a}\right|}^2}{{\left|\stackrel{\→}{o1o2}\right|}^2})$

$y=\frac{1}{2}(1+\frac{{\left|\stackrel{\→}{o3b}\right|}^2-{\left|\stackrel{\→}{o1b}\right|}^2}{{\left|\stackrel{\→}{o3o1}\right|}^2})$

$z=\frac{1}{2}(1+\frac{{\left|\stackrel{\→}{o2c}\right|}^2-{\left|\stackrel{\→}{o3c}\right|}^2}{{\left|\stackrel{\→}{o2o3}\right|}^2})$

$\stackrel{\→}{o1h}=x*\stackrel{\→}{o1o2}$

$\stackrel{\→}{o2k}=z*\stackrel{\→}{o2o3}$

$\stackrel{\→}{o3j}=y*\stackrel{\→}{o3o1}.$

进一步，矢量和的具体计算公式分别为：

$\stackrel{\→}{\mathrm{ha}}=\stackrel{\→}{o1a}-\stackrel{\→}{o1h}=\stackrel{\→}{o1a}-x*\stackrel{\→}{o1o2}$

$\stackrel{\→}{\mathrm{jb}}=\stackrel{\→}{o3b}-\stackrel{\→}{o3j}=\stackrel{\→}{o3b}-y*\stackrel{\→}{o3o1}$

$\stackrel{\→}{\mathrm{kc}}=\stackrel{\→}{o2c}-\stackrel{\→}{o2k}=\stackrel{\→}{o2c}-y*\stackrel{\→}{o2o3}.$

进一步，相电压矢量和的具体计算公式分别为：

$\stackrel{\→}{\mathrm{oa}}=(1-x)(\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}-\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}})-x(\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}+\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}})$

$\stackrel{\→}{\mathrm{ob}}=(1-y)(\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}-\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{c{b}^{\′}})-y(\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}+\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}})$

$\stackrel{\→}{\mathrm{oc}}=(1-z)(\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}-\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}})-z(\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}+\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{cb}}^{\′}}).$

本申请的有效效果是：本申请提供的三相三线制逆变器及其线相电压转换方法，能够在三相不平衡时，实现线电压转换相电压的准确的计算，使计算值与实际值偏差更小。

附图说明

图1是三相平衡时的线电压和相电压的矢量关系图；

图2是三相不平衡中Ua相偏小时，三相线电压和相电压的矢量关系图；

图3是三相不平衡时，相电压与传统线电压计算式比较图；

图4是Ua=0时的三相线电压和相电压的矢量关系图；

图5是本申请实施例的一种三相三线制逆变器结构框图；

图6是三相不平衡时的线电压与相电压以及线相转换后的矢量关系图；

图7是本申请线电压转换相电压的流程图；

图8是本申请线电压转换相电压的原理解析图；

图9是本申请线电压转换相电压的以ac侧为例的原理解析图；

图10是本申请以求解相电压为例的矢量图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图5所示，本实施例提供的一种三相三线制逆变器，包括逆变模块1、线电压采样模块2和控制模块，控制模块包括电压转换模块3和相电压处理模块4，电压转换模块3包括全通滤波器和数字信号处理器，线电压采样模块2从逆变模块1的输出交流电压中获取三相线电压值Uab、Ubc和Uca，将三相线电压值Uab、Ubc和Uca转换为分别用三相线电压矢量和表示；全通滤波器将三相线电压矢量和滞后90度得到三相线电压矢量和数字信号处理器根据相交于以三相线电压矢量和所形成的三角形内一点o的三个圆，所述三个圆分别为三角形△oab、△oac和△obc的外接圆，计算三角形△oab、△oac和△obc的外接圆圆心o1、o2和o3与a、b和c之间的矢量 和以及圆心o1、o2和o3之间的矢量和数字信号处理器根据矢量和矢量计算出o1h、o2k和o3j分别占圆心线o1o2、o2o3和o3o1的比例x、y和z，即求出矢量和其中h为圆心线o1o2与公共弦oa的交点，j为圆心线o3o1与公共弦ob的交点，k为圆心线o2o3与公共弦oc的交点；数字信号处理器根据矢量和矢量计算出和再根据圆心线垂直平分公共弦的原理求出相电压矢量和将相电压矢量和转换为相电压值Ua、Ub和Uc后，经过相电压处理模块4处理后并输出至逆变模块1。

