CN103532415B

CN103532415B - 基于ghγ坐标系的四桥臂变流器空间矢量调制方法

Info

Publication number: CN103532415B
Application number: CN201310508579.8A
Authority: CN
Inventors: 周娟; 朱玉振; 刘马隆; 王晓莹; 楚程媛; 汪山林; 杨擎; 杜少通; 段崇嵩
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2033-10-24
Also published as: CN103532415A

Abstract

一种基于ghγ坐标系四桥臂变流器的空间矢量调制方法，属于四桥臂变流器脉宽矢量调制方法。一、将三相参考电压v_a、v_b、v_c变换至ghγ坐标系中，由参考电压矢量在ghγ坐标系内的坐标计算出六个中间变量x、y、z、s、q、w；二、通过中间变量x、q、w确定参考电压矢量所在三棱柱；三、由ghγ坐标系下参考电压矢量与所在三棱柱内五个平面的关系确定其所在四面体；四、从六个中间变量中选定三个变量，计算三个相邻基本矢量V₁、V₂、V₃的作用时间t₁、t₂、t₃；五、根据步骤四计算的作用时间t₁、t₂、t₃，对变流器开关器件进行切换，使四桥臂变流器输出电压与参考电压等效。算法实现过程可简化为计算中间变量、判定中间变量、选择中间变量，条理清晰，实现简单，该算法计算精度高，计算工作量小。

Description

基于ghγ坐标系的四桥臂变流器空间矢量调制方法

技术领域

本发明涉及一种四桥臂变流器空间矢量调制方法，特别是一种基于ghγ坐标系四桥臂变流器新型三维空间矢量调制方法。

背景技术

四桥臂变流器通过第四桥臂控制中线电流，可以处理电网电流畸变和三相不平衡等问题，具有使用灵活、直流侧电压控制简单、中线电流控制范围大等优势，在非线性和三相四线制不平衡负载供电及谐波补偿中得到较为广泛的应用。电压空间矢量调制(SVPWM)是目前普遍采用的一种变流器调制方法，具有等效程度高、易于数字化实现、直流测电压利用高等优点。

四桥臂变流器三相电压之和不为零，基矢量分布在三维空间，应用于四桥臂变流器的三维SVPWM(3D-SVPWM)方法由于开关状态多，调制过程复杂。传统3D-SVPWM方法首先通过参考电压矢量 V _ref在αβγ坐标系下的坐标关系判定所在三棱柱，再根据 V _ref在abc坐标系下的分量确定所在的四面体，由围成四面体的三个基矢量及零矢量合成参考矢量 V _ref，基矢量作用时间根据伏秒平衡原理获取。传统3D-SVPWM方法需要在两种坐标系内分别计算，计算过程复杂，计算效率低，影响控制的实时性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于ghγ坐标系四桥臂变流器的空间矢量调制方法，解决传统空间调制方法计算量大，计算效率低，影响控制实时性的问题。

为实现上述目的，该方法通过以下技术方案实现：

步骤一、设四桥臂变流器A、B、C三相参考电压分别为v _a、v _b、v _c，将其变换至ghγ坐标系中，得参考电压矢量坐标(v _g,v _h,v _γ)，通过对v _g、v _h、v _γ进行线性运算，得到六个中间变量x、y、z、s、q、w；

步骤二、通过中间变量x、q、w，判定参考电压矢量所在三棱柱；

步骤三、由ghγ坐标系下参考电压矢量与所在三棱柱内五个平面的关系确定其所在四面体；

步骤四、根据步骤三的判断结果以及直流侧电压V _dc，计算构成所在四面体的三个基本矢量V ₁、V ₂、V ₃的作用时间t ₁、t ₂、t ₃；

步骤五、根据步骤四计算的作用时间t ₁、t ₂、t ₃，对变流器开关器件进行切换，使四桥臂变流器输出电压与参考电压等效；

所述步骤一中，将三相参考电压变换到ghγ坐标系，通过式：

获得参考电压矢量在ghγ坐标系中的坐标；

对v _g、v _h、v _γ进行线性运算，通过式：

得到六个中间变量；

参考电压矢量在四面体T1内为例，所述步骤四中，通过式：

获得构成四面体T1三个基本电压矢量的作用时间t ₁ 、t ₂ 、t ₃，其中，T _s为开关周期。

有益效果：由于采取上述方法，对参考矢量在ghγ坐标系内的坐标进行线性变换求取中间变量，根据中间变量的特征判定参考矢量所在三棱柱和四面体，直接选择中间变量作为基矢量作用时间。整个调制方法可简化为：计算中间变量、判定中间变量、选择中间变量，步骤清晰，实现简单，解决了传统3D-SVPWM方法运算量大、过程复杂、影响控制实时性的问题，达到了本发明的目的。

