CN111344938B - 通过空间矢量调制进行失真频谱控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过空间矢量调制来控制失真频谱的方法，该失真频谱在调制至少一个输出值的基于开关器的逆变器(306)中产生，其特征在于，对于每一个在时间上的下一开关过程测量不同的开关位置(312)，这些开关位置实现对近似跟随预定参考信号(310)的该至少一个输出值的调制；计算该参考信号(310)与该至少一个输出值之间的偏差的相应的失真频谱，该失真频谱由这些不同的开关位置(312)的相应实现方式来产生；并且选择如下开关位置且在该逆变器(306)中实现该开关位置(314)，在该开关位置中相关联的失真频谱根据预定特性是最合适的。此外提供对应的系统和对应的调制器。

Description

通过空间矢量调制进行失真频谱控制
本发明涉及用于在逆变器中借助于空间矢量调制来控制开关失真的一种方法和一种系统，尤其当逆变器在电动车辆中应用时。
在电动车辆中使用逆变器(即一般由多个半导体开关器组成的功率电子器件)来控制电动机。借助于开关器大多以正弦形调制的输出值(即输出电压或输出电流)尤其借助于脉冲宽度调制产生，该输出值也以多个相由逆变器提供，例如用于驱动三相驱动马达。为了尽可能准确地模仿正弦形，需要大量的开关切换。这在频谱中导致所谓的开关谐波，即通过开关频率导致的基本振荡和其谐波振荡，它们表现为频谱峰值以及与之相伴的高能量密度。
C.Tao，A.A.Fayed,“PWM control architecture with constant cyclefrequency hopping and phase chopping for spur-free Operation in buckregulators”,in IEEE Transactions on very large scale Integration(VLSI)Systems,21(9),1596-1607(2013)[C.Tao，A.A Fayed，“具有恒定周期跳频和相位斩波的PWM控制架构，以实现降压调节器的无杂散运行”关于超大型集成(VLSI)系统的IEEETransactions，21(9)，1596-1607(2013年)]提供介绍性的综述和用于影响频谱的方法。
从申请人的DE 10 2016 106 472 Al已知一种方法，借助于该方法将在其他情况下高开关器频率的优点和这种途径的缺点相关联。开关失真和开关损耗彼此对照地被评估并且试图使它们最小化。然而，所公开的方法是二元的调节系统，该调节系统只能用于控制单相的输出值。在此无法采用用于控制多电平系统的空间矢量调制的可能性。
以下文献全部涉及在逆变器中借助于空间矢量调制来调节开关器失真，尤其在电动车辆中的应用中。
在文献DE 10 2011 088 242 A1中，借助于空间矢量调制来合适地设定电压矢量，以补偿逆变器中没有测量相电流和/或相电压的死时间。
文献DE 10 2012 210 658 A1描述了一种方法，该方法至少在提供电流时受到逆变器内的空间矢量调制的开关器之一中避免了温度过高。
文献US 2008/0252250致力于处理逆变器中的死时间并且公开了一种方法，该方法在死时间期间将输出电压保持在限定值。
在文献US 2008/0297100 A1中涉及，当在电动机中在低(旋转)频率下产生大转矩时(这尤其是在电动机起动过程中的情况)降低逆变器电压损耗。
在文献US 2011/0012544 A1中公开了在确定电动机中的转子角度位置时降低逆变器中的开关损耗，其中为此修改脉冲宽度调制的波形。
通过在文献US 2012/0075892 A1中描述的方法也应降低电压损耗，在该方法中开关状态的控制在逆变器中进行。
在文献US 2012/0139461 A1和US 2015/0077025 A1中，逆变器的开关器通过控制单元被控制，使得降低死时间和开关器失真。
文献US 6,088,246提出在逆变器的每个输出电压的高频部分中将预定频率范围上的频谱加宽。通过逆变器产生的电磁噪声(该噪声在某些情况下也可能干扰电动机的控制)因此应在其能量密度上被削弱。
