CN114977846A - Vienna整流器的空间矢量调制方法及装置、设备、存储介质 - Google Patents

Vienna整流器的空间矢量调制方法及装置、设备、存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明属于电子电力技术领域，公开了一种VIENNA整流器的空间矢量调制方法及装置、设备、存储介质，通过同时判断参考电压矢量所在的大扇区、小扇区及该大扇区发生过零点的对应相电流的角度，准确判断出该相电流所在小扇区和参考电压矢量是否在同一个小扇区，克服了误判；本发明将所有可能发生电流过零点畸变区域都进行了有效覆盖，进一步提高了控制效果；在对电流过零畸变情况进行优化处理的同时，结合七段式基于小矢量可调的VIENNA整流器中点电位振荡优化控制，对五段式调制情况下中点电位偏移进行了优化处理，因此在对电流过零畸变情况进行优化处理的同时还能综合考虑中点电位偏移的优化处理，进一步减小输入电流的谐波，提高了电能质量。

Description

VIENNA整流器的空间矢量调制方法及装置、设备、存储介质
技术领域
本发明属于电子电力技术领域，具体涉及一种VIENNA整流器的空间矢量调制方法及装置、设备、存储介质。
背景技术
随着对高电能质量的迫切需求，近年来三电平VIENNA整流器已成为国内外研究热点，其不仅可以实现输入单位功率因数校正，具有谐波小、开关损耗低和电磁干扰小等优点，且电路结构简单、开关数目少，无桥臂直通问题。但是，三电平VIENNA整流器因电感压降不可忽略，导致输入电流在过零点处发生畸变，使得输入电流中谐波含量增加，在空间矢量调制(SVM)下，VIENNA整流器输入电流过零点附近的这种畸变更加显著，随着开关频率的提高、输入滤波电感的减少这种畸变更加严重，而该畸变引入的谐波往往难以抑制。
造成电流波形畸变的根本原因就是电平矢量的误用，电平矢量的误用原因很多，例如电感值、控制延时、电流纹波、采样精度等，使得控制电压矢量的方向在某些时刻超前或滞后于电流矢量的方向，造成网侧电流过零点附近电平矢量的误用。目前改善VIENNA整流器输入电流过零点畸变的研究主要侧重于改进现有空间矢量调制方法，通过合理划分电流扇区，重新选取矢量以及编排矢量的作用顺序来避免矢量误用。
目前采取的各种改进的空间矢量调制措施存在着如下问题：(1)无法对VIENNA整流器的全部运行状态进行改善或者造成输入整流器的功率因数降低；(2)电流过零点时刻附近如何准确判断电流扇区和电压扇区是否在同一个扇区还存在一些误判，一些扇区部分区域的过零畸变没有纳入考虑范围；(3)中点电位在一个开关周期内的变化方向不可调节，使用各种改进的空间矢量调制(SVM)方法难以实现中点电位的平衡，也会加大输出电容的电压差，特别是直流端电容值较小时，这种不平衡会加剧，一些参与计算的矢量实际坐标因引入了中点电位波动值发生了偏移，如果再按照传统SVPWM步骤计算矢量作用时间和占空比，必然会产生一定误差。因此针对目前的空间矢量调制方法，如果不进行综合处理，不可避免地又会加重输入电流波形的畸变，从而增加网侧电流的谐波含量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种VIENNA整流器的空间矢量调制方法及装置、设备、存储介质，在对电流过零畸变情况进行优化处理的同时还能综合考虑中点电位偏移的优化处理，进一步减小输入电流的谐波，提高电能质量。
本发明第一方面公开一种VIENNA整流器的空间矢量调制方法，包括：
确定电压矢量空间中参考电压矢量所在的目标大扇区；
确定所述目标大扇区中所述参考电压矢量所在的目标小扇区；
当所述目标小扇区为第1、3a或4a小扇区时，判断所述目标大扇区对应的目标相电流矢量与α轴的夹角角度是否小于指定阈值；
若目标相电流矢量与α轴的夹角角度小于指定阈值，从所述目标大扇区对应的公式集合中，确定七段式矢量调制模式下距离所述目标小扇区最近的四个基本矢量及其作用时间优化公式；四个基本矢量用于合成参考电压矢量；
若目标相电流矢量与α轴的夹角角度大于或等于指定阈值，从所述目标大扇区对应的公式集合中，确定五段式矢量调制模式下距离所述目标小扇区最近的三个基本矢量及其作用时间优化公式；三个基本矢量用于合成参考电压矢量；
根据各个所述基本矢量对应的作用时间优化公式，计算各个所述基本矢量的作用时间；
根据各个所述基本矢量的作用时间，对所述VIENNA整流器进行调制。
本发明第二方面公开一种VIENNA整流器的空间矢量调制装置，包括：
大扇区确定单元，用于确定电压矢量空间中参考电压矢量所在的目标大扇区；
小扇区确定单元，用于确定所述目标大扇区中所述参考电压矢量所在的目标小扇区；
判断单元，用于在所述目标小扇区为第1、3a或4a小扇区时，判断所述目标大扇区对应的目标相电流矢量与α轴的夹角角度是否小于指定阈值；
