CN106130388B - 逆变器空间矢量控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种逆变器空间矢量控制方法，包括，获取相电压整数值；获取参与电压合成所需的基本作用矢量序列；计算基本作用矢量的占空比；确定参考桥臂在一个采样周期内状态变换的最少次数；获取参考桥臂的开关状态以及状态切换的时刻；获取各相桥臂的开关状态值；获取控制各相桥臂功率器件和参考桥臂功率器件的开关信号。通过利用本发明的技术方案，输出电压准确跟随输入电压的变化，开关频率较小，开关损耗小。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子功率变换装置控制领域，具体而言，涉及一种逆变器空间矢量控制方法及控制装置。
背景技术
逆变器是把直流电能转变成交流电的装置，由桥臂组成，在大功率不平衡负载场合，多电平多桥臂变换器获得了越来越多的关注，但是控制算法复杂，开关频率较大，功率管开关器件损耗大。
发明内容
本发明为了解决上述问题中至少一个，提供了一种输出电压准确跟随输入电压的变化，开关频率小，开关损耗小的逆变器空间矢量控制方法及装置；本发明的第一方面提供了一种逆变器空间矢量控制方法，包括，a)获取相电压值，对所述相电压值取整，获取相电压整数值；b)根据获取的相电压值建立参考平面，将相电压整数值与参考平面进行比较，并根据相邻开关状态组合之间，只有一相的状态发生改变为原则，获取参与电压合成所需的基本作用矢量序列；c)利用伏秒平衡原理，计算基本作用矢量的占空比；d)根据相电压整数值，确定参考桥臂在一个采用周期内状态变换的最少次数；e)根据基本作用矢量序列、桥臂状态的取值范围和参考桥臂的状态变换的最少次数，获取参考桥臂的开关状态以及状态切换的时刻；f)根据基本作用矢量以及参考桥臂的状态，获取各相桥臂的开关状态值；g)根据各相桥臂的开关状态值与功率开关通断状态的关系，获取控制各相桥臂功率器件和参考桥臂功率器件的开关信号。
进一步地，所述逆变器为三相四桥臂逆变器，所述参考桥臂为第四桥臂；所述基本作用矢量的数量四个。
进一步地，所述步骤a)中获取相电压值的步骤包括，获取各相参考电压值，将各相参考电压标幺化，并将标幺化后的各相参考电压加上正常数，获得所述相电压值。
进一步地，所述标幺化的步骤包括，将各相参考电压值除以直流母线电压值的一半，获得标幺化后的各相参考电压，将标幺化后的各相参考电压加上2，获得各相的所述相电压值。
进一步地，所述相电压值和相电压整数值的数量为三组，所述步骤b)包括，根据各相的所述相电压值和各相的相电压整数值，建立三个参考平面，平面方程如下：
其中van、vbn、vcn表示三相相电压值，a、b、c表示三相相电压整数值；将三相相电压整数值与所述参考平面比较获取四个基本作用矢量，过程如下：当vbn-vcn≤b-c且van-vcn≥a-c时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量以及矢量作用序列为：a，b，c→a+1，b，c→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≤b-c，van-vcn≤a-c且vbn-van≤b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b，c+1→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≤b-c，van-vcn≤a-c且vbn-van≥b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b，c+1→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≥b-c且van-vcn≤a-c时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b+1，c→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≥b-c，van-vcn≥a-c且vbn-van≥b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b+1，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≥b-c，van-vcn≥a-c且vbn-van≤b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a+1，b，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1。
进一步地，所述步骤c)包括：根据伏秒平衡原理，利用下列公式，计算四个基本作用矢量的占空比d1、d2、d3和d4：
其中，为基本作用矢量。
进一步地，所述步骤d)包括：根据三相相电压整数值a，b，c的取值，确定第四桥臂在一个采样周期内状态变换的最少次数，以及第四桥臂的开关状态Sno，过程如下：