在现有技术中同样描述了用于多电平转换器的空间矢量调制方法，例如在W.Yao,H.Hu and Z.Lu,“Comparisons of Space-Vector Modulation and Carrier-BasedModulation of Multilevel Inverter”,in IEEE Transactions on Power Electronics,23(1),45-51(2008)[W.Yao,H.Hu和Z.Lu，“多电平逆变器的空间矢量调制与基于载波调制的比较”，载于IEEE Transactions on Power Electronics，23(1)，45-51(2008)]、JaeHyeong Seo,Chang Ho Choi and Dong Seok Hyun,“A new simplified space-vectorPWM method for three-level inverters”,in IEEE Transactions on PowerElectronics,16(4),545-550(2001),[Jae Hyeong Seo Chang Choi和Dong Seok Hyun，“一种新的简化的用于三电平逆变器的空间矢量PWM方法”，载于IEEE Transactions onPower Electronics，16(4)，545-550(2001)]，或还有在B.P.McGrath,D.G.Holmes andT.Lipo,“Optimized space vector switching sequences for multilevel inverters”,in IEEE Transactions on Power Electronics,18(6),1293-1301(2003)[B.P.McGrath，D.G.Holmes和T.Lipo，“用于多电平逆变器的优化空间矢量切换序列”，载于IEEETransactions on Power Electronics，第18(6)，1293-1301(2003)]中。
在此意义上重要的多电平转换器是模块化的多电平转换器MMSPC，由S.M.Goetz,A.V.Peterchev and T.Weyh,“Modular Multilevel Converter With Series andParallel Module Connectivity:Topology and Control”,in IEEE Transactions onPower Electronics,30(1),203-215(2015)[S.M.Goetz，A.V.Peterchev和T.Weyh，“具有串联和并联模块连接性的模块化多电平转换器：拓扑和控制”，载于IEEE Transactions onPower Electronics，30(1)，203-215(2015)]描述。
然而这些方法中没有一种方法能够控制或调节失真频谱。取而代之，所有这些方法在失真频谱中产生尖锐的开关谐波。
在此背景下，本发明的目的是提供一种方法，该方法公开了逆变器的输出值的调制方法，该方法利用空间矢量调制的优点并且控制失真频谱。此外本发明的目的是，提供一种用于执行这样的方法的对应系统。
为了实现上述目的，提供一种用于通过空间矢量调制来控制失真频谱的方法，该失真频谱在调制至少一个输出值的基于开关器的逆变器中产生。在此，对于每一个在时间上的下一开关过程测定不同的开关位置，这些开关位置实现对至少一个近似跟随预定参考信号的输出值的调制。此外，计算在参考信号与该至少一个输出值之间的偏差的相应的失真频谱，该失真频谱可能由这些不同的开关位置的相应实现方式来产生，并且选择如下开关位置且在逆变器中实现如下开关位置，在该开关位置中相关联的失真频谱根据预定的或预先给出的特性是最适合的，即最好地实现预定的或预先给出的特性。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，交流电流和/或交流电压的相应的相与逆变器的输出值对应。
为了保持对逆变器的开关损耗的限制，在根据本发明的方法的实施方式中，可以选择平均开关速率作为用于选择最适合开关位置的至少一个预定的特性。
