CN111628671A - 一种三电平变流器的空间矢量调制方法及装置 - Google Patents

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吕吉炜
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Abstract

本发明涉及变流器技术领域，特别涉及一种三电平变流器的空间矢量调制方法及装置，其中方法包括：利用ABC三相坐标系下的约束矢量空间的直线对矢量空间进行分区；根据分区结果以及参考矢量在三相坐标下的投影对其定位确定所述参考矢量的位置。本发明提供的三电平变流器的空间矢量调制方法减少了扇区判断环节的计算量，从而提高调制效率。

Description

一种三电平变流器的空间矢量调制方法及装置
技术领域
本发明涉及变流器技术领域，特别涉及一种三电平变流器的空间矢量调制方法及装置。
背景技术
对于电压型逆变器而言，逆变器的输出性能主要取决于调制算法。不同于两电平逆变器的八个基本电压空间矢量，常见的三电平逆变器的基本电压空间矢量有27个，可分类为零矢量、小矢量(内六边形的顶点)、中矢量(外六边形的中点)和大矢量(外六边形的顶点)。其中，零矢量和小矢量都存在冗余(电压)矢量对。目前，三电平变流器的空间矢量调制一般由扇区判断、时间计算、时间分配等流程组成。现有的扇区判断环节的计算量较大。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新的三电平变流器的空间矢量调制方法，通过新的扇区判断方法减少计算量。
本发明提供一种三电平变流器的空间矢量调制方法，包括：
S101：利用ABC三相坐标系下的约束矢量空间的直线对矢量空间进行分区；
S102：根据分区结果以及参考矢量在三相坐标下的投影对其定位确定所述参考矢量的位置。
进一步地，步骤S1中分区的方法包括由18条直线将整个矢量空间分割成为36个不同区域，每块区域均由围成的3条直线唯一确定。
进一步地，参考矢量Vref在三相坐标系的投影分别为Va、Vb、Vc，则所述18条直线的表达式为：
Figure BDA0002549855650000021
Figure BDA0002549855650000031
其中Vdc表示直流侧母线电压。
进一步地，所述36个区域表达式如下：
Figure BDA0002549855650000032
Figure BDA0002549855650000041
Figure BDA0002549855650000051
进一步地，还包括S103：结合所述参考矢量位置与等效SVPWM的关系，在调制信号Va、Vb、Vc中有序注入预设的零序分量以生成SVPWM等效调制信号。
进一步地，步骤S103具体包括：将控制模块输出的电压矢量Vref在三相坐5标系的投影Va、Vb、Vc按照瞬时值大小进行排序，按大小得到对应的umax、umid、umin三种输出制定注入的预设的零序分量规则。
进一步地，所述预设的零序分量规则为：
Figure BDA0002549855650000052
Figure BDA0002549855650000061
其中，表中k为该区域内正负小矢量的时间占比，取值0-1之间。
进一步地，若不考虑中点平衡问题，则取k为0.5。
本发明还提供一种三电平变流器的空间矢量调制装置，包括：
分区模块，用于利用ABC三相坐标系下的约束矢量空间的直线对矢量空间进行分区；
定位模块，根据分区结果以及参考矢量在三相坐标下的投影对其定位确定所述参考矢量的位置；
进一步地，空间矢量调制装置还包括：生成模块，结合所述参考矢量位置与等效SVPWM的关系，在调制信号Va、Vb、Vc中有序注入预设的零序分量以生成SVPWM等效调制信号。
本发明提供了一种新的三电平变流器的空间矢量调制方法及装置，通过三相坐标下的直线对矢量空间进行分区，并根据分区结果和参考矢量在三相坐标下的投影来确定参考矢量的位置，减少了扇区判断环节的计算量，从而提高调制效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的三电平变流器的空间矢量调制方法流程示意图；
图2为本发明提供的空间电压矢量分区示意图；
图3为本发明提供的三电平变流器的空间矢量调制装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种三电平变流器的空间矢量调制方法，如图1所示，包括：
S101：利用ABC三相坐标系下的约束矢量空间的直线对矢量空间进行分区；
S102：根据分区结果以及参考矢量在三相坐标下的投影对其定位确定所述参考矢量的位置。
进一步地，如图2所示，步骤S1中分区的方法包括由18条直线将整个矢量空间分割成为36个不同区域，每块区域均由围成的3条直线唯一确定。通过3条直线两两相交，在平面坐标系中围出一个确定的区域。
进一步地，设参考矢量Vref在三相坐标系的投影分别为Va、Vb、Vc，则所述18条直线的表达式为：
Figure BDA0002549855650000071
Figure BDA0002549855650000081
其中Vdc表示变频器直流侧母线电压。
进一步地，所述36个区域表达式如下：
Figure BDA0002549855650000082
Figure BDA0002549855650000091
Figure BDA0002549855650000101
Figure BDA0002549855650000111
进一步地，还包括S103：结合所述参考矢量位置与等效SVPWM的关系，在调制信号、中有序注入预设的零序分量以生成SVPWM等效调制信号
进一步地，步骤S103具体包括：将控制模块输出的电压矢量Vref在三相坐标系的投影Va、Vb、Vc按照瞬时值大小进行排序，按大小得到对应的umax、umid、umin三种输出制定注入的预设的零序分量规则。
进一步地，所述预设的零序分量规则为：
区域 注入零序分量
1/13/25 -ku<sub>mid</sub>+(k-1)u<sub>max</sub>
7/19/31 -ku<sub>min</sub>+(k-1)u<sub>mid</sub>
