CN103825481B

CN103825481B - 三电平变换器shepwm与svpwm平滑切换的混合调制方法

Info

Publication number: CN103825481B
Application number: CN201410069842.2A
Authority: CN
Inventors: 胡存刚; 魏中原
Original assignee: Anhui University
Current assignee: Anhui University
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: CN103825481A

Abstract

本发明涉及一种三电平变换器脉宽调制方法，特别是一种三电平变换器SHEPWM与SVPWM平滑切换的混合调制方法，先确定当前工作在哪种调制方法，当SHEPWM切换到SVPWM时，通过矢量合成得到虚拟输出空间矢量，然后按照虚拟输出空间矢量的相位角切换到SVPWM；当SVPWM切换到SHEPWM时，根据SVPWM输出的相位角得到SHEPWM的a相输出，从而切换到SVPWM。采用上述方法后，充分发挥了SHEPWM和SVPWM调制二者的优点，使变流器在整个工作范围内都可以有效抑制低次谐波，得到较好的输出波形，并且实现了SHEPWM与SVPWM在任意时刻进行切换，且切换过程相位不会发生变化，实现了平滑稳定无突变。

Description

三电平变换器SHEPWM与SVPWM平滑切换的混合调制方法

技术领域

本发明涉及一种三电平变换器脉宽调制方法，特别是一种三电平变换器SHEPWM与SVPWM平滑切换的混合调制方法。

背景技术

随着科技的进步与生活水平的提高，人们对电能质量的要求也在不断提升，三电平变换器等多电平变换器越来越多被使用与工业与社会生活等领域以提供更优质的电能。根据控制要求的变化来调整控制方法，在低频时，选用SVPWM获得更高的直流电压利用率，减小电流脉动，也方便进行直流侧中点电压平衡；在高频时，选用SHEPWM控制，可以有效降低高频下的低次谐波，改善波形质量，也降低了对滤波器的要求。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种三电平变换器SHEPWM与SVPWM混合调制任意时刻平滑切换的方法。

为解决上述的技术问题，本发明一种三电平变换器SHEPWM与SVPWM平滑切换的混合调制方法，其特征在于，包括以下步骤，

S101：判断是否有捕获中断，如果没有，则返回步骤S101，如果有，则进入步骤S102；

S102：进入捕获中断，根据当前工作标志位判断该时刻三电平变换器工作在何种调制方法下，关闭当前调制方法的中断并打开另一种调制方法的相应中断，如果当前工作标志位为0，则进入步骤S103；如果当前工作标志位为1，则进入步骤S106；

S103:当前调制方法为SHEPWM，选择包括SHEPWM调制当前状态的前后对称时间段，再确定该时间段内SHEPWM的不同输出矢量及各矢量作用时间占该时间段的比例，每个输出矢量与其相应所占时间比的乘积合成虚拟的输出空间矢量；

S104：将虚拟的输出空间矢量与SVPWM调制下的输出矢量相比较，选择SVPWM矢量圆上与虚拟的空间输出矢量相位相同的参考矢量Vref作为切换到SVPWM调制的第一输出点，实现SHEPWM到SVPWM的切换；

S105：修改工作标志位为1，返回S101；

S106：当前调制方法为SVPWM，根据SVPWM当前输出的合成矢量确定相位为θ；

S107：将相位角θ对应到SHEPWM中，得到SHEPWM调制的a相相位，确定切换到SHEPWM调制的位置；

S108：根据SHEPWM的调制度m确定需要设置的开关角度，从而确定SHEPWM调制的三相输出，在步骤S107确定SHEPWM调制的位置发出三相输出切换到SHEPWM调制，实现SVPWM到SHEPWM的切换；

S109：修改工作标志位为0，返回S101。

进一步的，所述步骤S103中当前状态的前后对称时间段为T，包括当前状态之前的时间段T/2和当前状态之后的时间段T/2，所述1/(6*X*f)≤T≤1/(3*X*f),其中X为SHEPWM调制下四分之一周期内的开关角度数目，f为SHEPWM调制频率。

更进一步的，T=1/(4*X*f)。

进一步的，所述步骤S103和步骤S104为SHEPWM到SVPWM的切换，步骤S106到步骤S108为SVPWM到SHEPWM的切换，所诉SHEPWM到SVPWM的切换和SVPWM到SHEPWM的切换都是在一个60°范围内完成的。

