CN110350813A - 60°坐标系下三电平逆变器svpwm控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于多电平逆变技术领域，提供了一种60°坐标系下三电平逆变器SVPWM控制方法，具体如下：构建60°坐标系，将直角坐标系中所有矢量转换到60°坐标系；将60°坐标系逆时针旋转，形成六个大扇区；对参考电压矢量进行归一化处理；根据标幺值逻辑运算判断出参考电压矢量所在的大扇区；用Ⅰ大扇区内的矢量来表示剩余五个大扇区内的矢量；将Ⅰ大扇区分成6个小扇区，基于两根辅助线g+h＝1及g‑h＝0来判断参考电压矢量所在的位置；在60°坐标系下生成七段式PWM脉冲；基于h值和d值来确定中点电位平衡的控制策略。缩短了空间矢量脉宽调制中扇区判断和计算矢量的时间；采用滞环控制和准确控制相结合的策略来使三电平逆变器的中点电压得到稳定的控制。

Description

60°坐标系下三电平逆变器SVPWM控制方法

技术领域

本发明属于多电平逆变技术领域，提供了一种60°坐标系下三电平逆变器SVPWM控制方法。

背景技术

三电平NPC逆变器因具有器件损耗小、效率高、电压变化率小、电流谐波畸变率低等诸多优点，广泛应用于光伏发电系统、电机车牵引、电力系统动态补偿等高压大功率场合，具有重要的研究价值。空间矢量脉宽调制(SVPWM)有着易于数字实现、电压利用率高等特点，在三电平逆变器中得到广泛应用。但是直角坐标系下SVPWM算法在进行扇区判断和计算矢量作用时间中，涉及较多的三角函数运算，控制系统的计算时间长，存在软件编程复杂、执行效率低的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种60°坐标系下三电平逆变器SVPWM控制方法，减少空间矢量脉宽调制中扇区判断和计算矢量作用时间。

本发明是这样实现的，一种60°坐标系下三电平逆变器SVPWM控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、构建60°坐标系，将直角坐标系中所有矢量转换到60°坐标系下；

S2、将60°坐标系依次逆时针旋转(N-1)60°，N取值为2～6，共形成六个大扇区；

S3、对参考电压矢量进行归一化处理，使标幺值落在由六个大扇区组成的正六边形区域内；

S4、根据标幺值逻辑运算即可断出参考电压矢量所在的大扇区；

S5、用Ⅰ大扇区内的矢量来表示剩余五个大扇区内的矢量；

S6、将Ⅰ大扇区分成6个小扇区，基于两根辅助线g+h＝1及g-h＝0来判断出参考电压矢量所在的位置；

S7、计算基本矢量作用时间、矢量作用次序及时间分配，在60°坐标系下生成七段式PWM脉冲；

S8、基于切换点h值和滞环控制中环宽d值来确定中点电位平衡的控制策略，

进一步的，当h＝0时，中点电位平衡采用滞环控制；当h≥d时，中点电位平衡采用准确控制；当h＜d时,中点电位平衡采用滞环控制和准确控制的综合控制策略。

进一步的，Ⅱ～Ⅵ大扇区内的矢量通过坐标旋转模型映射到Ⅰ大扇区内，其坐标旋转模型具体如下：

其中，N为大扇区号，取值为Ⅰ～Ⅵ，分别表示在g、h轴上的投影，为N大扇区内的参考电压矢量。

进一步的，所述步骤4具体包括如下步骤：

将标幺值进行逻辑与运算；

若逻辑与运算的运算结果大于零，且标幺值均大于零，则参考电压矢量在Ⅰ大扇区，若逻辑与运算的运算结果大于零，且标幺值均小于零，则参考电压矢量在Ⅳ大扇区，若逻辑与运算的运算结果小于零，则进行的逻辑加运算，基于逻辑加运算后的数值与零进行比较，基于比较结果来判断标幺值所在大扇区。