为明显表达本申请在三相不平衡时线相电压转换方法，以图6为例，三相电压幅值Ua、Ub和Uc都不相等，三相不平衡单相幅值不相同，但三相的之间的相位都互为120度。图6（1）为三相不平衡时的线电压向量关系图，图6（2）为三相不平衡时的相电压向量关系图，图6（3）是线相电压转换后的向量关系图。将图6（2）的相电压矢量和用图6（3）中矢量和表示，三相线电压和用图6（3）中的和表示。因为已知采样为线电压，则矢量和已知，用和算出矢量和的大小就可以转换了相电压了。

如图7所示，一种三相三线制逆变器线相电压转换方法，包括以下步骤：

步骤S100，线电压采样模块从逆变模块的输出交流电压中获取三相线电压值Uab、Ubc和Uca。

步骤S101，将三相线电压值Uab、Ubc和Uca转换为分别用三相线电压矢量 和表示。

步骤S102，全通滤波器将三相线电压矢量和滞后90度得到三相线电压矢量和

的幅值与是相等的，方向是垂直相交。其他实施例中，通过求导的方法亦可求出延时90度的矢量。

步骤S103，数字信号处理器根据相交于以三相线电压矢量和所形成的三角形内一点o的三个圆，三个圆分别为三角形△oab、△oac和△obc的外接圆，计算三角形△oab、△oac和△obc的外接圆圆心o1、o2和o3与a、b和c之间的矢量和以及圆心o1、o2和o3之间的矢量和

如图8是本申请方法原理解析图，点o1，o2，o3分别是三角形Δoab、Δoac和Δobc的外接圆的圆心。因为三相相邻相电压相位差为120度不变，如图∠aob、∠coa和∠boc都为120度。以ac侧为例。如图9（1），∠coa为圆O2的圆周角。因∠coa为120度，根据几何中，圆心角是圆周角的两倍，所以∠co2a的外角为240度，则∠co2a为120度。o2a与o2c为半径所以相等。所以Δo2ac为等腰三角形，其他的两角为30度。因为Δo2ac为等腰三角形，ac的中点为m，矢量垂直于与方向相同，如图9（2），可计算出

$\stackrel{\→}{\mathrm{mo}2}=\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}}/2\sqrt{3}$ ------------公式1

即可得到，

$\stackrel{\→}{o2a}=-(\stackrel{\→}{\mathrm{am}}+\stackrel{\→}{\mathrm{mo}2})$

$\stackrel{\→}{o2a}=-\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}}$ ------------公式2

$\stackrel{\→}{o2c}=\stackrel{\→}{\mathrm{mc}}-\stackrel{\→}{\mathrm{mo}2}$

同理可得

$\stackrel{\→}{o2c}=\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}}$ ------------公式3

用同样的方法在线电压矢量和的滞后90度的垂直矢量和可算出和计算公式如下：

$\stackrel{\→}{o1a}=\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}}$ ------------公式4

$\stackrel{\→}{o1b}=-\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}}$ ------------公式5

$\stackrel{\→}{o3b}=\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{cb}}^{\′}}$ ------------公式6

$\stackrel{\→}{o3c}=-\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{cb}}^{\′}}$ ------------公式7

由图8知，圆心线的矢量为外接圆圆心与a，b，c之间的矢量的矢量差，如下

$\stackrel{\→}{o1o2}=\stackrel{\→}{\mathrm{ao}2}-\stackrel{\→}{\mathrm{ao}1}$

即为 $\stackrel{\→}{o1o2}=\stackrel{\→}{o1a}-\stackrel{\→}{o2a}$ -----------公式8

其他的圆心线矢量同理：

$\stackrel{\→}{o2o3}=\stackrel{\→}{o2c}-\stackrel{\→}{o3c}$ ------------公式9

$\stackrel{\→}{o3o1}=\stackrel{\→}{o3b}-\stackrel{\→}{o1b}$ ------------公式10

步骤S104，数字信号处理器根据矢量和矢量计算出o1h、o2k和o3j分别占圆心线o1o2、o2o3和o3o1的比例x、y和z，即求出矢量和其中h为圆心线o1o2与公共弦oa的交点，j为圆心线o3o1与公共弦ob的交点，k为圆心线o2o3与公共弦oc的交点；

