CN117478110B - 一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制方法、系统及设备 - Google Patents
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Abstract
一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制方法、系统及设备，其适用于三电平电路，包括基于虚拟斩波的调制策略与中点电压平衡控制策略；所述基于虚拟斩波的调制策略中，首先设开关函数来确定每相的开关序列类型，然后确定基准电压矢量的开关序列及作用时间，最后通过对开关序列重新计算虚拟斩波调制策略的占空比，获得新的开关序列；中点电压平衡控制策略中通过调节冗余小矢量的作用时间来实现中点电压平衡；在应用中，虚拟斩波调制策略可以有效地减小调制算法的复杂运算，并采用调节冗余小矢量实现中点平衡控制，有效减少了输出电压的谐波含量和交流纹波，提高了调制策略的计算效率。因此，本发明不仅逻辑简单，并且实现了中点电位平衡。
Description
技术领域
本发明涉及一种脉宽调制手段，属于信号控制方法领域，尤其涉及一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制方法、系统及设备。
背景技术
三电平变换器的空间矢量脉宽调制有27个基本矢量，在合成矢量时复杂度较高，限制了该算法的应用范围，且三电平变换器有中点电压不平衡的固有问题，从而导致变换器的输出电压谐波高，三相输出不对称，因此简化脉宽调制方法的设计尤为重要。
传统的适用于三电平变换器的简化空间矢量脉宽调制方法，主要是将三电平空间矢量平面转化为两电平空间矢量平面、采用非正交坐标系、零序电压注入，前者需要进行扇区判断的运算和矢量作用时间的计算，采用非正交坐标系无需三角函数运算，即可确定非正交坐标系下的基本矢量及作用时间，最后转换回正交坐标系，但后续还需要对基本矢量进行排序，这部分逻辑较为复杂，而后者零序电压注入不便于中点电压平衡控制。因此，亟需一种调制方法来解决现有技术中的逻辑复杂，且中点电位不平衡的问题。
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的上述缺陷与问题，提供一种逻辑简单，并且可以实现中点电位平衡的一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制方法、系统及设备。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制方法，所述调制方法适用于三电平电路，其具体包括：基于虚拟斩波的调制方法与中点电压平衡控制方法；
所述基于虚拟斩波的调制方法包括：首先设开关函数来确定每相的开关序列类型，然后基于开关序列类型，确定基准电压矢量的开关序列及作用时间，最后对开关序列重新计算虚拟斩波调制方法的占空比，获得新的开关序列；
所述中点电压平衡控制方法是指：通过调节冗余小矢量的作用时间来实现中点电压平衡。
所述设开关函数来确定每相的开关序列类型，包括：
S1、根据三电平电路的开关状态，将其对应的基本矢量组成空间矢量图；所述空间矢量图包括零矢量、小矢量、中矢量和大矢量；
S2、将三电平电路的三相输出电压合并为静止复平面的一个参考电压矢量，其表达式如下：
；
其中：、/>、/>分别为三电平电路输出的三相电压；/>为旋转因子；/>为自然常数；
S3、设开关函数来反映每相的电平；所述每相的开关函数的计算式如下：
；
S4、将基本矢量的作用时间顺序统一为从小矢量的正方向开始，则单相的开关序列类型包括以下：
。
所述基于开关序列类型，确定基准电压矢量的开关序列及作用时间，包括：
S5、选取与参考电压矢量同角度的基本矢量作为基准电压矢量/>；
S6、设基准电压矢量在a、b、c三相的分量为/>，以小矢量的模作为标幺值，计算获得小矢量、中矢量、大矢量的标幺值分别为1、/>和2；
S7、进行分析可知，所述开关序列包括以下任意一种或任意组合：
第一种：若不小于1，且中矢量和大矢量中Z相均为1，则Z相的开关序列恒为1，即Z相开关函数类型为/>，且开关函数/>的时间为0；
第二种：若位于/>，且中矢量中Z相为0，大矢量中Z相为1，则Z相开关函数类型为/>，且开关函数/>的时间等于中矢量的作用时间，即/>；
第三种：若位于/>，且中矢量中Z相为0，大矢量中Z相为-1，则Z相开关函数类型为/>，且开关函数/>的时间等于大矢量的作用时间，即；
第四种：若不大于-1，且中矢量和大矢量中Z相均为-1，则Z相的开关序列恒为-1，即Z相开关函数/>的时间为1；
上述四种开关序列中：a、b、c三相中，最大值的对应相为第一种，最小值的对应相为第四种，中间值的对应相为第二种或第三种；
S8、通过计算式计算参考电压矢量在a、b、c轴上的分量，并根据分量的幅值大小即可确定基准电压矢量/>在各相的开关序列；所述计算式如下：
；
其中：、/>、/>分别为/>在a、b、c轴上的分量，/>为/>在固定直角坐标系/>轴上的分量，/>为/>在固定直角坐标系/>轴上的分量。
所述步骤S7中，所述中间值对应相为第二种或第三种时，还需要计算大矢量和中矢量的作用时间，获得其开关序列；所述计算步骤如下：