当min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}≤1时，Sno＝1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变；
当min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}＝2时，Sno＝1和0，第四桥臂开关状态在一个采样周期内变换一次。当max{San,Sbn,Scn}＝2时，Sno＝1；当max{San,Sbn,Scn}＝3时，Sno＝0；
当min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}≤2时，Sno＝0，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变；
当min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}＝3时，Sno＝0和-1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内变换一次；。当max{San,Sbn,Scn}＝3时，Sno＝0；当max{San,Sbn,Scn}＝4时，Sno＝-1；
当min{a,b,c}＝2时，Sno＝-1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变；
当min{a,b,c}＝3时，Sno＝-1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变。
进一步地，所述步骤f)包括：根据基本作用矢量{San,Sbn,Scn}以及第四桥臂的状态Sno，利用下式：
分别得到四个桥臂的开关状态Sao、Sbo、Sco和Sno。
进一步地，所述步骤g)包括：由桥臂开关状态与功率开关管通断之间的关系，得到控制四个桥臂功率器件的开关信号；当桥臂状态为1时，桥臂上的第一功率开关器件和第二功率开关器件导通，第三功率开关器件和第四功率开关器件截止；
当桥臂状态为0时，第二功率开关器件和第三功率开关器件导通，第一功率开关器件和第四功率开关器件截止；当桥臂状态为-1时，第三功率开关器件和第四功率开关器件导通，第一功率开关器件和第二功率开关器件截止。
本发明另一方面提供了一种逆变器空间矢量控制装置，包括：
相电压整数值获取模块，所述相电压整数值获取模块用于根据相电压值，对所述相电压值取整，获取相电压整数值；
基本作用矢量序列获取模块，所述基本作用矢量序列获取模块用于根据获取的相电压值建立参考平面，将相电压整数值与参考平面进行比较，并根据相邻开关状态组合之间，只有一相的状态发生改变为原则，获取参与电压合成所需的基本作用矢量序列；
矢量占空比获取模块，所述矢量占空比获取模块用于利用伏秒平衡原理，计算所述基本作用矢量的占空比；
参考桥臂状态变换次数获取模块，所述参考桥臂状态变换次数获取模块用于，根据相电压整数值，确定参考桥臂在一个采用周期内状态变换的最少次数；
参考桥臂开关状态以及状态切换时刻获取模块，所述参考桥臂开关状态以及状态切换时刻获取模块用于根据基本作用矢量序列、桥臂状态的取值范围和参考桥臂的状态变换的最少次数，获取参考桥臂的开关状态以及状态切换的时刻；
各相桥臂开关状态值获取模块，所述各相桥臂开关状态值获取模块用于根据基本作用矢量以及参考桥臂的状态，获取各相桥臂的开关状态值；
功率器件开关信号获取模块，所述功率器件开关信号获取模块用于根据各相桥臂的开关状态值与功率开关通断状态的关系，获取控制各相桥臂功率器件和参考桥臂功率器件的开关信号。
本发明提供的逆变器空间矢量控制方法和控制装置，使得控制系统运行时，输出电压准确跟随输入电压的变化，并且使开关频率较小，优选保证开关频率最小，以减小开关损耗。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明逆变器空间矢量控制方法实施例的流程示意图；
图2为本发明实施例中的三电平四桥臂逆变器的拓扑结构示意图；
图3为本发明逆变器空间矢量控制方法实施例的流程示意图；
图4为本发明实施例中桥臂状态切换示意图；
图5为本发明实施例中桥臂状态切换示意图；
图6为本发明实施例中a相参考电压波形示意图；
图7为本发明实施例中a相输出电压波形示意图；
图8为本发明逆变器空间矢量控制装置实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
在大功率不平衡负载场合，多电平四桥臂变换器获得了越来越多的关注。其中NPC四桥臂变换器在NPC三桥臂变换器的基础上增加了一个与前三个桥臂结构相同的桥臂，空间矢量由27个增加为81个，使得控制算法变得更加复杂和多样。
针对NPC四桥臂变换器的运行与控制，有解耦控制和3D-SVM算法，其中基于abc坐标系的3D-SVM方法，无需坐标变换，电压跟随性能好，其在电力电子领域中的应用体现出了巨大的优势。该类算法基于abc自然坐标系，在空间建立逆变器的三维数学模型，利用伏秒平衡原理，合成参考矢量。