以求相电压为例，如图10所示，oa为圆o1和圆o3的公共弦，根据两圆的连心线垂直平分两圆的公共弦的原理知，

矢量与矢量垂直，且线段o1o2与oa交点h为oa的中点，

设幅值与幅值的比值为x，即 $\left|\stackrel{\→}{o1h}\right|=x\left|\stackrel{\→}{o1o2}\right|,$ 则 $\left|\stackrel{\→}{o2h}\right|=(1-x)\left|\stackrel{\→}{o1o2}\right|$

因 ${\left|\stackrel{\→}{o1a}\right|}^2-{\left|\stackrel{\→}{o1h}\right|}^2={\left|\stackrel{\→}{o2a}\right|}^2-{\left|\stackrel{\→}{o2h}\right|}^2$

${\left|\stackrel{\→}{o1a}\right|}^2-{\left(x\right|\stackrel{\→}{o1o2}\left|\right)}^2={\left|\stackrel{\→}{o2a}\right|}^2-{\left((1-x)\right|\stackrel{\→}{o1o2}\left|\right)}^2$

                            ------------公式11

可得

求出 $x=\frac{1}{2}(1+\frac{{\left|\stackrel{\→}{o1a}\right|}^2-{\left|\stackrel{\→}{o2a}\right|}^2}{{\left|\stackrel{\→}{o1o2}\right|}^2})$ ------------公式12

设其他的两相的 其他两相同理可得：

$y=\frac{1}{2}(1+\frac{{\left|\stackrel{\→}{o3b}\right|}^2-{\left|\stackrel{\→}{o1b}\right|}^2}{{\left|\stackrel{\→}{o3o1}\right|}^2})$ ------------公式13

$z=\frac{1}{2}(1+\frac{{\left|\stackrel{\→}{o2c}\right|}^2-{\left|\stackrel{\→}{o3c}\right|}^2}{{\left|\stackrel{\→}{o2o3}\right|}^2})$ ------------公式14

由此可求出： $\stackrel{\→}{o1h}=x*\stackrel{\→}{o1o2}$

$\stackrel{\→}{o2k}=z*\stackrel{\→}{o2o3}$

$\stackrel{\→}{o3j}=y*\stackrel{\→}{o3o1}$

步骤S105，数字信号处理器根据矢量和矢量计算出和再根据圆心线垂直平分公共弦的原理求出相电压矢量和

由公式5，6，7，8，9，10可知和由此得

$\stackrel{\→}{\mathrm{ha}}=\stackrel{\→}{o1a}-\stackrel{\→}{o1h}=\stackrel{\→}{o1a}-x*\stackrel{\→}{o1o2}$ ------------公式15

$\stackrel{\→}{\mathrm{jb}}=\stackrel{\→}{o3b}-\stackrel{\→}{o3j}=\stackrel{\→}{o3b}-y*\stackrel{\→}{o3o1}$ ------------公式16

$\stackrel{\→}{\mathrm{kc}}=\stackrel{\→}{o2c}-\stackrel{\→}{o2k}=\stackrel{\→}{o2c}-y*\stackrel{\→}{o2o3}$ ------------公式17

由图10知，h，j和k分别为oa，ob，oc中点，以计算为例得

$\stackrel{\→}{\mathrm{oa}}=2\×\stackrel{\→}{\mathrm{ha}}$

最终可求出相电压为

$\stackrel{\→}{\mathrm{oa}}=2\×(\stackrel{\→}{o1a}-x*\stackrel{\→}{o1o2})$

$\stackrel{\→}{\mathrm{oa}}=2\×(\stackrel{\→}{o1a}-x*(\stackrel{\→}{o1a}-\stackrel{\→}{o2a})$ ------------公式18

同理可得

$\stackrel{\→}{\mathrm{ob}}=2\×(\stackrel{\→}{o3b}-y*(\stackrel{\→}{o3b}-\stackrel{\→}{o1b})$ ------------公式19

$\stackrel{\→}{\mathrm{oc}}=2\×(\stackrel{\→}{o2c}-z*(\stackrel{\→}{o2c}-\stackrel{\→}{o3c})$ ------------公式20