在另一个实施方式中，选择属于待选择的开关位置的失真频谱作为至少一个预定的特性，该失真频谱在预定范围具有频谱空隙。这在同时地相邻地使用如下系统时尤其有重要意义，这些系统动态地改变其灵敏的频谱范围，例如执行发射器扫描(Senderdurchlauf)的汽车无线电。在此，在努力实现的失真频谱中与汽车无线电的发射器扫描并行同时运行的频谱空隙也是可设想的。以相同的方式，可以在电动车辆的所在地适用的标准(例如ISO，国家标准，CISPR限制值)导致在失真频谱中预设频谱空隙，这在某些情况下导致，在电动车辆运行时可能出现超过国家限制的情况下必须进行重新选择预定的特性。在此，电动车辆的相应的所在地可以从车载电路中经由GPS信息获得。
特性的预设(根据这些特性在实施根据本发明的方法中设定根据这些特性最适合的失真频谱)是本发明的主要优点，因为由此避免了现有技术中长久已知的系统循环变化(Systemtaktvariierung)方法，该系统循环变化影响其他的车辆系统并且使得调节复杂化。
根据本发明的方法优选由调制器实施，该调制器调制逆变器的输出值。该调制器的目的在于，将逆变器的阶跃式定量化的输出值近似地匹配连续的、至少局部正弦形的参考信号并且在此注意失真频谱的预定特性。两者都通过数值处理失真频谱来实现。在根据本发明的方法的扩展方案中，直接通过调制器产生至少一个用于逆变器的开关信号。
根据本发明的方法，在空间矢量调制的空间矢量图内测定预定数量m个矢量，这些矢量相对于参考信号的待定位在空间矢量调制的空间矢量图内的矢量位于下一相邻位置。例如，在所谓的三相两电平逆变器中一直有m＝3个矢量位于应与参考信号相关联的矢量的下一相邻位置(参考图2)。
在根据本发明方法的设计方案中，如下选择位于下一相邻位置的零矢量，使得在用于调节该零矢量所需的开关位置切换时开关损耗最小化。通常在逆变器中，尤其在桥式电路中，存在零矢量的多种等效的实现方式。例如，在两电平逆变器(参考图2)中，零矢量要么通过闭合所有所谓的低侧开关器要么替代性地通过闭合所有的所谓高侧开关器而产生。为了最小化开关损耗，将会选择从初始的开关位置出发需要最小数量的开关切换的实现方式。有利地，根据本发明还选择零矢量的如下实现方式，其中使得用于开关位置切换所需的电流最小化。
根据本发明，针对m个所测定的矢量中的每个矢量确定与参考信号的矢量的相应的差值，根据这些相应的差值以及在该至少一个输出值的矢量与来自多个直接在先的时间步长的该参考信号的矢量之间的差值来确立这些差值的时间曲线，并且将这个时间曲线与根据预定的特性设计的时间曲线在数值上进行比较(参考图3)。
在根据本发明的方法的一个变体中，时间上过去越久的差值加权就越弱，更确切地说，在时间上越远离权重就越弱。
在根据本发明的方法的设计方案中，将至少一个输出值的差值的时间曲线变换到频域中并且在频域中形成所谓的失真频谱，借助于该失真频谱来执行与根据预定的特性设计的频谱的数值比较。
在根据本发明的方法的另一设计方案中，将滤波器应用于通过向该频域中的变换而获得的失真频谱，该滤波器例如与预定的失真频谱的逆变(Inversion)相对应。如果频谱空隙例如位于预定的失真频谱中，则这个区域通过应用滤波器利用预定的失真频谱的逆变而在由上述变换获得的失真频谱中保持不变，而其他的频谱区域例如减小。
根据本发明，藉由由变换获得的失真频谱形成的范数推导出质量指标，借助于该质量指标来选择具有相关联开关位置的最适合的失真频谱并且将该失真频谱传递给逆变器，该失真频谱例如与最小的质量指标的数值相对应。
在根据本发明的方法的设计方案中，p-范数形成范数，例如p＝2，即差值的平方和的平方根。在使用2-范数(该范数与功率对应)时，根据帕萨瓦尔(Plancherel)定理，在大多数频率变换中，由于时域和频域的能量等同性，数值是完全相同的。
根据本发明，总质量指标由输出值的相应的质量指标的加和获得，例如再次通过形成p-范数。借助于该范数进而选择最适合的开关位置。
在根据本发明的方法的另一设计方案中，在所测定的矢量与参考信号的矢量之间的差值形成排他地在相空间中进行。因为换算成时域始终伴随着额外的计算能力耗费并且任何的数值运算由于最后的计算精度导致舍入误差增殖(Rundungsfehlerfortpflanzung)，限制到针对三相系统的所有输出端(例如在三相驱动马达时的三相输出)通过幅值和相的唯一相空间代表是有利的。由此也最小化了在储存先前通过实施根据本发明的方法获得的矢量的时间曲线时的存储耗费。