三维空间矢量具有冗余分量，其对输出电流没有影响，但会影响开关序列，进而影响开关频率。
本发明提供了一种优化的3D-SVM方法，使得控制系统运行时，输出电压准确跟随输入电压的变化，并且使开关频率最小，以减小开关损耗。
实施例一
如图1所示，本发明提供了一种逆变器空间矢量控制方法，包括，
S101获取相电压值，对所述相电压值取整，获取相电压整数值。
S102根据获取的相电压值建立参考平面，将相电压整数值与参考平面进行比较，并根据相邻开关状态组合之间，只有一相的状态发生改变为原则，获取参与电压合成所需的基本作用矢量序列。保证了开关状态改变较小，从而保证了开关器件的开关频率较小，减少了开关功耗，也保证了功率开关器件的使用寿命。
S103利用伏秒平衡原理，计算基本作用矢量的占空比。
S104根据相电压整数值，确定参考桥臂在一个采用周期内状态变换的最少次数。保证了参考桥臂的功率器件的变换次数少，变化频率小。
S105根据基本作用矢量序列、桥臂状态的取值范围和参考桥臂的状态变换的最少次数，获取参考桥臂的开关状态以及状态切换的时刻。S106根据基本作用矢量以及参考桥臂的状态，获取各相桥臂的开关状态值。
S107根据各相桥臂的开关状态值与功率开关通断状态的关系，获取控制各相桥臂功率器件和参考桥臂功率器件的开关信号。
本发明提供的逆变器空间矢量控制方法，输出电压准确跟随输入电压的变化，并且使开关频率最小，以减小开关损耗。
本发明实施例所述逆变器为三相四桥臂逆变器，三电平四桥臂逆变器的拓扑结构图如图2所示，图中，Vdc为直流母线电压，a、b、c、n为四个桥臂的输出端，Sj1、Sj2、Sj3和Sj4(j＝a，b，c，n)为每个桥臂上的四个功率开关器件。所述参考桥臂为第四桥臂；所述基本作用矢量的数量四个。当然，本发明的实施方式，所述逆变器不仅限于三相四桥臂逆变器，还可运用于五相逆变器。
所述步骤S101中获取相电压值的步骤包括，获取各相参考电压值，将各相参考电压标幺化，并将标幺化后的各相参考电压加上正常数，获得所述相电压值。这样，使得计算方便，运算量少。所述标幺化的步骤包括，将各相参考电压值除以直流母线电压值的一半，获得标幺化后的各相参考电压，将标幺化后的各相参考电压加上2，获得各相的所述相电压值。
进一步地，针对三相逆变器中的运用，所述相电压值和相电压整数值的数量为三组，所述步骤S102包括，根据各相的所述相电压值和各相的相电压整数值，建立三个参考平面，平面方程如下：其中van、vbn、vcn表示三相相电压值，a、b、c表示三相相电压整数值；将三相相电压整数值与所述参考平面比较获取四个基本作用矢量，过程如下：
当vbn-vcn≤b-c且van-vcn≥a-c时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量以及矢量作用序列为：a，b，c→a+1，b，c→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≤b-c，van-vcn≤a-c且vbn-van≤b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b，c+1→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≤b-c，van-vcn≤a-c且vbn-van≥b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b，c+1→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≥b-c且van-vcn≤a-c时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b+1，c→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≥b-c，van-vcn≥a-c且vbn-van≥b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b+1，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≥b-c，van-vcn≥a-c且vbn-van≤b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a+1，b，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1。
进一步地，所述步骤S103包括：根据伏秒平衡原理，利用下列公式，计算四个基本作用矢量的占空比d1、d2、d3和d4：
其中，为基本作用矢量。
进一步地，所述步骤S104包括：根据三相相电压整数值a，b，c的取值，确定第四桥臂在一个采样周期内状态变换的最少次数，以及第四桥臂的开关状态Sno，过程如下：