本发明提供的60°坐标系下三电平逆变器SVPWM控制方法具有如下有益效果：

1.缩短了空间矢量脉宽调制中扇区判断和计算矢量的时间，且简化计算流程；

2.在控制中点电位平衡时，采用滞环控制和准确控制相结合的控制策略，使三电平逆变器的中点电压得到稳定的控制。

附图说明

图1为本发明实施例提供的60°坐标系下三电平逆变器SVPWM控制方法流程图；

图2为本发明实施例提供的直角坐标系到60°坐标系变换示意图；

图3为本发明实施例提供的60°坐标系下三电平逆变器空间矢量图；

图4为本发明实施例提供的60°坐标系下大扇区划分示意图；

图5为本发明实施例提供的Ⅰ大扇区的小扇区划分示意图；

图6为本发明实施例提供的滞环控制和准确控制复合控制策略的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明实施例提供的60°坐标系下三电平逆变器SVPWM控制方法流程图，该方法具体包括如下步骤：

S1、构建60°坐标系，将直角坐标系中所有矢量转换到60°坐标系下；

如图1所示，60°坐标系为g-h坐标系，直角坐标系为α-β坐标系，g轴与α轴重合，g轴逆时针旋转60°形成h轴，将α-β坐标系下的所有矢量转换到g-h坐标系下，假定参考电压V_ref在α-β坐标系中的坐标为(V_α，V_β)，在g-h坐标系中为(V_g，V_h)，则两个坐标系间的变换公式为：

S2、将60°坐标系依次逆时针旋转(N-1)60°，N取值为2～6，共形成六个大扇区，分别称为Ⅰ大扇区，Ⅱ大扇区，Ⅲ大扇区，Ⅳ大扇区，Ⅴ大扇区及Ⅵ大扇区，其中，Ⅰ大扇区即为g-h坐标系，剩余的五个大扇区由Ⅰ大扇区旋转所得，对参考电压矢量进行归一化处理，使标幺值落在由六个大扇区组成的六边形区域内；

假设六边形中心点到六边形区域内(包括边界)的最大值为V_max，将参考电压矢量除以V_max/2(小矢量)，就可实现所有电压矢量归一化，经过标幺变换公式：基准值U为三相电压的有效值，可以将所有坐标变换矢量实现归一化；

S3、根据标幺值逻辑运算及比较即可断出参考电压矢量所在的大扇区；

表一参考电压矢量-大扇区映射表

将标幺值进行逻辑与运算；

若逻辑与运算的运算结果大于零，且标幺值均大于零，则参考电压矢量在Ⅰ大扇区，若逻辑与运算的运算结果大于零，且标幺值均小于零，则参考电压矢量在Ⅳ大扇区，若逻辑与运算的运算结果小于零，则进行的逻辑加运算，基于逻辑加运算后的数值与零进行比较，基于表一来判断标幺值所在大扇区。

S4、用Ⅰ大扇区内的矢量来表示剩余五个大扇区内的矢量，其坐标旋转模型具体如下：

其中，N为大扇区号，取值为Ⅰ～Ⅵ，分别表示在g、h轴上的投影，为N大扇区内的参考电压矢量。

将Ⅱ～Ⅵ大扇区通过顺指针旋转(N-1)60°到Ⅰ大扇区，大大的缩短了计算量，通过此方法可以用Ⅰ大扇区内的矢量来表示其余5个大扇区内的矢量。

S5、基于两根辅助线g+h＝1及g-h＝0来判断出参考电压矢量所在的小扇区，其判断方法具体如下：

基于辅助线h＝1、g＝1、g+h＝1及g-h＝0将Ⅰ大扇区分成6个小扇区，具体通过与1的大小比较，结合与1的大小比较和与0的大小比较，可以通过表二判断位于第几小扇区，再根据最近三矢量原则就可以算出各矢量的作用时间；

表二参考电压矢量-小扇区映射表

S6、以参考电压所在小扇区三个顶点构成的基本矢量作用时间及时间分配，在60°坐标系下生成七段式PWM脉冲；

根据伏秒平衡原理式中V_x、V_y、V_z代表三电平中任一基本电压矢量，T_x、T_y、T_z分别为V_x、V_y、V_z在一个周期中的作用时间。在采样周期内可以用三个基本矢量来合成参考电压矢量V_ref；

S7、基于切换点h值和滞环控制中环宽d值来确定中点电位平衡的控制策略；其中切换点h值和滞环控制中环宽d值的选取要综合考虑很多因素，比如调制度的影响，中点电位的波动幅度，功率因数，及开关损耗等，一般取5≤d＜10,2≤h≤5时中点控制效果比较理想。