由此方法可算出在任意情况下三相的瞬时值和

其他实施例中可将公式5，6，7，8，9代入上面公式21，22，23中得：

$\stackrel{\→}{\mathrm{oa}}=(1-x)(\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}-\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}})-x(\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}+\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}})$ ------------公式21

$\stackrel{\→}{\mathrm{ob}}=(1-y)(\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}-\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{c{b}^{\′}})-y(\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}+\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}})$ ------------公式22

$\stackrel{\→}{\mathrm{oc}}=(1-z)(\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}-\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}})-z(\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}+\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{cb}}^{\′}})$ ------------公式23

在其他实施例中，数字信号处理器根据三角形△oab、△oac和△obc的外接圆圆心o1、o2和o3与a、b和c之间的矢量和以及圆心o1、o2和o3之间的矢量和后。可用求正弦sin∠o2o1a、sin∠o3o2c和sin∠o1o3b，求得和

以求为例，求出的角度余弦和的角度余弦

$\cos \∠\stackrel{\→}{o1a}=\stackrel{\→}{o1a}/\left|\stackrel{\→}{o1a}\right|$

$\cos \∠\stackrel{\→}{o1o2}=\stackrel{\→}{o1o2}/\left|\stackrel{\→}{o1o2}\right|$

用全通滤波器可要出的角度正弦和的角度正弦

sin∠o2o1a=sin(∠o1a-∠o1o2)

由两角差公式求出得

sin∠o2o1a=sin∠o1a×cos∠o1o2-cos∠o1a×sin∠o1o2

可求出相电压幅值

$\left|\stackrel{\→}{\mathrm{oa}}\right|=2\left|\stackrel{\→}{\mathrm{ha}}\right|=2\left|\stackrel{\→}{o1a}\right|\sin \∠o2o1a$

因为与垂直，如图10可知，滞后于90度，所以可知的角度正弦就等于的角度余弦

$\cos \∠\stackrel{\→}{\mathrm{oa}}=\sin \∠\stackrel{\→}{o1o2}$

可求出相电压为

$\stackrel{\→}{\mathrm{oa}}=\left|\stackrel{\→}{\mathrm{oa}}\right|\sin \∠o1o2$

$\stackrel{\→}{\mathrm{oa}}=2\left|\stackrel{\→}{o1a}\right|\sin \∠o2o1a\sin \∠o1o2$

其他两相同理求得

$\stackrel{\→}{\mathrm{ob}}=2\left|\stackrel{\→}{o3b}\right|\sin \∠o1o3b\sin \∠o3o1$

$\stackrel{\→}{\mathrm{oc}}=2\left|\stackrel{\→}{o2c}\right|\sin \∠o3o2c\sin \∠o2o3$

综上，本申请提供的三相三线制逆变器及其线相电压转换方法，通过找出相电压矢量和线电压矢量形成的三角形的外切圆的圆心线矢量，和外接圆圆心与a、b和c之间的矢量，再根据圆心线垂直平分公共弦的原理准确求相电压矢量，在三相不平衡时，实现线电压转换相电压的准确的计算，使计算值与实际值偏差更小。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种三相三线制逆变器，包括逆变模块、线电压采样模块和控制模块，所述控制模块包括电压转换模块和相电压处理模块，其特征在于，所述电压转换模块包括全通滤波器和数字信号处理器，线电压采样模块从逆变模块的输出交流电压中获取三相线电压值Uab、Ubc和Uca，将所述三相线电压值Uab、Ubc和Uca转换为分别用三相线电压矢量和表示；

所述全通滤波器将三相线电压矢量和滞后90度得到三相线电压矢量和

所述数字信号处理器根据相交于以三相线电压矢量和所形成的三角形内一点o的三个圆，所述三个圆分别为三角形△oab、△oac和△obc的外接圆，计算三角形△oab、△oac和△obc的外接圆圆心o1、o2和o3与a、b和c之间的矢量和以及圆心o1、o2和o3之间的矢量和

所述数字信号处理器根据矢量和矢量 计算出o1h、o2k和o3j分别占圆心线o1o2、o2o3和o3o1的比例x、y和z，即求出矢量和其中h为圆心线o1o2与公共弦oa的交点，j为圆心线o3o1与公共弦ob的交点，k为圆心线o2o3与公共弦oc的交点；