当min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}≤1时，Sno＝1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变；
当min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}＝2时，Sno＝1和0，第四桥臂开关状态在一个采样周期内变换一次。当max{San,Sbn,Scn}＝2时，Sno＝1；当max{San,Sbn,Scn}＝3时，Sno＝0；
当min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}≤2时，Sno＝0，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变；
当min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}＝3时，Sno＝0和-1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内变换一次；。当max{San,Sbn,Scn}＝3时，Sno＝0；当max{San,Sbn,Scn}＝4时，Sno＝-1；
当min{a,b,c}＝2时，Sno＝-1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变；
当min{a,b,c}＝3时，Sno＝-1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变。
进一步地，所述步骤S106包括：根据基本作用矢量{San,Sbn,Scn}以及第四桥臂的状态Sno，利用下式：
分别得到四个桥臂的开关状态Sao、Sbo、Sco和Sno。
进一步地，所述步骤S107包括：由桥臂开关状态与功率开关管通断之间的关系，得到控制四个桥臂功率器件的开关信号；当桥臂状态为1时，桥臂上的第一功率开关器件Sj1和第二功率开关器件Sj2导通，第三功率开关器件Sj3和第四功率开关器件Sj4截止；
当桥臂状态为0时，如图2所示，第二功率开关器件Sj2和第三功率开关器件Sj3导通，第一功率开关器件Sj1和第四功率开关器件Sj4截止；当桥臂状态为-1时，第三功率开关器件Sj3和第四功率开关器件Sj4导通，第一功率开关器件Sj1和第二功率开关器件Sj2截止。本发明中功率开关器件可为晶闸管、功率场效应管MOSFET、BJT晶体管、IGBT场效应晶体管，当为N型时，高电平时，开关器件导通，低电平时，开关器件截止；当为P型时，高电平时，开关器件截止，低电平时，开关器件导通。
本发明实施例中的控制方法在大功率不平衡负载作用下，能够优化开关序列，合理选择四个桥臂开关状态，准确跟随参考电压矢量，保证开关频率最小，减小开关损耗。且系统运行中不需要坐标变换。算法简单，易于实现。
实施例二
如图3所示，本发明实施例提供了一种逆变器空间矢量控制方法，其包括以下步骤：S201将三相参考电压标幺化，并将标幺化后的数值加上一个正的常数，得到大于零的三相电压。
S202将步骤S201得到的三相电压取整，得到参考电压矢量所在小立方体的原点坐标。
S203在小立方体中，建立三个参考平面，通过比较，得到参与电压合成所需的四个基本作用矢量。
S204以相邻开关状态组合之间，只有一相的状态发生改变为原则，确定开关序列。
S205利用伏秒平衡原理，计算四个基本作用矢量占空比；S206根据步骤S202得到的原点坐标，确定第四桥臂在一个采样周期内状态变换的最少次数。
S207根据开关序列中每个作用矢量的数值，和桥臂状态的取值范围，以及步骤S206得到的第四桥臂状态变换次数，得到第四桥臂的开关状态以及状态切换的时刻。
S208根据基本作用矢量以及第四桥臂的状态，分别得到四个桥臂的开关状态。
S209由桥臂开关状态与功率开关管通断之间的关系，得到控制四个桥臂功率器件的开关信号。
下面结合具体的实例和附图对本发明做进一步详述。三电平四桥臂逆变器的拓扑结构图如图2所示，图中，Vdc为直流母线电压，a、b、c、n为四个桥臂的输出端，Sj1、Sj2、Sj3和Sj4(j＝a，b，c，n)为每个桥臂上的四个功率开关器件。
将三相参考电压vrefa、vrefb和vrefc按照下式进行变换，变换后得到的三相电压van、vbn和vcn取值区间为[0,4]：
将三相电压van、vbn和vcn的整数部分作为参考电压矢量所在小立方体的原点坐标a、b和c：
建立三个参考平面，平面方程如下：
通过与三个参考平面比较，得到参与电压合成所需的四个基本作用矢量；以相邻开关状态组合之间，只有一相的状态发生改变为原则，确定开关序列，分成以下六种情况：
①当vbn-vcn≤b-c且van-vcn≥a-c时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量以及矢量作用序列为：
a，b，c→a+1，b，c→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1