2/14/26 -ku<sub>min</sub>+(k-1)u<sub>mid</sub>
8/20/32 -ku<sub>mid</sub>+(k-1)u<sub>max</sub>
3/9/15/21/27/33 (2k-1)-ku<sub>max</sub>+(k-1)u<sub>min</sub>
4/16/28 (k-1)-ku<sub>mid</sub>+(k-1)u<sub>min</sub>
10/22/34 k-ku<sub>max</sub>+(k-1)u<sub>mid</sub>
5/17/29 k-ku<sub>max</sub>+(k-1)u<sub>mid</sub>
11/23/35 (k-1)-ku<sub>mid</sub>+(k-1)u<sub>min</sub>
6/18/30/12/24/36 (2k-1)-ku<sub>max</sub>+(k-1)u<sub>min</sub>
其中，表中k为该区域内正负小矢量的时间占比，取值0-1之间。
进一步地，若不考虑中点平衡问题，则取k为0.5。
通过上述的方法即得到三相调制波的表达式：
Figure BDA0002549855650000121
Figure BDA0002549855650000122
Figure BDA0002549855650000123
式中，
Figure BDA0002549855650000124
为最终的等效调制波，Vx(x＝a,b,c)为控制模块的输出经过clark变换得到的三相参考电压值，Vzero为注入的调制波。
本发明还提供一种三电平变流器的空间矢量调制装置，如图3所示，包括：分区模块10，用于利用ABC三相坐标系下的约束矢量空间的直线对矢量空间进行分区；定位模块20，根据分区结果以及参考矢量在三相坐标下的投影对其定位确定所述参考矢量的位置。
进一步地，空间矢量调制装置还包括生成模块30，结合所述参考矢量位置与等效SVPWM的关系，在调制信号Va、Vb、Vc中有序注入预设的零序分量以生成SVPWM等效调制信号。
与现有技术相比，本发明提供的一种三电平变流器的空间矢量调制及装置，减少了扇区判断环节的计算量，从而实现简化调制波计算时间的效果.
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种三电平变流器的空间矢量调制方法，其特征在于：包括：
S101：利用ABC三相坐标系下的约束矢量空间的直线对矢量空间进行分区；
S102：根据分区结果以及参考矢量在三相坐标下的投影对其定位确定所述参考矢量的位置。
2.根据权利要求1所述的三电平变流器的空间矢量调制方法，其特征在于：步骤S101中分区的方法包括由18条直线将整个矢量空间分割成为36个不同区域，每块区域均由围成该区域的3条直线唯一确定。
3.根据权利要求2所述的三电平变流器的空间矢量调制方法，其特征在于：设参考矢量Vref在三相坐标系的投影分别为Va、Vb、Vc，则所述18条直线的表达式为：
Figure FDA0002549855640000011
Figure FDA0002549855640000021
其中Vdc表示直流侧母线电压。
4.根据权利要求3所述的三电平变流器的空间矢量调制方法，其特征在于：所述36个区域表达式如下：
Figure FDA0002549855640000022
Figure FDA0002549855640000031
Figure FDA0002549855640000041
5.根据权利要求1所述的三电平变流器的空间矢量调制方法，其特征在于，还包括：S103：结合所述参考矢量位置与等效SVPWM的关系，在调制信号Va、Vb、Vc中有序注入预设的零序分量以生成SVPWM等效调制信号。
6.根据权利要求5所述的三电平变流器的空间矢量调制方法，其特征在于，步骤S103具体包括：将控制模块输出的电压矢量Vref在三相坐标系的投影Va、Vb、Vc按照瞬时值大小进行排序，按大小得到对应的umax、umid、umin三种输出制定注入的预设的零序分量规则。
7.根据权利要求6所述的三电平变流器的空间矢量调制方法，其特征在于，所述预设的零序分量规则为：
区域 注入零序分量 1/13/25 -ku<sub>mid</sub>+(k-1)u<sub>max</sub> 7/19/31 -ku<sub>min</sub>+(k-1)u<sub>mid</sub> 2/14/26 -ku<sub>min</sub>+(k-1)u<sub>mid</sub> 8/20/32 -ku<sub>mid</sub>+(k-1)u<sub>max</sub> 3/9/15/21/27/33 (2k-1)-ku<sub>max</sub>+(k-1)u<sub>min</sub> 4/16/28 (k-1)-ku<sub>mid</sub>+(k-1)u<sub>min</sub> 10/22/34 k-ku<sub>max</sub>+(k-1)u<sub>mid</sub> 5/17/29 k-ku<sub>max</sub>+(k-1)u<sub>mid</sub> 11/23/35 (k-1)-ku<sub>mid</sub>+(k-1)u<sub>min</sub> 6/18/30/12/24/36 (2k-1)-ku<sub>max</sub>+(k-1)u<sub>min</sub>
其中，表中k为该区域内正负小矢量的时间占比，取值0-1之间。
8.根据权利要求7所述的三电平变流器的空间矢量调制方法，其特征在于，若不考虑中点平衡问题，则取k为0.5。
9.一种三电平变流器的空间矢量调制装置，其特征在于：包括：
分区模块，用于利用ABC三相坐标系下的约束矢量空间的直线对矢量空间进行分区；
定位模块，根据分区结果以及参考矢量在三相坐标下的投影对其定位确定所述参考矢量的位置。
10.根据权利要求9所述的三电平变流器的空间矢量调制装置，其特征在于：还包括生成模块，结合所述参考矢量位置与等效SVPWM的关系，在调制信号Va、Vb、Vc中有序注入预设的零序分量以生成SVPWM等效调制信号。
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