如上，在这个实施方式中，每个待测试的候选值i＝1,...,m也由迄今为止的时间开关曲线和一个或多个未来的步骤组成，其中然而现在相应的候选值单纯地以二维矢量表示vK,i(t)＝(A(t)，用在时间点t定量地连接到空间矢量图的点上的唯一空间矢量的幅值A(t)和相/>来描述。替代于在至少一个候选值的情况下将与预定的参考信号的偏差换算成在一个或多个相输出端处的电压或电流曲线以及随后测定失真频谱，失真频谱的估算直接在相空间中进行。首先，在时间点t+tpredict形成在候选矢量vK,i与代表参考信号的参考矢量vref之间的二维矢量偏差。这在某一具有在最近的过往中的n个时间点的窗口上发生，在该最近的过往中所有的候选值相同，或与迄今为止的开关曲线对应，或者在预测方法中在向未来的某一时间发生，其中候选值相异。参考信号通常在角坐标中与连续的矢量或在笛卡尔坐标中与/> 对应，并且映射例如具有确定频率w0的相电压或相电流的正弦曲线，从中得出相/>偏差的计算
在相空间的所有两个维度上并且针对所有时间τ执行，并且优选地通过矢量模分别在时间曲线上映射到标量函数上：
如果范数涉及2-范数，即欧几里得范数，则如上文已提及的，结果因此与功率增加对应，该功率增加由于Plancherel定理在傅里叶变换后还保持不变。
如上文描述的，根据本发明的方法从标量函数(2)通过对于某一时间曲线每个候选值与参考值的偏差借助于傅里叶变换(FT)来计算在频域中相应的相关联的失真频谱，该傅里叶变换可以在数值上作为快速傅里叶变换实现。然而，在根据本发明的方法的这个设计方式中，与逆变器的输出相的数量无关地，始终仅实施一次傅里叶变换，由此最小化计算能力耗费，这刚好对在FPGA-IC上的方法的通常实现方式是有利的。
此外，相应的频谱进而可以用预定的滤波器加权，该滤波器最后将所产生的失真的频谱曲线根据预定以不同强度放大或为了后续的评估而借助于质量指标来进行强调。例如如果寻求在预设滤波器F(w)的情况下具有最小偏差的候选值vK,i，则要计算
其中，如上文提及的，已经形成了在整个加权的失真频谱上的p-范数。在此，在选择大的p值时，尤其使在每个时间点来自加权的失真频谱中最突出的峰值进入进一步评估，即根据等式(3)进行抑制。较小的p值使加权的失真频谱的所有部分同等程度地最小化。选择p＝2在所有频率上近似地优化了加权的失真频谱的功率。
此外，在使用复杂的傅里叶变换进行范数化之前可以使用绝对值以将复数或负数缩减为其数值。
来自等式(3)中的具有最小标量值的候选值产生失真频谱，该失真频谱根据本发明的方法最接近滤波器的预定的失真频谱。对应地，那个候选值被转换成半导体的开关器信号，并且对于逆变器中的下一个开关器循环或几个开关器循环采取那个候选值作为状态。
在根据本发明的方法的设计方案的替代方案中，在傅里叶变换之前将候选矢量与参考信号或与来自等式(1)中的参考矢量的偏差在时间窗口(由在过往中以时长w直到时间t+tpredict的一部分组成)上进行积分：
借助于上文提及的傅里叶变换(FT)、借助于用依赖于频率的滤波器F(w)的加权、以及借助于在所有加权的频率部分上的p-范数，获得了用于确定针对候选矢量vK,i的质量指标的计算法则：
然而，积分导致本应在滤波器中补偿的失真部分的低通滤波，其方式为：滤波器近似与频率的逆变成比例地运行。
因此，在根据本发明的方法的替代方案的另一设计方案中，为了滤波器F(w)可以进一步与失真频谱的期望的频率曲线对应，在傅里叶变换中的时间积分与频率w逆反地加权：
常数a防止直流电部分的发散并且允许调节用于表示参考信号(电压或电流预设值)的精度。
虽然在本申请中一直反复以两电平三相逆变器为例描述根据本发明的方法，然而一般并不受限于此并且可以用于每一种多电平逆变器。尤其，可以实现在用于任何数量电平的相应多电平逆变器的空间矢量图中矢量的测定。
此外要求保护一种系统，该系统包括逆变器、电流源和/或电压源和控制该逆变器的调制器，其中该系统被设计成用于实施根据本发明的方法。
在该系统的一个实施方式中，该调制器具有至少以下模块：下一相邻模块，该下一相邻模块被设计成用于在空间矢量调制的空间矢量图内测定预定数量的矢量，这些矢量相对于参考信号的待定位在该空间矢量调制的空间矢量图内的参考矢量位于下一相邻位置；历史模块，该历史模块被设计成用于从若干在先的时间步长中的每一个时间步长形成参考矢量和该至少一个输出值的矢量的历史；以及选择模块，该选择模块被设计成用于，在使用该下一相邻模块和该历史模块的情况下选择该至少一个输出值的根据预定特性最合适的矢量。