所述数字信号处理器根据矢量和矢量计算出 和再根据圆心线垂直平分公共弦的原理求出相电压矢量和

将相电压矢量和转换为相电压值Ua、Ub和Uc后，经过所述相电压处理模块处理后并输出至所述逆变模块。

2.如权利要求1所述的三相三线制逆变器，其特征在于，所述矢量 和以及矢量和的具体计算公式分别为：

$\stackrel{\→}{o1a}=\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o2a}=-\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o1b}=-\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o3b}=\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{cb}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o2c}=\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o3c}=-\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{cb}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o1o2}=\stackrel{\→}{o1a}-\stackrel{\→}{o2a}$

$\stackrel{\→}{o2o3}=\stackrel{\→}{o2c}-\stackrel{\→}{o3c}$

$\stackrel{\→}{o3o1}=\stackrel{\→}{o3b}-\stackrel{\→}{o1b}.$

3.如权利要求1所述的三相三线制逆变器，其特征在于，所述比例x、y和z以及矢量和的具体计算公式分别为：

$x=\frac{1}{2}(1+\frac{{\left|\stackrel{\→}{o1a}\right|}^2-{\left|\stackrel{\→}{o2a}\right|}^2}{{\left|\stackrel{\→}{o1o2}\right|}^2})$

$y=\frac{1}{2}(1+\frac{{\left|\stackrel{\→}{o3b}\right|}^2-{\left|\stackrel{\→}{o1b}\right|}^2}{{\left|\stackrel{\→}{o3o1}\right|}^2})$

$z=\frac{1}{2}(1+\frac{{\left|\stackrel{\→}{o2c}\right|}^2-{\left|\stackrel{\→}{o3c}\right|}^2}{{\left|\stackrel{\→}{o2o3}\right|}^2})$

$\stackrel{\→}{o1h}=x*\stackrel{\→}{o1o2}$

$\stackrel{\→}{o2k}=z*\stackrel{\→}{o2o3}$

$\stackrel{\→}{o3j}=y*\stackrel{\→}{o3o1}.$

4.如权利要求1所述的三相三线制逆变器，

其特征在于，所述矢量和的具体计算公式分别为：

$\stackrel{\→}{\mathrm{ha}}=\stackrel{\→}{o1a}-\stackrel{\→}{o1h}=\stackrel{\→}{o1a}-x*\stackrel{\→}{o1o2}$

$\stackrel{\→}{\mathrm{jb}}=\stackrel{\→}{o3b}-\stackrel{\→}{o3j}=\stackrel{\→}{o3b}-y*\stackrel{\→}{o3o1}$

$\stackrel{\→}{\mathrm{kc}}=\stackrel{\→}{o2c}-\stackrel{\→}{o2k}=\stackrel{\→}{o2c}-y*\stackrel{\→}{o2o3}.$

5.如权利要求1所述的三相三线制逆变器，

其特征在于，所述相电压矢量 的具体计算公式分别为：

$\stackrel{\→}{\mathrm{oa}}=2\×\stackrel{\→}{\mathrm{ha}}$

$\stackrel{\→}{\mathrm{ob}}=2\×\stackrel{\→}{\mathrm{jb}}$

$\stackrel{\→}{\mathrm{oc}}=2\×\stackrel{\→}{\mathrm{kc}}$

$\stackrel{\→}{\mathrm{oa}}=(1-x)(\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}-\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}})-x(\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}+\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}})$

$\stackrel{\→}{\mathrm{ob}}=(1-y)(\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}-\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{cb}}^{\′}})-y(\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}+\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}})$

$\stackrel{\→}{\mathrm{oc}}=(1-z)(\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}-\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}})-z(\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}+\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{cb}}^{\′}}).$

6.一种三相三线制逆变器线相电压转换方法，所述逆变器包括逆变模块、线电压采样模块和控制模块，所述控制模块包括电压转换模块和相电压处理模块，所述电压转换模块包括全通滤波器和数字信号处理器，其特征在于，包括以下步骤：