第一矢量确定单元，用于在所述判断单元判断出目标相电流矢量与α轴的夹角角度小于指定阈值时，从所述目标大扇区对应的公式集合中，确定七段式矢量调制模式下距离所述目标小扇区最近的四个基本矢量及其作用时间优化公式；四个基本矢量用于合成参考电压矢量；
第二矢量确定单元，用于在所述判断单元判断出目标相电流矢量与α轴的夹角角度大于或等于指定阈值时，从所述目标大扇区对应的公式集合中，确定五段式矢量调制模式下距离所述目标小扇区最近的三个基本矢量及其作用时间优化公式；三个基本矢量用于合成参考电压矢量；
计算单元，用于根据各个所述基本矢量对应的作用时间优化公式，计算各个所述基本矢量的作用时间；
调制单元，用于根据各个所述基本矢量的作用时间，对所述VIENNA整流器进行调制。
本发明第三方面公开一种电子设备，包括存储有可执行程序代码的存储器以及与所述存储器耦合的处理器；所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，用于执行第一方面公开的VIENNA整流器的空间矢量调制方法。
本发明第四方面公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行第一方面公开的VIENNA整流器的空间矢量调制方法。
本发明的有益效果在于，所提供的VIENNA整流器的空间矢量调制方法及装置、设备、存储介质，通过同时判断参考电压矢量所在的大扇区、小扇区及该大扇区发生过零点的对应相电流的角度，准确判断出该相电流所在小扇区和参考电压矢量是否在同一个小扇区，从而克服了误判；此外，本发明将一些扇区部分区域(例如第I大扇区的第1小扇区某些对应θ接近30°区域)的过零畸变纳入考虑范围，对控制效果造成了影响，将所有可能发生电流过零点畸变区域都进行了有效覆盖，进一步提高了控制效果；本发明在对电流过零畸变情况进行优化处理的同时，结合七段式基于小矢量可调的VIENNA整流器中点电位振荡优化控制，对五段式调制情况下中点电位偏移进行了优化处理，因此在对电流过零畸变情况进行优化处理的同时还能综合考虑中点电位偏移的优化处理，进一步减小输入电流的谐波，提高了电能质量。
附图说明
此处的附图，示出了本发明所述技术方案的具体实例，并与具体实施方式构成说明书的一部分，用于解释本发明的技术方案、原理及效果。
除非特别说明或另有定义，不同附图中，相同的附图标记代表相同或相似的技术特征，对于相同或相似的技术特征，也可能会采用不同的附图标记进行表示。
图1是三电平VIENNA整流器的拓扑结构图；
图2是电平状态表示的三电平VIENNA整流器的空间矢量图；
图3是开关状态表示的三电平VIENNA整流器的空间矢量图；
图4是一种VIENNA整流器的空间矢量调制方法的流程图；
图5是VIENNA整流器第一大扇区有效空间电压矢量图；
图6是一种VIENNA整流器的空间矢量调制装置的结构示意图；
图7是一种电子设备的结构示意图。
附图标记说明：
601、大扇区确定单元；602、小扇区确定单元；603、判断单元；604、第一矢量确定单元；605、第二矢量确定单元；606、计算单元；607、调制单元；701、存储器；602、处理器。
具体实施方式
除非特别说明或另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在结合本发明的技术方案以现实的场景的情况下，本文所使用的所有技术和科学术语也可以具有与实现本发明的技术方案的目的相对应的含义。本文所使用的“第一、第二…”仅仅是用于对名称的区分，不代表具体的数量或顺序。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
除非特别说明或另有定义，本文所使用的“所述”、“该”为相应位置之前所提及或描述的技术特征或技术内容，该技术特征或技术内容与其所提及的技术特征或技术内容可以是相同的，也可以是相似的。
毫无疑义，与本发明的目的相违背，或者明显矛盾的技术内容或技术特征，应被排除在外。
为了便于理解本发明，下面将参照说明书附图对本发明的具体实施例进行更详细的描述。
本发明中的三电平VIENNA整流器的拓扑结构如图1所示。图1中，ea、eb、ec为电网三相电压，La＝Lb＝Lc为升压电感；C1＝C2为直流侧电容。VIENNA整流器中包括六个开关管，每个开关管承受的最大电压是输出母线电压的一半。
由于三相VIENNA整流器中每相均有3个状态：[N]、[O]、[P]，其中[P]状态(对应相开关状态为0)为电流从该相经电容C1流至中点O，[O]状态(对应相开关状态为1)状态为电流从该相直接流至中点O，[N]状态(对应相开关状态为0)为电流从中点O经电容C2流至该相，所以三相共有27种开关状态组合，对应着27个基本空间电压矢量，包括3个零矢量(实际上等效为1个零矢量)、12个小矢量、6个中矢量和6个大矢量，其中仅小矢量存在冗余矢量。在αβ两相静止坐标系上根据基本空间电压矢量与α轴的夹角，将电压矢量空间采用正三角形均匀划分为6个大扇区，6个大扇区按照逆时针方向顺序毗邻分布，分别是第I、II、III、IV、V、VI大扇区，每个大扇区又分为4个小扇区，分别命名为1，2，3，4，其中3和4为了分析方便又分别分为3a、3b、4a、4b，因此可视为每个大扇区包括6个小扇区，其空间矢量状态如图2和图3所示。