在该系统的另一实施方式中，该选择模块针对所测定的矢量中的每一个矢量具有各自的管线(Pipeline)，其中该选择模块被设计成用于并行地处理多个管线。
此外要求保护一种调制器，该调制器被设计成用于，在使用参考信号作为输入值时，控制逆变器的开关器，并且在此实施根据本发明的方法，其中该调制器具有至少以下模块：下一相邻模块，该下一相邻模块被设计成用于在空间矢量调制的空间矢量图内测定预定数量的矢量，这些矢量相对于参考信号的待定位在该空间矢量调制的空间矢量图内的参考矢量位于下一相邻位置；历史模块，该历史模块被设计成用于从若干在先的时间步长中的每一个时间步长形成参考矢量和该至少一个输出值的矢量的历史；以及选择模块，该选择模块被设计成用于，在使用该下一相邻模块和该历史模块的情况下选择该至少一个输出值的根据预定特性最合适的矢量。
最后要求保护一种调制器，该调制器控制逆变器，该逆变器的功率电子器件使用具有宽带隙的半导体。例如，根据本发明的方法可以通过调制器来实施，以便控制逆变器，该逆变器用半导体氮化镓工作并且具有在100V范围内的电压、在30A范围内的电流和在500kHz范围内的开关速率。
本发明的其他优点和设计方案从说明书和附图得出。
不言而喻，在不脱离本发明范围的情况下，以上提到的这些特征以及仍将在以下说明的特征不仅能够在相应给出的组合中使用，而且还可以在其他组合中或者单独地使用。
图1以示意图示出控制逆变器的调制器的两个可能的任务。
图2示出用于选择矢量的下一相邻矢量的空间矢量图。
图3以示意图示出根据本发明的调制器的可能的实施方式。
图4以示意图示出根据本发明提出的调制器的用于选择输出信号的合适矢量的模块可能的实施方式。
图5示例性地示出根据本发明方法的一个实施方式的开关状态和分别相关联的失真频谱。
图6以示意图示出电动车辆移动在其中移动并且有助于预先确定失真频谱特性的环境。
图7以示意图示出根据本发明提出的调制器的用于通过纯粹地在相空间中相对于参考信号形成差值来选择合适矢量的模块的另一实施方式。
图8示例性地示出失真频谱，其中根据本发明的方法实现可调的频谱空隙。
在图1中，以示意图示出控制逆变器的调制器114和124的两个可能的任务。一方面，绘图110展示调制器114，该调制器获得至少局部正弦形的参考信号作为输入信号112，该输入信号借助于空间矢量调制与逆变器的多个定量化的输出可能性相适配，并且其输出信号116由分别定量化的、用于多个相的开关信号组成，以便控制逆变器。另一方面，绘图120展示扩展的调制器124，该调制器获得至少局部正弦形的参考信号作为输入信号122，该输入信号借助于空间矢量调制与逆变器的多个定量化的输出可能性相适配，并且其输出信号126由直接的开关信号组成，用于控制逆变器。
针对两电平逆变器的实例，图2示出用于根据本发明选择空间矢量调制的三个矢量210、212、214的空间矢量图，这些矢量示例性地位于参考信号的可能的矢量208下一相邻位置中。轴线202向右形成0或2Pi的角度并且向左形成Pi的角度。轴线204向上形成Pi/2的角度并且向下形成3Pi/2的角度。参考信号的矢量208具有幅值A和带有附图标记206的相位角空间矢量调制的相应的矢量210、212、214、216、218、220、222的结果是直接由逆变器到达所实现的开关位置。所谓的零矢量210具有特殊位置，其中逆变器中的所有开关器要么都是断开的要么都是闭合的。关于矢量212、214、216、218、220、222的其他开关位置从现有技术获得。根据本发明，关于参考信号的矢量208，在每一时间步长中测定在空间矢量图中最接近的矢量的数量m，这些矢量在所示的用于两电平逆变器的实例的六角形中由m＝3个矢量组成，这些矢量包括零矢量210和六角形相应的两个角。针对参考信号的相位角206大于0并且小于等于Pi/3的是210、212、214，在大于Pi/3并且小于等于2Pi/3之间的是210、214、216，在大于2Pi/3并且小于等于Pi之间的是210、216、218，在大于Pi并且小于等于4Pi/3之间的是210、218、220，在大于4Pi/3并且小于等于5Pi/3之间的是210、220、222，并且在大于5Pi/3并且小于等于2Pi之间的(这还对应于0度角)是210、222、212。