②当vbn-vcn≤b-c，van-vcn≤a-c且vbn-van≤b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b，c+1→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1
③当vbn-vcn≤b-c，van-vcn≤a-c且vbn-van≥b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b，c+1→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1
④当vbn-vcn≥b-c且van-vcn≤a-c时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b+1，c→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1
⑤当vbn-vcn≥b-c，van-vcn≥a-c且vbn-van≥b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b+1，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1
⑥当vbn-vcn≥b-c，van-vcn≥a-c且vbn-van≤b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a+1，b，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1
根据伏秒平衡原理，利用下列公式，计算四个基本作用矢量的占空比d1、d2、d3和d4：
其中，为基本作用矢量。
根据小立方体原点坐标a，b，c的取值，确定第四桥臂在一个采样周期内状态变换的最少次数，以及第四桥臂的开关状态Sno。分成以下六种情况：
①当min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}≤1时，Sno＝1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变；
②当min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}＝2时，Sno＝1和0，第四桥臂开关状态在一个采样周期内变换一次。当max{San,Sbn,Scn}＝2时，Sno＝1；当max{San,Sbn,Scn}＝3时，Sno＝0；
③当min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}≤2时，Sno＝0，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变；
④当min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}＝3时，Sno＝0和-1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内变换一次；。当max{San,Sbn,Scn}＝3时，Sno＝0；当max{San,Sbn,Scn}＝4时，Sno＝-1；
⑤当min{a,b,c}＝2时，Sno＝-1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变；
⑥当min{a,b,c}＝3时，Sno＝-1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变。
例如：当开关序列为001→011→012→112时，其满足上述的第一种情况，第四桥臂状态为1，则由四个桥臂状态组成的开关序列为：-1-101→-1001→-1011→0011，图4为一个采样周期内，四个桥臂的状态切换图。从图中可以看出，在一个采样周期内，前三个桥臂的状态各变换一次，第四桥臂状态保持不变。
当开关序列为002→102→112→113时，其满足上述的第二种情况，则由四个桥臂状态组成的开关序列为：-1-111→0-111→0011→-1-110，图5为此情况下，四个桥臂的状态切换图。从图中可以看出，在一个采样周期内，a和b相桥臂的状态各变换两次，c相桥臂状态不变，n相桥臂状态变换一次。
根据基本作用矢量{San,Sbn,Scn}以及第四桥臂的状态Sno，分别得到四个桥臂的开关状态Sao、Sbo、Sco和Sno：
由桥臂开关状态与功率开关管通断之间的关系，得到控制四个桥臂功率器件的开关信号。
当桥臂状态为1时，桥臂上的功率开关器件Sj1和Sj2导通，Sj3和Sj4截止；
当桥臂状态为0时，Sj2和Sj3导通，Sj1和Sj4截止；
当桥臂状态为-1时，Sj3和Sj4导通，Sj1和Sj2截止；
由此得到16路脉冲信号，控制四个桥臂上功率开关器件的通断，使输出电压跟随输入参考电压的变化。图6为a相参考电压波形和图7为a相输出电压的波形。从图中，可看出跟随性较好。
实施例三