其中，所有开关状态及中点电流关系如下表1所示，由于大矢量与零矢量对中点电位不产生影响，不列入表1中。表1中各相电流以流进中点为参考正方向。
表1开关状态与中点电流对应关系
Figure BDA0003716326880000061
如图4所示，本发明实施例公开一种VIENNA整流器的空间矢量调制方法，包括以下步骤S10～S70：
S10、确定电压矢量空间中参考电压矢量所在的目标大扇区。
在采用正三角形划分为6个大扇区的电压矢量空间中，判断参考电压矢量所在大扇区。具体的，首先获取参考电压矢量在abc坐标系下的第一坐标信息，将参考电压矢量在abc坐标系下的第一坐标信息通过坐标变换方式变换成αβ两相静止坐标系下的第二坐标信息，用vα、vβ来表示，则可通过它们之间的关系来判断参考电压矢量所在的大扇区，如下表2所示。当满足表2中某一判断条件时，可判定参考电压矢量位于与该判断条件对应的大扇区。
表2大扇区判断条件
Figure BDA0003716326880000071
S20、确定目标大扇区中参考电压矢量所在的目标小扇区。
在判断出参考电压矢量所在大扇区之后，进一步判断参考电压矢量所在小扇区。首先根据参考电压矢量的第二坐标信息(即两相静止坐标信息)vα、vβ，定义三个新的变量分别为：
Figure BDA0003716326880000072
然后根据三个新的变量X、Y、Z与VIENNA整流器直流侧的电容电压、三相中点电流之间的关系，判断目标大扇区中参考电压矢量所在的目标小扇区。
本发明实施例中，以图2和图3中所示的第I大扇区为例进行判断，其他大扇区通过类似方法判断。也即，当参考电压矢量所在的目标大扇区为第I大扇区时，则参考电压矢量所在的小扇区1，2，3a，3b，4a，4b的判断如下表3所示，当满足表3中某一判断条件时，可判定参考电压矢量位于第I大扇区中与该判断条件对应的小扇区。表3中Vdc为直流侧电容电压。
表3小扇区判断条件
Figure BDA0003716326880000081
S30、当目标小扇区为第1、3a或4a小扇区时，判断目标大扇区对应的目标相电流矢量与α轴的夹角角度是否小于指定阈值。若是，执行步骤S40再转向步骤S60～S70；否则执行步骤S50～S70。
在本发明实施例中，当目标小扇区为第2、3b或4b小扇区时，直接采用七段式矢量调制模式，即从目标大扇区对应的公式集合中确定七段式矢量调制模式下距离目标小扇区最近的四个基本矢量及其作用时间优化公式；其中，四个基本矢量用于合成参考电压矢量。而当目标小扇区为第1、3a或4a小扇区时，才进一步执行步骤S30，判断目标大扇区对应的目标相电流矢量与α轴的夹角角度是否小于指定阈值。
其中，目标相电流指的是发生过零点的相电流，不同大扇区(I、II、III、IV、V、VI)对应的发生过零点的相电流不同，例如第I大扇区对应的发生过零点的相电流是b相电流，而第II大扇区对应的发生过零点的相电流是a相电流，第III大扇区对应的发生过零点的相电流是c相电流，第IV大扇区对应的发生过零点的相电流是b相电流，而第V大扇区对应的发生过零点的相电流是a相电流，第VI大扇区对应的发生过零点的相电流是c相电流。因此在其他的一些可能的实施例中，针对不同的大扇区，采用与其相对应的目标相电流矢量与α轴的夹角角度θ进行判断。
指定阈值的数值可由开发人员根据实际需求而预先设定。应当理解的是，在不同的大扇区，该指定阈值的具体数值可能也有所不同。在本发明实施例中，以第I大扇区为例进行阐述。在第I大扇区时，指定阈值应当大于或等于30°，且较接近于30°，优选采用30°，但不限于30°，还可以是对应θ接近30°区域的其它一些数值，例如31°、31.5°等。
如图5所示，当参考电压矢量Vref处于第I大扇区的小扇区1、3a或4a时，借助于软件锁相环判断参考电压矢量Vref和b相电流矢量Ib所在小扇区，如果b相电流矢量Ib与α轴的夹角角度θ小于30°，则判定参考电压矢量Vref和b相电流矢量Ib所在小扇区是同一个小扇区，就采用基于小矢量可调的VIENNA整流器中点电位振荡优化控制的七段式空间矢量调制模式；如果b相电流矢量与α轴的夹角角度θ大于或等于30°，则判定参考电压矢量Vref和b相电流矢量Ib所在小扇区不是同一个小扇区，为了消除b相电流过零点可能造成的畸变，采取五段式空间矢量调制模式，并配合此种情况下造成的中点电位偏移对参与调制的中、小矢量作用时间进行动态调整，以保持输入电流谐波最小，保证获取尽可能高的电能质量。