图3以示意图示出根据本发明的调制器的可能的实施方式。参考信号310在时间步长t由幅值A(t)和相位角组成的当前矢量/>形成了用于下一相邻模块302的输入信号，该下一相邻模块可以在空间矢量调制的空间矢量图内测定预定数量的m个矢量，m大于或等于1，这些矢量相对于参考信号的待定位在空间矢量调制的空间矢量图内的参考矢量位于下一相邻位置。所测定的m个矢量312被转发到选择模块304。此外，参考信号310的当前矢量/>被供应给保存矢量的历史模块308。此外，对于n个时间步长，n大于或1，分别在当前时间步长之前，历史模块308已经保存了参考信号的矢量值{vref(t-i)}i＝1,...,n。此外，历史模块310还预先存放了针对n个时间步长分别在当前时间步长之前选择的输出值的矢量值{vout(t-i)}i＝1,...,n。这两个数值系列作为所选择的输出值{vout(t-i)}i＝1,...,n的时间历史316和参考信号的矢量的时间历史318连同当前值{vref(t-i)}i＝0,...,n一起提供给选择模块304。现在，选择模块304在实施根据本发明的方法时执行对于当前输出值314最合适的矢量vout(t)的选择并且将该矢量或与之关联的开关位置转发给硬件306，尤其转发给逆变器。此外，对于当前输出值314选择的矢量vout(t)保存在历史模块308中。
图4以示意图示出根据本发明提出的调制器的用于选择输出信号的合适矢量的模块可能的实施方式。这m个输入矢量418源自图3的下一相邻模块302并且由这m个所测定的矢量组成，这些矢量相对于参考信号的待定位在空间矢量调制的空间矢量图内的参考矢量位于下一相邻位置。针对这m个输入矢量418中的每一个矢量，有利地存在受到并行处理的管线404、406、408、410、412、414。在相应的模块404中，存在待与相应的输入矢量相关联的相电压值，该相电压在三相两电平逆变器的实例中代表三个相中的一个相。有利地，另外的两个相在相同的管线中处理。模块402从图3中的历史模块308中连同当前值一起获得n个时间上过去的参考信号矢量值，以及n个时间上过去的输出值矢量值，将这两个数值系列转变成电压值，并且将这些值转发给差值模块406以便形成差值。与对于来自相应的模块404的输出值的相应当前电压值一起，计算了在参考信号与用于n+1个时间步长的建议输出值之间相应的差值，并且分别转发到加权模块408。这些差值在加权模块408中彼此不同地加权，该加权模块也可以任选地省略。例如可设想的是，时间上过去较久的差值比较新的、即较近的差值更弱地加权。还可设想的是，在用滤波器乘倍的差值上构成积分，并且将该积分例如相对于在实现输出值的相应矢量时在逆变器中产生的开关损耗的总和来进行加权。频率变换，优选傅里叶变换，在相应的频率变换模块410中进行。任选地在相应的滤波器模块412中将频谱滤波器应用于相应得到的频谱，该频谱滤波器例如与期望的失真频谱的逆变相对应。最后，在相应的范数模块414中将数学范数，例如p-范数，应用于经滤波的结果，该范数提供唯一的质量指标作为结果。如果考虑到多于一个相，则在范数形成中也将例如这三个相通过第二p-范数汇聚成总质量指标。所有的(总)质量指标存在于后续的评估模块416中，并且(总)质量指标具有最小值的那些原始的输入矢量418被输出420到硬件或者逆变器处。在一个替代性实施方式中，在相应的滤波器模块412中实施的频谱滤波器作为时域中的卷积、即没有在频率变换模块410中进行频率变换的情况下应用。
图5示例性地示出根据本发明方法的实施方式的开关状态和相关联的频谱。示例性选择的三相逆变器的输出510在时域512中看起来和传统的脉冲宽度调制的逆变器大体上相同。向上以伏特为单位记录电压514。然而可以在频谱范围520中(以功率密度524向上进行记录并且以kHz为单位向右记录频率522)强制产生针对性的曲线，例如几乎平坦截断的失真频谱上边缘。例如，在频谱范围520中示出的失真频谱的逆变近似地对应于矩形，该矩形在频率522中包括约10kHz至500kHz的范围和在功率密度524中包括频谱的最高峰值。