如图8所示，本发明提供了一种逆变器空间矢量控制装置100，包括相电压整数值获取模块101，所述相电压整数值获取模块101用于根据相电压值，对所述相电压值取整，获取相电压整数值；基本作用矢量序列获取模块102，所述基本作用矢量序列获取模块102用于根据获取的相电压值建立参考平面，将相电压整数值与参考平面进行比较，并根据相邻开关状态组合之间，只有一相的状态发生改变为原则，获取参与电压合成所需的基本作用矢量序列；矢量占空比获取模块103，所述矢量占空比获取模块103用于利用伏秒平衡原理，计算所述基本作用矢量的占空比；参考桥臂状态变换次数获取模块104，所述参考桥臂状态变换次数获取模块104用于，根据相电压整数值，确定参考桥臂在一个采用周期内状态变换的最少次数；参考桥臂开关状态以及状态切换时刻获取模块105，所述参考桥臂开关状态以及状态切换时刻获取模块105用于根据基本作用矢量序列、桥臂状态的取值范围和参考桥臂的状态变换的最少次数，获取参考桥臂的开关状态以及状态切换的时刻；各相桥臂开关状态值获取模块106，所述各相桥臂开关状态值获取模块106用于根据基本作用矢量以及参考桥臂的状态，获取各相桥臂的开关状态值；功率器件开关信号获取模块107，所述功率器件开关信号获取模块107用于根据各相桥臂的开关状态值与功率开关通断状态的关系，获取控制各相桥臂功率器件和参考桥臂功率器件的开关信号。
进一步地，所述逆变器为三相四桥臂逆变器，所述参考桥臂为第四桥臂；所述基本作用矢量的数量四个。
进一步地，所述相电压整数值获取模块101还用于获取各相参考电压值，将各相参考电压标幺化，并将标幺化后的各相参考电压加上正常数，获得所述相电压值。所述标幺化的步骤包括，将各相参考电压值除以直流母线电压值的一半，获得标幺化后的各相参考电压，将标幺化后的各相参考电压加上2，获得各相的所述相电压值。
进一步地，所述相电压值和相电压整数值的数量为三组，所述基本作用矢量序列获取模块102还用于，根据各相的所述相电压值和各相的相电压整数值，建立三个参考平面，平面方程如下：其中van、vbn、vcn表示三相相电压值，a、b、c表示三相相电压整数值；将三相相电压整数值与所述参考平面比较获取四个基本作用矢量，过程如下：
当vbn-vcn≤b-c且van-vcn≥a-c时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量以及矢量作用序列为：a，b，c→a+1，b，c→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≤b-c，van-vcn≤a-c且vbn-van≤b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b，c+1→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≤b-c，van-vcn≤a-c且vbn-van≥b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b，c+1→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≥b-c且van-vcn≤a-c时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b+1，c→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≥b-c，van-vcn≥a-c且vbn-van≥b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b+1，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≥b-c，van-vcn≥a-c且vbn-van≤b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a+1，b，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1。
进一步地，所述矢量占空比获取模块103还用于，根据伏秒平衡原理，利用下列公式，计算四个基本作用矢量的占空比d1、d2、d3和d4：
其中，为基本作用矢量。
进一步地，所述参考桥臂状态变换次数获取模块104还用于，根据三相相电压整数值a，b，c的取值，确定第四桥臂在一个采样周期内状态变换的最少次数，以及第四桥臂的开关状态Sno，过程如下：
当min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}≤1时，Sno＝1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变；
当min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}＝2时，Sno＝1和0，第四桥臂开关状态在一个采样周期内变换一次。当max{San,Sbn,Scn}＝2时，Sno＝1；当max{San,Sbn,Scn}＝3时，Sno＝0；