S40、从目标大扇区对应的公式集合中，确定七段式矢量调制模式下距离目标小扇区最近的四个基本矢量及其作用时间优化公式。
如果参考电压矢量和b相电流矢量所在小扇区是同一个小扇区，采用基于小矢量可调的VIENNA整流器中点电位振荡优化控制的七段式空间矢量调制模式。在七段式矢量调制模式下，为了最优化中点电位振荡，调整基本矢量的改变时间方式。具体的，设在每一个开关序列中流入中点电位的电流引起的中点电位波动为0，通过改变每一个开关序列中小矢量对各自的动作时长，而保持该小矢量对的总动作时长不变，其他矢量的动作时长也保持不变，依此原则调整最优化中点电位振荡。
S50、从目标大扇区对应的公式集合中，确定五段式矢量调制模式下距离目标小扇区最近的三个基本矢量及其作用时间优化公式。其中，三个基本矢量用于合成参考电压矢量。
如果参考电压矢量Vref处于小扇区1、3a或4a，且借助软件锁相环判断出b相电流矢量与α轴的夹角角度θ大于或等于30度，即参考电压矢量和b相电流矢量所在小扇区不是同一个小扇区时，采用五段式矢量调制模式，并配合此种情况下造成的中点电位偏移对参与调制的中、小矢量作用时间进行动态调整，以保持输入电流谐波最小。
在动态调整的过程中，首先按照最近矢量合成原则确定未调整前的基本矢量的作用时间。具体的，在五段式矢量调制模式下，依据参考合成矢量所在的小扇区，选择该小扇区最近的三个基本矢量，根据伏秒平衡原理求解有效基本矢量的作用时间，第I大扇区中每个小扇区内的基本矢量优化前作用时间如表4所示，其他大扇区每个小扇区间内基本矢量的作用时间类似可推。表4中M为SVPWM调制系数(调制比)，Ts为开关管周期。
表4大扇区Ⅰ中各基本矢量优化前作用时间表达式
Figure BDA0003716326880000111
基于此，本发明中在五段式矢量调制模式下对参与调制的中、小矢量的作用时间进行动态调整的具体分析如下：
理想情况下，设VIENNA整流器的直流侧电容电压为Vdc，上电容C1与下电容C2的电压各为Vdc2。如图5所示，若此时参考电压矢量Vref处于第I大扇区的第1小扇区，根据最近三矢量原则，选取基本矢量V3、V4、V6去合成Vref，基本矢量V3、V4、V6在αβ坐标系中的坐标分别为：
Figure BDA0003716326880000121
如果直流电容容值较小的时候，中点电位波动较大，此时仍然将Vdc2作为上下电容的电压进行分析与矢量计算，会有失准确性。
因此在本发明研究中，设Vc1为上电容电压，Vc2为下电容电压，则中点电位波动值ΔV可通过以下公式(1)计算：
Figure BDA0003716326880000122
小矢量V3P(开关状态POO)对应的三相桥臂中点电位分别为
Figure BDA0003716326880000123
VB＝0，VC＝0，该矢量的实际坐标为：
Figure BDA0003716326880000124
小矢量V3N(开关状态ONN)对应的三相桥臂中点电位分别为VA＝0，
Figure BDA0003716326880000125
该矢量的实际坐标为：
Figure BDA0003716326880000126
中矢量V4(开关状态PON)对应的三相桥臂中点电位为
Figure BDA0003716326880000127
Figure BDA0003716326880000128
该矢量的实际坐标为：
Figure BDA0003716326880000129
大矢量V6(开关状态PNN)对应的三相桥臂中点电位为
Figure BDA00037163268800001210
Figure BDA00037163268800001211
该矢量的实际坐标为：
Figure BDA00037163268800001212
其他矢量的实际坐标同理可推。
以
Figure BDA0003716326880000131
为基准将αβ坐标系坐标标幺化，可推得g-h坐标系下的对应坐标，如下表5所示。
表5矢量的实际坐标与理想坐标
矢量 理想情况下g-h坐标 实际g-h坐标
V<sub>0</sub> (0，0) (0,0)
V<sub>4</sub> (1，1) (1+2ΔV/V<sub>dc</sub>，1-2ΔV/V<sub>dc</sub>)
V<sub>2</sub> (0，1) (0，1-2ΔV/V<sub>dc</sub>)
V<sub>3P</sub> (1，0) (1+2ΔV/V<sub>dc</sub>，0)
V<sub>3N</sub> (1，0) (1-2ΔV/V<sub>dc</sub>，0)
V<sub>6</sub> (2，0) (2，0)
由表5可知，考虑中点电位波动后，参与运算的中、小矢量的实际坐标都发生了偏移，在考虑电流畸变采用五段式SVPWM计算矢量占空比时，一定会产生一些误差，导致输入电流波形畸变，因此有必要进行修正以改善电能质量。