进一步的，所述步骤S101中的捕获中断可以由系统自动切换产生也可以由外部按钮手动切换产生。

采用上述方法后，低频时采用异步SVPWM，高频时采用SHEPWM，避免了高频时SVPWM谐波特性变差和SHEPWM在低频时存储量大的缺点，充分发挥了二者的优点，使变频器在整个工作范围内都可以有效抑制低次谐波，得到较好的输出波形，并且实现了SHEPWM与SVPWM在任意时刻进行切换，且切换过程相位不会发生变化，实现了平滑稳定无突变。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明三电平SHEPWM与SVPWM混合调制方法的流程框图。

图2为本发明SHEPWM虚拟输出空间矢量的矢量合成图。

具体实施方式

SHEPWM控制是在电压波形特定的位置设置“缺口”，通过开关时刻的优化选择，恰当地控制脉宽调制电压波形，可以使变换器输出的电压中不存在某些特定次数谐波。SHEPWM可以在高开关频率的情况下消除一定的低次谐波，而剩下的高次谐波则很容易通过滤波器的设计来滤去。SVPWM为了使电机获得圆形磁场，用变换器不同的开关状态产生的实际磁通去逼近基准的磁通圆。SVPWM直流电压利用率高，电流纹波较小。针对两种调制方法的优缺点，可以使用SHEPWM与SVPWM混合调制的方法来根据控制要求的变化来调整控制方法，在低频时，选用SVPWM获得更高的直流电压利用率，减小电流脉动，也方便进行直流侧中点电压平衡；在高频时，选用SHEPWM控制，可以有效降低高频下的低次谐波，改善波形质量，也降低了对滤波器的要求。三电平变换器的SHEPWM与SVPWM混合调制方法应用于电机控制、电力电子及电能质量控制等场合。而混合调制的重点在于能否在任意时刻都能进行切换且实现切换过程的平滑稳定。

如图1所示，本发明一种三电平变换器SHEPWM与SVPWM平滑切换的混合调制方法，包括以下步骤：

S101：判断是否有捕获中断，如果没有，则返回步骤S101，如果有，则进入步骤S102。步骤S101主要是判断是不是要进行切换，如果不需要进行切换，系统在当前调制方法下，然后返回到步骤S101中继续检测是否有捕获中断。本步骤中的捕获中断可以由系统自动切换产生也可以由外部按钮手动切换产生，自动切换为系统对三电平三电平变换器当前输出状态及运行要求进行判断，当判断需要切换到另一种调制状态以满足控制要求时，写寄存器进入捕获中断；而手工切换为一个外部按钮，工作人员认为需要切换调制方法来满足控制要求时，通过按钮发生一个捕获中断，在捕获中断中实现两种调制方法的切换。

S102：进入捕获中断，根据当前工作标志位判断该时刻三电平变换器工作在何种调制方法下，关闭当前调制方法的中断并打开另一种调制方法的相应中断，保证从一个调制方法切换到另一个调制方法。如果当前工作标志位为0，则当前工作在SHEPWM调制方法下，进入步骤S103进行SHEPWM切换到SVPWM的相应操作；如果当前工作标志位为1，则当前工作在SVPWM调制方法下，进入步骤S106进行SVPWM切换到SHEPWM的相应操作。

因为输出状态存在着a(θ+60°)=-b(θ)，b(θ+60°)=-c(θ)，c(θ+60°)=-a(θ)的对应关系，所以进行若干次重复运算即可将任意时刻的相位对应到一个60°，也就是SVPWM的大扇区中，然后得出SHEPWM中的合成矢量或SVPWM的当前输出空间矢量。所以，只需要实现在一个60°范围内的切换，就可以实现整个周期内的切换。