优点具体体现在：

1、该方法基于ghγ坐标系实现，基矢量坐标均为整数，中间变量的获取过程不存在根号运算，提高了运算的精确度，降低了算术运算的复杂程度；

2、该方法围绕六个中间变量进行，能够快速判断参考矢量所在三棱柱和四面体；

3、相邻基矢量的作用时间可从六个中间变量中直接选定，省却了作用时间的计算过程，大大减少了计算工作量，简化了计算过程。

附图说明

图1是四桥臂变流器系统结构框图；

图2是四桥臂变流器在ghγ坐标系中电压空间矢量分布图；

图3是基于ghγ坐标系的四桥臂变流器空间矢量调制方法结构图；

图4是参考电压矢量所在棱柱判定图；

图5是当三相电压为三相正弦时四桥臂变流器输出三相电压波形；

图6是当实验设备提供三相正弦电压时a相输出电流波形；

图7是a相输出电流频谱分析图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，四桥臂变流器系统包括主电路、控制电路和负载三个部分。四桥臂变流器输出端由四个桥臂的中点引出，直流侧使用电容器C ₅，用于提供直流侧电压。所述四桥臂变流器的负载为三相四线制负载，通过输出电抗器L与四个桥臂的中点相连。所述四桥臂变流器的控制电路包括AD采样电路、DSP控制器、驱动电路，DSP型号为TMS320F2812，AD芯片型号为AD7656，AD采样电路接收电流传感器、电压传感器的信号，完成电压电流信号的采集和转换，驱动电路给主电路发送开关器件驱动信号。

图2为四桥臂变流器电压空间矢量在ghγ坐标系中的分布图。

如图3和图4所示，基于ghγ坐标系的四桥臂变流器空间矢量调制方法，步骤如下：

步骤一、图1中，设定四桥臂变流器A、B、C和N四相中A、B、C三相参考电压分别为v _a、v _b、v _c，开关周期设定为T _s，直流侧电压为V _dc，根据三相参考电压，通过公式：

(1)

将参考矢量变换至ghγ坐标系中，得到参考矢量坐标(v _g,v _h,v _γ)。

图3中，通过公式：

(2)

对v _g、v _h、v _γ进行线性变换，计算出x、y、z、s、q、w六个中间变量。

步骤二、根据中间变量x、q、w判定参考矢量所在三棱柱，如图4所示，若变量q≥0，x≥0，则可判定参考矢量位于棱柱Ⅰ内。

步骤三、每个三棱柱内含有6个非零矢量和2个零矢量，将该三棱柱分成四个四面体，每个四面体由其中三个非零基矢量组成，新型调制算法的基本思路：根据参考电压矢量与组成四面体的三个平面的关系，由中间变量判断其是否位于该四面体内。四个桥臂中，以开关状态p表示桥臂上桥臂导通、开关状态n表示桥臂下桥臂导通，则参考矢量所在四面体具体判断方法如表1所示。

步骤四、根据步骤三的判断结果，从六个变量中选出三个变量作为三个相邻基矢量的作用时间，表1中给出了参考矢量位于任意一个四面体中时，相邻基矢量作用时间。

参考矢量相邻基矢量的作用时间可由中间变量直接表示，省却了作用时间的计算过程，也是本发明的创新点之一。

表1四面体判断条件及基矢量作用时间

步骤五、采用对称调制法，可以得出功率器件的开关时刻，图5是通过开关组合使四桥臂变流器输出电压和参考电压等效，图6是a相输出电流波形，为正弦，图7为a相输出电流频谱分析图，电流畸变率为1.8%，符合国家标准，从而验证了本发明的正确性和有效性。

Claims

1.一种基于ghγ坐标系四桥臂变流器的空间矢量调制方法，其特征在于：

步骤一、设四桥臂变流器A、B、C三相参考电压分别为v _a、v _b、v _c，将其变换至ghγ坐标系中，得参考电压矢量坐标(v _g,v _h,v _γ)，通过对v _g、v _h、v _γ进行线性运算，得到六个中间变量x、y、z、s、q、w；

步骤二、通过中间变量x、q、w判定参考电压矢量所在三棱柱；

步骤四、根据步骤三的判断结果以及直流侧电压V _dc，计算构成所在四面体的三个基本矢量V ₁ 、V ₂ 、V ₃的作用时间t ₁ 、t ₂ 、t ₃；

所述步骤一中，将三相参考电压变换到ghγ坐标系，通过式：

获得参考电压矢量在ghγ坐标系中的坐标；

对v _g、v _h、v _γ进行线性运算，通过式：

得到六个中间变量x、y、z、s、q、w；

以参考电压矢量在四面体T1内为例，所述步骤四中，通过式：

获得四面体T1三个相邻基本电压矢量的作用时间t ₁ 、t ₂ 、t ₃，其中，T _s为开关周期。