设中点电位波动系数为k，则：
Figure BDA0003716326880000132
矢量占空比修正方法如下：
1)Vref在第I大扇区中第1或3a小扇区且b相电流Ib与α轴的夹角θ≥30°时
此时，为了消除b相电流过零畸变，变七段式SVPWM调制为五段式SVPWM调制，则参与调制的矢量为：V3P(POO,011)，V4(PON,010)，V2(OON,110)，V4(PON,010)，V3P(POO,011)，设五段式SVPWM调制时V3P′，V4′，V2′的作用时间分别为t'3、t'4、t'2，则依据Vref相等的原则，结合表4和表5可得：
V4·Ts[2Msin(π/3+θ)-1]+V3·Ts(1-2Msinθ)+V2·Ts[1-2Msin(π/3-θ)]
＝V4′·t4′+V3P′·t3′+V2′·t2′
t4′+t3′+t2′＝Ts
则可以推得：
Figure BDA0003716326880000141
Figure BDA0003716326880000142
t4′+t3′+t2′＝Ts (5)
求得：
Figure BDA0003716326880000143
Figure BDA0003716326880000144
2)Vref在第I大扇区中第4a小扇区且b相电流Ib与α轴的角度θ≥30°时
此时，为了消除b相电流过零畸变，变七段式SVPWM调制为五段式SVPWM调制，则参与调制的矢量为：V2(OON,110)，V0(OOO,111)，V3p(POO,011)，V0(OOO,111)，V2(OON,110)，设五段式SVPWM调制时V3P′，V2′，V0′的作用时间分别为t'3、t'2、t'0，则依据Vref相等的原则，结合表4和表5可得：
V0·Ts[1-2Msin(π/3+θ)]+V3·2TsMsin(π/3-θ)+V2·2TsMsinθ
＝V0′·t0′+V3P′·t3′+V2′·t2′
t0′+t3′+t2′＝Ts
则可以推得：
0·Ts[1-2Msin(π/3+θ)]+1·2TsMsin(π/3-θ)+0·2TsMsinθ＝0·t0′+(1+k)·t3′+0·t2′ (6)
0·Ts[1-2Msin(π/3+θ)]+0·2TsMsin(π/3-θ)+1·2TsMsinθ＝0·t0′+0·t3′+(1-k)·t2′ (7)
t0′+t3′+t2′＝Ts (8)
求得：
Figure BDA0003716326880000151
因此，采取综合消除VIENNA整流器输入电流过零点畸变及其谐波的混合调制方法后，也即采取本发明混合调制方法后，在五段式矢量调制模式和七段式矢量调制模式下第I大扇区的各小扇区的基本空间电压矢量优化后的作用时间总结，即第I大扇区对应的公式集合，如下表6所示。
表6第I大扇区各小扇区采用的矢量及其作用时间优化公式
Figure BDA0003716326880000152
Figure BDA0003716326880000161
Figure BDA0003716326880000171
Figure BDA0003716326880000181
在步骤S40中，如果已经判定参考电压矢量Vref处于第I大扇区中的小扇区1、3a或4a，且参考电压矢量Vref和b相电流矢量Ib位于同一个小扇区，则可通过上表6确定与七段式矢量调制模式、目标小扇区均对应的四个基本矢量用于合成参考电压矢量。举例来说，假设Vref处于第I大扇区中的第1小扇区，且Vref和b相电流矢量Ib位于同一个小扇区，则从表6可确定七段式矢量调制模式下距离小扇区1最近的四个基本矢量ONN、PNN、PON和POO参与合成。其组成的七段式开关序列为[ONN]-[PNN]-[PON]-[POO]-[PON]-[PNN]-[ONN]。
而在步骤S50中，如果已经判定参考电压矢量Vref处于第I大扇区中的小扇区1、3a或4a，且参考电压矢量Vref和b相电流矢量Ib不位于同一个小扇区，则可通过上表6确定与五段式矢量调制模式、目标小扇区均对应的三个基本矢量用于合成参考电压矢量。又举例来说，假设Vref处于第I大扇区中的第1小扇区，且Vref和b相电流矢量Ib不位于同一个小扇区，则从表6可确定五段式矢量调制模式下距离小扇区1最近的三个基本矢量POO、PON和OON参与合成。其组成的五段式开关序列为[POO]-[PON]-[OON]-[PON]-[POO]。
综上，在对其他大扇区依此类推之后，每个大扇区均可获得对应的各小扇区的基本空间电压矢量优化后的作用时间优化公式(即不同大扇区可推导出不同的公式集合)，并预先存储。在实际应用中，则可针对不同大扇区，从不同的公式集合中调取相应小扇区及相应矢量调制模式下的作用时间优化公式进行计算。
S60、根据各个基本矢量对应的作用时间优化公式，计算各个基本矢量的作用时间。