当h＝0时，中点电位平衡采用滞环控制；当h≥d时，中点电位平衡采用准确控制；当h＜d时,中点电位平衡采用滞环控制和准确控制的综合控制策略，综合控制策略具体是指：若－h≤V_offset≤h，则使用准确控制方法来控制中点电位平衡；若V_offset﹤－h，或V_offset＞h，则使用滞环控制方法来控制中点电位平衡(注：V_offset＝V_c1-V_c2)；

滞环控制的思想是对中点电位设置一定的滞环区间[-d,d]，中点电位超出该区间时，根据偏移方向通过调整正负小矢量的作用时间来平衡中点电位。加入调节时间因子k，根据检测到的直流侧电容电压V_c1和V_c2的调整时间因子k，可以使中点电压偏移减小，为了防止电压幅值跳变设定调节因子范围0.25≤k≤0.75。

准确控制是设直流侧电容电压的偏差为：V_offset＝V_c1-V_c2，这时流进中点的电荷量为：式中C_dc为直流侧电容值；V_c1，V_c2分别为上，下直流母线电容上的电压，可以推导出两对冗余小矢量的作用时间调节因子k，当参考电压位于1小扇区、2小扇区、3小扇区、及4小扇区要考虑中电电流极性选取原则为：当小矢量流进中点电流的极性相同极性相反时(注：t_a，t_b分别为冗余正负小矢量作用时间，i_a，i_c分别为冗余小矢量流入中点电流的大小)

本发明提供的60°坐标系下三电平逆变器SVPWM控制方法具有如下有益效果：

1.缩短了空间矢量脉宽调制中扇区判断和计算矢量的时间，且简化计算流程；

2.在控制中点电位平衡时，采用滞环控制和准确控制相结合的控制策略，使三电平逆变器的中点电压得到稳定的控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种60°坐标系下三电平逆变器SVPWM控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、构建60°坐标系，将直角坐标系中所有矢量转换到60°坐标系下；

S2、将60°坐标系依次逆时针旋转(N-1)60°，N取值为2～6，共形成六个大扇区；

S3、对参考电压矢量进行归一化处理，标幺值落在由六个大扇区组成的正六边形区域内；

S4、对标幺值V_g ^*、V_h ^*逻辑运算，判断出参考电压矢量所在的大扇区；

S5、将Ⅱ～Ⅵ大扇区内的矢量映射到Ⅰ大扇区内；

S6、将Ⅰ大扇区分成6个小扇区，基于两根辅助线g+h＝1及g-h＝0来判断出参考电压矢量所在的小扇区；

S7、计算参考电压所在小扇区基本矢量的作用时间、作用次序及时间分配，在60°坐标系下生成七段式PWM脉冲；

S8、基于切换点h值和滞环控制中环宽d值来确定中点电位平衡的控制策略。

2.如权利要1所述60°坐标系下三电平逆变器SVPWM控制方法，其特征在于，当h＝0时，中点电位平衡采用滞环控制；当h≥d时，中点电位平衡采用准确控制；当h＜d时,中点电位平衡采用滞环控制和准确控制的综合控制策略。

3.如权利要1所述60°坐标系下三电平逆变器SVPWM控制方法，其特征在于，Ⅱ～Ⅵ大扇区内的矢量通过坐标旋转模型映射到Ⅰ大扇区内，其坐标旋转模型具体如下：

其中，N为大扇区号，取值为Ⅰ～Ⅵ，分别表示在g、h轴上的投影，为N大扇区内的参考电压矢量。

4.如权利要1所述60°坐标系下三电平逆变器SVPWM控制方法，其特征在于，所述步骤4具体包括如下步骤：

将标幺值 进行逻辑与运算；

若逻辑与运算的运算结果大于零，且标幺值 均大于零，则参考电压矢量在Ⅰ大扇区，若逻辑与运算的运算结果大于零，且标幺值 均小于零，则参考电压矢量在Ⅳ大扇区，若逻辑与运算的运算结果小于零，则进行的逻辑加运算，基于逻辑加运算后的数值与零进行比较，基于比较结果来判断标幺值 所在大扇区。