图6以示意图示出电动车辆602在其中移动并且有助于预先确定在频率612上记录的失真频谱610特性的环境。因此，例如在电动车辆602中随同携带的数据库606借助于由GPS系统608获得的位置信息提供对失真频谱特性的某些要求，这些特性从相应的国家标准得出。在电动车辆602中存在的电子设备604，例如无线电调谐器、GPS接收器或所有其中实施任何脉冲调制方法的设备，也提出对由逆变器引起的失真频谱610的要求。
图7以示意图示出根据本发明提出的调制器的用于通过纯粹地在相空间中相对于参考信号形成差值来选择合适矢量的模块的另一实施方式。这m个输入矢量702源自图3的下一相邻模块302并且由这m个所测定的候选矢量vK,i组成，这些矢量相对于参考信号的待定位在空间矢量调制的空间矢量图内的参考矢量位于下一相邻位置。针对这m个输入矢量702中的每一个矢量，有利地存在受到并行处理的管线706、708、710、712、714、718和720。在相应的模块706中，用于根据等式(1)纯粹地在相空间中形成相对于参考信号704的差值并且供应给相应的模块708，该模块对于来自时间曲线范围中的每个时间τ根据等式(2)来实施标量函数，优选矢量范数。将相应的结果710供应给频率变换712，该频率变换计算在频域中的相应的相关联的频谱714并且以预定的滤波器716用模块718加权，并且在模块720中实施p-范数之后最后供应给在模块722中根据等式(3)的质量指标确定。来自等式(3)中的具有最小标量值的候选值产生失真频谱，该失真频谱根据本发明的方法最接近滤波器的预定的失真频谱。对应地，将那个候选值作为下一开关器状态724转发到逆变器。
图8示例性地示出失真频谱，其中根据本发明的方法实现可调的频谱空隙808。在图像800中以赫兹为单位向右记录频率802，并且向上记录功率密度804，在插图810中同样如此。通过实线806在图像800以及在插图810中展示了在应用根据本发明的方法时例如应避免的在50Hz处的谱线。一般而言，通过应用根据本发明的方法可以在失真频谱中产生频谱空隙。基于频谱的动态调节，频谱空隙808还可以适应性地改变，例如在宽度上改变或在宽频谱范围上调谐。当今的车辆将例如无线电接收器的接收频率发射到各种控制装置。对应地，功率电子器件可以基于这样的信息动态地产生一个或多个频谱空隙808，并且例如在搜索发射器时动态地跟随。

Claims (20)

1.一种用于通过空间矢量调制来控制失真频谱(520，610)的方法，该失真频谱在调制至少一个输出值的基于开关器的逆变器(306)中产生，其特征在于，对于每一个在时间上的下一开关过程测量不同的开关位置，这些开关位置实现对近似跟随预定参考信号(112，122，208，310)的该至少一个输出值(510)的调制；计算该参考信号(112，122，208，310)与该至少一个输出值(510)之间的偏差的相应的失真频谱(520，610)，该失真频谱由这些不同的开关位置的相应实现来产生；并且选择如下开关位置且在该逆变器(306)中实现该开关位置，在该开关位置中相关联的失真频谱(520，610)根据预定特性是最合适的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中选择多个输出值作为交流电流和/或交流电压的多个相。
3.根据前述权利要求之一所述的方法，其中选择平均开关速率作为这些预定特性中的至少一个，以用于选择这些相应的开关位置。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中确定以下内容作为这些预定特性中的至少一个：属于待选择的开关位置的失真频谱(510，610)在预定范围内具有频谱空隙。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中使用调制器(114，124)用于调制该逆变器(306)的该至少一个输出值。
6.根据权利要求5所述的方法，其中使用调制器(114，124)作为产生用于该逆变器(306)的至少一个开关信号(126)的调制器。