当min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}≤2时，Sno＝0，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变；
当min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}＝3时，Sno＝0和-1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内变换一次；。当max{San,Sbn,Scn}＝3时，Sno＝0；当max{San,Sbn,Scn}＝4时，Sno＝-1；
当min{a,b,c}＝2时，Sno＝-1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变；
当min{a,b,c}＝3时，Sno＝-1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变。
进一步地，所述各相桥臂开关状态值获取模块106还用于根据基本作用矢量{San,Sbn,Scn}以及第四桥臂的状态Sno，利用下式：
分别得到四个桥臂的开关状态Sao、Sbo、Sco和Sno。
进一步地，所述功率器件开关信号获取模块107还用于由桥臂开关状态与功率开关管通断之间的关系，得到控制四个桥臂功率器件的开关信号；当桥臂状态为1时，桥臂上的第一功率开关器件和第二功率开关器件导通，第三功率开关器件和第四功率开关器件截止；
当桥臂状态为0时，第二功率开关器件和第三功率开关器件导通，第一功率开关器件和第四功率开关器件截止；当桥臂状态为-1时，第三功率开关器件和第四功率开关器件导通，第一功率开关器件和第二功率开关器件截止。
本发明实施例中的控制装置在大功率不平衡负载作用下，能够优化开关序列，合理选择四个桥臂开关状态，准确跟随参考电压矢量，保证开关频率最小，减小开关损耗。且系统运行中不需要坐标变换。算法简单，易于实现。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种逆变器空间矢量控制方法，其特征在于，包括，a)获取相电压值，对所述相电压值取整，获取相电压整数值；b)根据获取的相电压值建立参考平面，将相电压整数值与参考平面进行比较，并根据相邻开关状态组合之间，只有一相的状态发生改变为原则，获取参与电压合成所需的基本作用矢量序列；c)利用伏秒平衡原理，计算基本作用矢量的占空比；d)根据相电压整数值，确定参考桥臂在一个采样周期内状态变换的最少次数；e)根据基本作用矢量序列、桥臂状态的取值范围和参考桥臂的状态变换的最少次数，获取参考桥臂的开关状态以及状态切换的时刻；f)根据基本作用矢量以及参考桥臂的状态，获取各相桥臂的开关状态值；g)根据各相桥臂的开关状态值与功率开关通断状态的关系，获取控制各相桥臂功率器件和参考桥臂功率器件的开关信号。
2.如权利要求1所述的逆变器空间矢量控制方法，其特征在于，所述逆变器为三相四桥臂逆变器，所述参考桥臂为第四桥臂；所述基本作用矢量的数量四个。
3.如权利要求1或2所述的逆变器空间矢量控制方法，其特征在于，所述步骤a)中获取相电压值的步骤包括，获取各相参考电压值，将各相参考电压标幺化，并将标幺化后的各相参考电压加上正常数，获得所述相电压值。
4.如权利要求3所述的逆变器空间矢量控制方法，其特征在于，所述标幺化的步骤包括，将各相参考电压值除以直流母线电压值的一半，获得标幺化后的各相参考电压，将标幺化后的各相参考电压加上2，获得各相的所述相电压值。
5.如权利要求1或2所述的逆变器空间矢量控制方法，其特征在于，所述相电压值和相电压整数值的数量为三组，所述步骤b)包括，根据各相的所述相电压值和各相的相电压整数值，建立三个参考平面，平面方程如下：其中van、vbn、vcn表示三相相电压值，a、b、c表示三相相电压整数值；将三相相电压整数值与所述参考平面比较获取四个基本作用矢量，过程如下：当vbn-vcn≤b-c且van-vcn≥a-c时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量以及矢量作用序列为：a，b，c→a+1，b，c→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≤b-c，van-vcn≤a-c且vbn-van≤b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b，c+1→a+1，b，c+1→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≤b-c，van-vcn≤a-c且vbn-van≥b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b，c+1→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≥b-c且van-vcn≤a-c时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b+1，c→a，b+1，c+1→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≥b-c，van-vcn≥a-c且vbn-van≥b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a，b+1，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1；