具体的在步骤S60中，则根据确定出来的各个基本矢量及相应的矢量调制模式，从表6中调取各个参与合成的基本矢量的作用时间优化公式，计算各个基本矢量优化后的作用时间。在表6中各基本矢量的作用时间优化公式中，各个自变量参数均可求，例如三相电流Ia、Ib、Ic、VIENNA整流器的开关管周期Ts、调制比M、对应相电流矢量与α轴的夹角角度θ、中点电位波动系数k等，其中k由公式(1)和(2)可得k＝(Vc1-Vc2)/Vdc。其中Vdc、Vc1、Vc2分别代表VIENNA整流器直流侧的电容电压、上电容电压、下电容电压。
S70、根据各个基本矢量的作用时间，对VIENNA整流器进行调制。
VIENNA整流器是脉冲宽度调变的整流器，可以接收三相交流电源，也是功率因数修正电路。步骤S70中，基于各个基本矢量优化后的作用时间，控制VIENNA整流器中各个开关管的导通及关断顺序，以使得VIENNA整流器输出相应的脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)信号。
综上所述，本发明实施例仅以第一大扇区为例进行阐述，不应认为是对本发明的限定，对于其他大扇区可依此类推。在实际应用中，亦可通过软件手段实现将其他大扇区转换成第I大扇区再进行计算。
可见实施本发明实施例提供的可综合消除VIENNA整流器输入电流过零点畸变及其谐波的混合调制方法，针对输入电流采样易受干扰的问题，采用高精度软件锁相环方法同时判断电压参考矢量Vref所在的大扇区、小扇区及该大扇区发生过零点的对应相电流的角度，准确判断出该相电流所在小扇区和电压参考矢量Vref是否在同一个小扇区，从而克服了误判；而且，判断发生电流过零点的方法简单，避免了繁杂的输出电压边界条件计算，提高了运算速度。
此外，本发明将一些扇区部分区域(例如第I大扇区的第1小扇区某些对应θ接近30°区域)的过零畸变纳入考虑范围，对控制效果造成了影响，将所有可能发生电流过零点畸变区域都进行了有效覆盖，进一步提高了控制效果。
本发明在对电流过零畸变情况进行优化处理的同时，结合七段式基于小矢量可调的VIENNA整流器中点电位振荡优化控制，对五段式调制情况下中点电位偏移进行了优化处理，因此在对电流过零畸变情况进行优化处理的同时还能综合考虑中点电位偏移的优化处理，进一步减小输入电流的谐波，提高了电能质量。
如图6所示，本发明实施例公开一种VIENNA整流器的空间矢量调制装置，包括大扇区确定单元601、小扇区确定单元602、判断单元603、第一矢量确定单元604、第二矢量确定单元605、计算单元606和调制单元607，其中，
大扇区确定单元601，用于确定电压矢量空间中参考电压矢量所在的目标大扇区；
小扇区确定单元602，用于确定目标大扇区中参考电压矢量所在的目标小扇区；
判断单元603，用于在目标小扇区为第1、3a或4a小扇区时，判断目标大扇区对应的目标相电流矢量与α轴的夹角角度是否小于指定阈值；
第一矢量确定单元604，用于在判断单元603判断出目标相电流矢量与α轴的夹角角度小于指定阈值时，从目标大扇区对应的公式集合中，确定七段式矢量调制模式下距离目标小扇区最近的四个基本矢量及其作用时间优化公式；四个基本矢量用于合成参考电压矢量；
第二矢量确定单元605，用于在判断单元603判断出目标相电流矢量与α轴的夹角角度大于或等于指定阈值时，从目标大扇区对应的公式集合中，确定五段式矢量调制模式下距离目标小扇区最近的三个基本矢量及其作用时间优化公式；三个基本矢量用于合成参考电压矢量；
计算单元606，用于根据各个基本矢量对应的作用时间优化公式，计算各个基本矢量的作用时间；
调制单元607，用于根据各个基本矢量的作用时间，对VIENNA整流器进行调制。
可选的，本VIENNA整流器的空间矢量调制装置还可以包括未图示的第三矢量确定单元，用于在目标小扇区为第2、3b或4b小扇区时，从目标大扇区对应的公式集合中，确定七段式矢量调制模式下距离目标小扇区最近的四个基本矢量及其作用时间优化公式。
如图7所示，本发明实施例公开一种电子设备，包括存储有可执行程序代码的存储器701以及与存储器701耦合的处理器702；
其中，处理器702调用存储器701中存储的可执行程序代码，执行上述各实施例中描述的VIENNA整流器的空间矢量调制方法。
本发明实施例还公开一种计算机可读存储介质，其存储计算机程序，其中，该计算机程序使得计算机执行上述各实施例中描述的VIENNA整流器的空间矢量调制方法。
以上实施例的目的，是对本发明的技术方案进行示例性的再现与推导，并以此完整的描述本发明的技术方案、目的及效果，其目的是使公众对本发明的公开内容的理解更加透彻、全面，并不以此限定本发明的保护范围。
以上实施例也并非是基于本发明的穷尽性列举，在此之外，还可以存在多个未列出的其他实施方式。在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.VIENNA整流器的空间矢量调制方法，其特征在于，包括：