所述线电压采样模块从所述逆变模块的输出交流电压中获取三相线电压值Uab、Ubc和Uca；

将所述三相线电压值Uab、Ubc和Uca转换为分别用三相线电压矢量和表示；

所述全通滤波器将三相线电压矢量和滞后90度得到三相线电压矢量和

所述数字信号处理器根据相交于以三相线电压矢量和所形成的三角形内一点o的三个圆，所述三个圆分别为三角形Δoab、Δoac和Δobc的外接圆，计算三角形Δoab、Δoac和Δobc的外接圆圆心o1、o2和o3与a、b和c之间的矢量和以及圆心o1、o2和o3之间的矢量和

所述数字信号处理器根据矢量和矢量 计算出o1h、o2k和o3j分别占圆心线o1o2、o2o3和o3o1的比例x、y和z，即求出矢量和其中h为圆心线o1o2与公共弦oa的交点，j为圆心线o3o1与公共弦ob的交点，k为圆心线o2o3与公共弦oc的交点；

所述数字信号处理器根据矢量和矢量计算出 和再根据圆心线垂直平分公共弦的原理求出相电压矢量和

将相电压矢量和转换为相电压值Ua、Ub和Uc后，经过所述相电压处理模块处理后并输出至所述逆变模块。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述矢量 和以及矢量和的具体计算公式分别为：

$\stackrel{\→}{o1a}=\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o2a}=-\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o1b}=-\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o3b}=\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{cb}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o2c}=\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o3c}=-\frac{1}{2}\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}-\frac{1}{2\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{cb}}^{\′}}$

$\stackrel{\→}{o1o2}=\stackrel{\→}{o1a}-\stackrel{\→}{o2a}$

$\stackrel{\→}{o2o3}=\stackrel{\→}{o2c}-\stackrel{\→}{o3c}$

$\stackrel{\→}{o3o1}=\stackrel{\→}{o3b}-\stackrel{\→}{o1b}.$

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述比例x、y和z以及矢量 和的具体计算公式分别为：

$x=\frac{1}{2}(1+\frac{{\left|\stackrel{\→}{o1a}\right|}^2-{\left|\stackrel{\→}{o2a}\right|}^2}{{\left|\stackrel{\→}{o1o2}\right|}^2})$

$y=\frac{1}{2}(1+\frac{{\left|\stackrel{\→}{o3b}\right|}^2-{\left|\stackrel{\→}{o1b}\right|}^2}{{\left|\stackrel{\→}{o3o1}\right|}^2})$

$z=\frac{1}{2}(1+\frac{{\left|\stackrel{\→}{o2c}\right|}^2-{\left|\stackrel{\→}{o3c}\right|}^2}{{\left|\stackrel{\→}{o2o3}\right|}^2})$

$\stackrel{\→}{o1h}=x*\stackrel{\→}{o1o2}$

$\stackrel{\→}{o2k}=z*\stackrel{\→}{o2o3}$

$\stackrel{\→}{o3j}=y*\stackrel{\→}{o3o1}.$

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述矢量和的具体计算公式分别为：

$\stackrel{\→}{\mathrm{ha}}=\stackrel{\→}{o1a}-\stackrel{\→}{o1h}=\stackrel{\→}{o1a}-x*\stackrel{\→}{o1o2}$

$\stackrel{\→}{\mathrm{jb}}=\stackrel{\→}{o3b}-\stackrel{\→}{o3j}=\stackrel{\→}{o3b}-y*\stackrel{\→}{o3o1}$

$\stackrel{\→}{\mathrm{kc}}=\stackrel{\→}{o2c}-\stackrel{\→}{o2k}=\stackrel{\→}{o2c}-y*\stackrel{\→}{o2o3}.$

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述相电压矢量和的具体计算公式分别为：

$\stackrel{\→}{\mathrm{oa}}=(1-x)(\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}-\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}})-x(\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}+\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}})$

$\stackrel{\→}{\mathrm{ob}}=(1-y)(\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}-\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{cb}}^{\′}})-y(\stackrel{\→}{\mathrm{ba}}+\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ba}}^{\′}})$

$\stackrel{\→}{\mathrm{oc}}=(1-z)(\stackrel{\→}{\mathrm{ac}}-\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{ac}}^{\′}})-z(\stackrel{\→}{\mathrm{cb}}+\frac{1}{\sqrt{3}}\stackrel{\→}{{\mathrm{cb}}^{\′}}).$