当vbn-vcn≥b-c，van-vcn≥a-c且vbn-van≤b-a时，合成参考电压矢量的四个基本作用矢量，以及矢量作用序列为：
a，b，c→a+1，b，c→a+1，b+1，c→a+1，b+1，c+1。
6.如权利要求1或2所述的逆变器空间矢量控制方法，其特征在于，所述步骤c)包括：根据伏秒平衡原理，利用下列公式，计算四个基本作用矢量的占空比d1、d2、d3和d4：
其中，为基本作用矢量。
7.如权利要求2所述的逆变器空间矢量控制方法，其特征在于，所述步骤d)包括：根据三相相电压整数值a，b，c的取值，确定第四桥臂在一个采样周期内状态变换的最少次数，以及第四桥臂的开关状态Sno，过程如下：
当min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}≤1时，Sno＝1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变；
当min{a,b,c}＝0且max{a,b,c}＝2时，Sno＝1和0，第四桥臂开关状态在一个采样周期内变换一次；当max{San,Sbn,Scn}＝2时，Sno＝1；当max{San,Sbn,Scn}＝3时，Sno＝0；
当min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}≤2时，Sno＝0，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变；
当min{a,b,c}＝1且max{a,b,c}＝3时，Sno＝0和-1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内变换一次；当max{San,Sbn,Scn}＝3时，Sno＝0；当max{San,Sbn,Scn}＝4时，Sno＝-1；
当min{a,b,c}＝2时，Sno＝-1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变；
当min{a,b,c}＝3时，Sno＝-1，第四桥臂开关状态在一个采样周期内保持不变；
其中San、Sbn、Scn表示基本作用矢量的a，b，c三相分量。
8.如权利要求1或2所述的逆变器空间矢量控制方法，其特征在于，所述步骤f)包括：根据基本作用矢量{San,Sbn,Scn}以及第四桥臂的状态Sno，利用下式：
分别得到四个桥臂的开关状态Sao、Sbo、Sco和Sno。
9.如权利要求1或2所述的逆变器空间矢量控制方法，其特征在于，所述步骤g)包括：由桥臂开关状态与功率开关管通断之间的关系，得到控制四个桥臂功率器件的开关信号；当桥臂状态为1时，桥臂上的第一功率开关器件和第二功率开关器件导通，第三功率开关器件和第四功率开关器件截止；
当桥臂状态为0时，第二功率开关器件和第三功率开关器件导通，第一功率开关器件和第四功率开关器件截止；当桥臂状态为-1时，第三功率开关器件和第四功率开关器件导通，第一功率开关器件和第二功率开关器件截止。
10.一种逆变器空间矢量控制装置，其特征在于，包括：
相电压整数值获取模块，所述相电压整数值获取模块用于根据相电压值，对所述相电压值取整，获取相电压整数值；
基本作用矢量序列获取模块，所述基本作用矢量序列获取模块用于根据获取的相电压值建立参考平面，将相电压整数值与参考平面进行比较，并根据相邻开关状态组合之间，只有一相的状态发生改变为原则，获取参与电压合成所需的基本作用矢量序列；
矢量占空比获取模块，所述矢量占空比获取模块用于利用伏秒平衡原理，计算所述基本作用矢量的占空比；
参考桥臂状态变换次数获取模块，所述参考桥臂状态变换次数获取模块用于，根据相电压整数值，确定参考桥臂在一个采用周期内状态变换的最少次数；
参考桥臂开关状态以及状态切换时刻获取模块，所述参考桥臂开关状态以及状态切换时刻获取模块用于根据基本作用矢量序列、桥臂状态的取值范围和参考桥臂的状态变换的最少次数，获取参考桥臂的开关状态以及状态切换的时刻；
各相桥臂开关状态值获取模块，所述各相桥臂开关状态值获取模块用于根据基本作用矢量以及参考桥臂的状态，获取各相桥臂的开关状态值；
功率器件开关信号获取模块，所述功率器件开关信号获取模块用于根据各相桥臂的开关状态值与功率开关通断状态的关系，获取控制各相桥臂功率器件和参考桥臂功率器件的开关信号。
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