S103:当前调制方法为SHEPWM，选择包括SHEPWM调制当前状态的前后对称时间段。为了包括SHEPWM当前输出状态的信息，所以要选择当前状态的前后对称时间段；为了较为完整的保存当前输出状态的信息，选择当前状态的前后对称时间段为T，包括当前状态之前的时间段T/2和当前状态之后的时间段T/2，所述1/(6*X*f)≤T≤1/(3*X*f),其中X为SHEPWM调制下四分之一周期内的开关角度数目，f为SHEPWM调制频率；这里选择T=1/(4*X*f)。再确定该时间段T内SHEPWM的不同输出矢量及各矢量作用时间占该时间段的比例，每个输出矢量与其相应所占时间比的乘积合成虚拟的输出空间矢量。如图2所示，因为只要实现一个60°范围内的切换，所以转换到60°坐标系下判断当前矢量所在的大扇区和小扇区。根据最近三矢量法计算得出用来合成所需空间矢量的三个矢量以及对应矢量的占空比。将占空比与当前工作频率下每个矢量的作用时间相结合得出每个矢量的作用时间，继而得到每个矢量的作用时间占该时间段T的比例，然后将每个输出矢量与其相应所占时间比的乘积合成虚拟的输出空间矢量。

S104：将虚拟的输出空间矢量与SVPWM调制下的输出矢量相比较，如图2所示，选择SVPWM矢量圆上与虚拟的空间输出矢量相位相同的参考矢量Vref作为切换到SVPWM调制的第一输出点，实现SHEPWM到SVPWM的切换。这样SVPWM调制的第一输出点的相位与SHEPWM调制下合成的虚拟空间输出矢量相同，就保证了SHEPWM切换到SVPWM同相位过渡，有良好的延续性，实现了SHEPWM到SVPWM的平滑切换。

S105：因为步骤S104后已经将调制方法从SHEPWM切换到SVPWM，所以修改工作标志位为1，返回S101继续判断是否有捕获中断。

S106：当前调制方法为SVPWM，根据SVPWM当前输出的合成矢量确定相位为θ。

与SHEPWM切换到SVPWM一样，SVPWM切换到SHEPWM时，只需要实现在一个60°范围内的切换，就可以实现整个周期内的切换。

S107：将相位角θ对应到SHEPWM中，得到SHEPWM调制的a相相位为（θ+90°），确定切换到SHEPWM调制的位置。

S108：根据SHEPWM的调制度m确定需要设置的开关角度，从而确定SHEPWM调制的三相输出，SHEPWM调制的三相输出存在120°的相位差。确定了三相输出之后只需要确定从一个周期的何时开始发出三相输出波就可以了。在步骤S107确定SHEPWM调制的位置发出三相输出切换到SHEPWM调制，实现SVPWM到SHEPWM的切换。因为SVPWM调制的相位与切换后SHEPWM的相位一致，所以同样保证了SVPWM平滑切换到SHEPWM。综上可得，不管是SHEPWM到SVPWM的切换还是SVPWM到SHEPWM的切换，相位不会发生突变，两种切换方法过渡时有良好的延续性。

S109：因为步骤S108后已经将调制方法从SVPWM切换到SHEPWM，所以修改工作标志位为0，返回S101继续判断是否有捕获中断。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种三电平变换器SHEPWM与SVPWM平滑切换的混合调制方法，其特征在于，包括以下步骤，

S104：将虚拟的输出空间矢量与SVPWM调制下的输出矢量相比较，选择SVPWM矢量圆上与虚拟的输出空间矢量相位相同的参考矢量Vref作为切换到SVPWM调制的第一输出点，实现SHEPWM到SVPWM的切换；

S105：修改工作标志位为1，返回S101；

S109：修改工作标志位为0，返回S101。

2.按照权利要求1所述的三电平变换器SHEPWM与SVPWM平滑切换的混合调制方法，其特征在于：所述步骤S103中当前状态的前后对称时间段为T，包括当前状态之前的时间段T/2和当前状态之后的时间段T/2，所述1/(6*X*f)≤T≤1/(3*X*f),其中X为SHEPWM调制下四分之一周期内的开关角度数目，f为SHEPWM调制频率。

3.按照权利要求2所述的三电平变换器SHEPWM与SVPWM平滑切换的混合调制方法，其特征在于：T＝1/(4*X*f)。

4.按照权利要求1所述的三电平变换器SHEPWM与SVPWM平滑切换的混合调制方法，其特征在于：所述步骤S103和步骤S104为SHEPWM到SVPWM的切换，步骤S106到步骤S108为SVPWM到SHEPWM的切换，所述SHEPWM到SVPWM的切换和SVPWM到SHEPWM的切换都是在一个60°范围内完成的。

5.按照权利要求1所述的三电平变换器SHEPWM与SVPWM平滑切换的混合调制方法，其特征在于：所述步骤S101中的捕获中断由系统自动切换产生或外部按钮手动切换产生。