确定电压矢量空间中参考电压矢量所在的目标大扇区；
确定所述目标大扇区中所述参考电压矢量所在的目标小扇区；
当所述目标小扇区为第1、3a或4a小扇区时，判断所述目标大扇区对应的目标相电流矢量与α轴的夹角角度是否小于指定阈值；
若目标相电流矢量与α轴的夹角角度小于指定阈值，从所述目标大扇区对应的公式集合中，确定七段式矢量调制模式下距离所述目标小扇区最近的四个基本矢量及其作用时间优化公式；四个基本矢量用于合成参考电压矢量；
若目标相电流矢量与α轴的夹角角度大于或等于指定阈值，从所述目标大扇区对应的公式集合中，确定五段式矢量调制模式下距离所述目标小扇区最近的三个基本矢量及其作用时间优化公式；三个基本矢量用于合成参考电压矢量；
根据各个所述基本矢量对应的作用时间优化公式，计算各个所述基本矢量的作用时间；
根据各个所述基本矢量的作用时间，对所述VIENNA整流器进行调制。
2.如权利要求1所述的VIENNA整流器的空间矢量调制方法，其特征在于，当所述参考电压矢量所在的目标大扇区为第一大扇区时，从所述目标大扇区对应的公式集合中，确定五段式矢量调制模式下距离所述目标小扇区最近的三个基本矢量及其作用时间优化公式，包括：
当所述目标小扇区为第1小扇区时，从所述第一大扇区对应的公式集合中，确定五段式矢量调制模式下距离所述目标小扇区最近的三个基本矢量为POO、PON、OON，其作用时间分别为TPOO、TPON、TOON，对应的作用时间优化公式分别为：
Figure FDA0003716326870000011
Figure FDA0003716326870000021
Figure FDA0003716326870000022
当所述目标小扇区为第3a小扇区时，从所述第一大扇区对应的公式集合中，确定五段式矢量调制模式下距离所述目标小扇区最近的三个基本矢量为POO、PON、OON，其作用时间分别为TPOO、TPON、TOON，对应的作用时间优化公式分别为：
Figure FDA0003716326870000023
Figure FDA0003716326870000024
Figure FDA0003716326870000025
当所述目标小扇区为第4a小扇区时，从所述第一大扇区对应的公式集合中，确定五段式矢量调制模式下距离所述目标小扇区最近的三个基本矢量为OON、OOO、POO，其作用时间分别为TOON、TOOO、TPOO，对应的作用时间优化公式分别为：
Figure FDA0003716326870000026
Figure FDA0003716326870000027
Figure FDA0003716326870000028
式中，Ts代表VIENNA整流器的开关管周期，M代表调制比，θ代表目标相电流矢量与α轴的夹角角度，k代表中点电位波动系数，k＝(Vc1-Vc2)/Vdc，其中Vdc、Vc1、Vc2分别代表VIENNA整流器直流侧的电容电压、上电容电压、下电容电压。
3.如权利要求1或2所述的VIENNA整流器的空间矢量调制方法，其特征在于，所述电压矢量空间包括六个大扇区，六个大扇区按照逆时针顺序毗邻分布；所述确定电压矢量空间中参考电压矢量所在的目标大扇区，包括：
获取参考电压矢量在abc坐标系下的第一坐标信息；
将所述第一坐标信息变换成αβ两相静止坐标系下的第二坐标信息，所述第二坐标信息包括vα、vβ；
当vβ＞0、
Figure FDA0003716326870000031
且
Figure FDA0003716326870000032
时，判定所述参考电压矢量所在的目标大扇区为第一大扇区；
当vβ＜0、
Figure FDA0003716326870000033
且
Figure FDA0003716326870000034
时，判定所述参考电压矢量所在的目标大扇区为第二大扇区；
当vβ＞0、
Figure FDA0003716326870000035
且
Figure FDA0003716326870000036
时，判定所述参考电压矢量所在的目标大扇区为第三大扇区；
当vβ＜0、
Figure FDA0003716326870000037
且
Figure FDA0003716326870000038
时，判定所述参考电压矢量所在的目标大扇区为第四大扇区；
当vβ＞0、
Figure FDA0003716326870000039
且
Figure FDA00037163268700000310
时，判定所述参考电压矢量所在的目标大扇区为第五大扇区；
当vβ＜0、
Figure FDA00037163268700000311
且
Figure FDA00037163268700000312
时，判定所述参考电压矢量所在的目标大扇区为第六大扇区。