7.根据权利要求5所述的方法，该方法借助于该调制器(114，124)在该空间矢量调制的空间矢量图内测定预定数量的矢量(418)，这些矢量相对于该参考信号的待定位在该空间矢量调制的空间矢量图内的矢量(208)位于下一相邻位置(210，212，214)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中位于下一相邻位置的零矢量(210)被如下选择：使得在用于调节该零矢量所需的开关位置切换时开关损耗最小化和/或使得用于该开关位置切换所需的电流最小化。
9.根据权利要求7所述的方法，其中针对这些测定的矢量(418)确定与该参考信号(112，122，208，310)的矢量的相应的差值，根据这些相应的差值以及在该至少一个输出值(510)的矢量与来自多个直接在先的时间步长的该参考信号(112，122，208，310)的矢量之间的差值来确立这些差值的时间曲线(304，406)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在这些测定的矢量(702)与该参考信号的矢量(704)之间的差值形成(706)排他地在相空间中进行。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中将该至少一个输出值(510)的时间上的差值曲线向频域中变换为失真频谱(520，610)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中将滤波器应用于通过向该频域中的变换而获得的频谱。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其中在该至少一个输出值(510)的该失真频谱(520，610)上形成的范数推导出质量指标，借助于该质量指标选择最适合的失真频谱(520，610)以及因此选择相关联的开关位置。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在多个输出值的情况下从相应的对应多个输出值的相应的质量指标的加和来获得总质量指标，并且借助于该总质量指标来选择最合适的开关位置。
15.根据权利要求1或2所述的方法，其中使用多电平逆变器作为逆变器(306)。
16.一种系统，该系统包括逆变器(306)、电流源和/或电压源和控制该逆变器(306)的调制器，其中该系统被设计成用于实施根据前述权利要求之一所述的方法。
17.根据权利要求16所述的系统，其调制器(114，124)至少具有以下模块：下一相邻模块(302)，该下一相邻模块被设计成用于在空间矢量调制的空间矢量图内测定预定数量的矢量(312)，这些矢量相对于参考信号的待定位在该空间矢量调制的空间矢量图内的参考矢量(208)位于下一相邻位置；历史模块(308)，该历史模块被设计成用于从若干在先的时间步长中的每一个时间步长形成参考矢量和该至少一个输出值的矢量的历史；以及选择模块(304)，该选择模块被设计成用于，在使用该下一相邻模块(302)和该历史模块(308)的情况下选择该至少一个输出值的最合适的矢量。
18.根据权利要求17所述的系统，其中该选择模块(304)对于这些所测定的矢量中的每个矢量具有各自的管线(404，406，408，410，412，414)并且被设计成用于并行地处理多个管线(404，406，408，410，412，414)。
19.一种调制器(114，124)，该调制器被设计成用于，在使用参考信号(112，122，208，310)作为输入值时，控制逆变器(306)的开关器，并且在此实施根据权利要求1至15的方法，其中该调制器(114，124)具有至少以下模块：下一相邻模块(302)，该下一相邻模块被设计成用于在空间矢量调制的空间矢量图内测定预定数量的矢量(312)，这些矢量相对于参考信号(310)的待定位在该空间矢量调制的空间矢量图内的参考矢量(208)位于下一相邻位置；历史模块(308)，该历史模块被设计成用于从若干在先的时间步长中的每一个时间步长形成参考矢量和该至少一个输出值的矢量的历史；以及选择模块(304)，该选择模块被设计成用于，在使用该下一相邻模块(302)和该历史模块(308)的情况下选择该输出信号的最合适的矢量。
20.根据权利要求19所述的调制器(114，124)，该调制器控制逆变器(306)，该逆变器的功率电子器件使用具有宽带隙的半导体。
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