4.如权利要求3所述的VIENNA整流器的空间矢量调制方法，其特征在于，每个所述大扇区包括六个小扇区，分别是第1、2、3a、3b、4a、4b小扇区；所述确定所述目标大扇区中所述参考电压矢量所在的目标小扇区，包括：
根据所述参考电压矢量的第二坐标信息，定义三个新的变量分别为
Figure FDA0003716326870000041
根据三个新的变量X、Y、Z与VIENNA整流器直流侧的电容电压、三相中点电流之间的关系，判断所述目标大扇区中所述参考电压矢量所在的目标小扇区。
5.如权利要求4所述的VIENNA整流器的空间矢量调制方法，其特征在于，当所述参考电压矢量所在的目标大扇区为第一大扇区时，所述根据三个新的变量X、Y、Z与VIENNA整流器直流侧的电容电压、三相中点电流之间的关系，判断所述目标大扇区中所述参考电压矢量所在的目标小扇区，包括：
当
Figure FDA0003716326870000042
且
Figure FDA0003716326870000043
时，判定所述参考电压矢量所在的目标小扇区为第1小扇区；
当
Figure FDA0003716326870000044
且
Figure FDA0003716326870000045
且
Figure FDA0003716326870000046
且|ia|＞|ic|＞|ib|时，判定所述参考电压矢量所在的目标小扇区为第3a小扇区；
当
Figure FDA0003716326870000047
且|ia|＞|ic|＞|ib|时，判定所述参考电压矢量所在的目标小扇区为第4a小扇区；
其中，Vdc代表VIENNA整流器直流侧的电容电压，ia、ib、ic分别代表三相中点电流。
6.如权利要求5所述的VIENNA整流器的空间矢量调制方法，其特征在于，所述方法还包括：
当
Figure FDA0003716326870000048
且
Figure FDA0003716326870000049
且
Figure FDA00037163268700000410
时，判定所述参考电压矢量所在的目标小扇区为第2小扇区；
当
Figure FDA0003716326870000051
且
Figure FDA0003716326870000052
且
Figure FDA0003716326870000053
且|ic|＞|ia|＞|ib|时，判定所述参考电压矢量所在的目标小扇区为第3b小扇区；
当
Figure FDA0003716326870000054
且|ic|＞|ia|＞|ib|时，判定所述参考电压矢量所在的目标小扇区为第4b小扇区。
7.如权利要求6所述的VIENNA整流器的空间矢量调制方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述目标小扇区为第2、3b或4b小扇区时，从所述目标大扇区对应的公式集合中，确定七段式矢量调制模式下距离所述目标小扇区最近的四个基本矢量及其作用时间优化公式。
8.VIENNA整流器的空间矢量调制装置，其特征在于，包括：
大扇区确定单元，用于确定电压矢量空间中参考电压矢量所在的目标大扇区；
小扇区确定单元，用于确定所述目标大扇区中所述参考电压矢量所在的目标小扇区；
判断单元，用于在所述目标小扇区为第1、3a或4a小扇区时，判断所述目标大扇区对应的目标相电流矢量与α轴的夹角角度是否小于指定阈值；
第一矢量确定单元，用于在所述判断单元判断出目标相电流矢量与α轴的夹角角度小于指定阈值时，从所述目标大扇区对应的公式集合中，确定七段式矢量调制模式下距离所述目标小扇区最近的四个基本矢量及其作用时间优化公式；四个基本矢量用于合成参考电压矢量；
第二矢量确定单元，用于在所述判断单元判断出目标相电流矢量与α轴的夹角角度大于或等于指定阈值时，从所述目标大扇区对应的公式集合中，确定五段式矢量调制模式下距离所述目标小扇区最近的三个基本矢量及其作用时间优化公式；三个基本矢量用于合成参考电压矢量；
计算单元，用于根据各个所述基本矢量对应的作用时间优化公式，计算各个所述基本矢量的作用时间；
调制单元，用于根据各个所述基本矢量的作用时间，对所述VIENNA整流器进行调制。
9.电子设备，其特征在于，包括存储有可执行程序代码的存储器以及与所述存储器耦合的处理器；所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，用于执行权利要求1至7任一项所述的VIENNA整流器的空间矢量调制方法。
10.计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行权利要求1至7任一项所述的VIENNA整流器的空间矢量调制方法。
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