S71、将基准电压矢量在a、b、c轴上的分量设为/>，对其在三相的幅值大小进行排序，若基准电压矢量/>在Z轴的分量为中间值，则根据以下计算式计算参考电压矢量/>在于Z轴垂直方向的投影幅值/>；所述计算式如下：
；
S72、设基准电压矢量在Z轴垂直方向分量的模为/>，根据以下计算式计算获得作用时间，则大矢量的作用时间为/>，中矢量的作用时间为/>；
所述计算式如下：
；
S73、通过与作用时间确定合成基准电压矢量/>，确认基准电压矢量/>的开关序列；
。
所述对开关序列重新计算虚拟斩波调制方法的占空比，是指：
用占空比为的PWM波对基准电压矢量/>的开关序列斩波，重新进行排列以形成新的开关序列；其表达式如下：
；
其中：为参考电压矢量，/>为基准电压矢量。
所述通过调节冗余小矢量的时间来实现中点电压平衡是指：
将基本矢量的作用时间顺序统一为从小矢量的正方向开始，对单相的开关序列类型进行限制；限制类型如下：
；
其中：为单相的开关序列类型的开关函数。
所述中点电压平衡控制方法还包括：根据上侧电容电压的大小，对小矢量的正方向和小矢量的负方向的作用时间进行调节，来实现中点电压平衡，其包括以下任意一种或任意组合：
第一种：若上侧电容的电压小，则需要减小小矢量的正方向的作用时间，并增加小矢量的负方向的作用时间；相应的，则开关序列中中点电平的作用时间均增加；
第二种：若上侧电容的电压大，则需要增大小矢量的正方向的作用时间，并减小小矢量的负方向的作用时间，相应的，则开关序列中中点电平的作用时间均减小。
一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制系统，包括：
调制方法生成单元，用于设开关函数来确定每相的开关序列类型，并基于开关序列类型，确定基准电压矢量的开关序列及作用时间，对开关序列重新计算虚拟斩波调制方法的占空比获得新的开关序列，生成基于虚拟斩波的调制方法；
控制方法生成单元，用于通过调节冗余小矢量的作用时间，生成中点电压平衡的控制方法。
所述调制方法生成单元包括：
开关序列类型确认单元，用于设开关函数来确定每相的开关序列类型；
开关序列及作用时间获取单元，用于基于开关序列类型，确定基准电压矢量的开关序列及作用时间；
虚拟斩波调制单元，用于通过PWM波对开关序列重新计算虚拟斩波调制方法的占空比，获得新的开关序列。
一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制设备，所述设备包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述计算机程序代码中的指令执行所述的基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制方法、系统及设备中，其适用于三电平电路，包括基于虚拟斩波的调制方法与中点电压平衡控制方法；所述基于虚拟斩波的调制方法中，首先设开关函数来确定每相的开关序列类型，然后基于开关序列类型，确定基准电压矢量的开关序列及作用时间，最后对开关序列重新计算虚拟斩波调制方法的占空比，获得新的开关序列；中点电压平衡控制方法中通过调节冗余小矢量的作用时间来实现中点电压平衡；本设计在应用中，采用了虚拟斩波调制方法可以有效地减小调制算法的复杂运算，并采用调节冗余小矢量实现中点平衡控制，有效减少了输出电压的谐波含量和交流纹波，提高了调制方法的计算效率。因此，本发明不仅逻辑简单，并且实现了中点电位平衡。
附图说明
图1是本发明的虚拟斩波调制方法流程示意图。
图2是本发明中实施例1的T型三电平变换器及空间矢量原理图。
图3是本发明中实施例1的开关序列原理图。
图4是本发明中实施例1的参考电压矢量和基准矢量的几何关系原理图。
图5是本发明中实施例1的虚拟斩波原理图。
图6是本发明中实施例1的参考电压矢量所在区域细分原理图。
图7是本发明中实施例1的细分区域的三相开关序列原理图。
图8是本发明中实施例1的线路电压和三相电流波形图。
图9是本发明中的脉宽调制系统的结构示意图。
图10是本发明中的调制方法生成单元的结构示意图。
图11是本发明中的脉宽调制设备的结构示意图。
图中：调制方法生成单元1、开关序列类型确认单元11、开关序列及作用时间获取单元12、虚拟斩波调制单元13、控制方法生成单元2、处理器3、存储器4、计算机程序代码41。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
参见图1-图8，一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制方法，所述调制方法适用于三电平电路，其具体包括：基于虚拟斩波的调制方法与中点电压平衡控制方法；
如图2所示，三电平变换器的T型中点钳位型逆变器由12个IGBT、12个二极管和直流侧两组分压电容组成，交流侧的端电压分为三类，因此共有27种开关状态。
三相三电平电路根据27种开关状态，将其对应的27个基本矢量组成空间矢量图，可以分为零矢量、小矢量、中矢量和大矢量，这些空间矢量对应的幅值分别为0，，，/>；其中小矢量对逆变器的中点电压会产生影响，通过调节小矢量来平衡直流母线中点电压。
首先，将三电平电路的三相输出电压合并为静止复平面的一个参考电压矢量，其表达式如下：
；
其中：、/>、/>分别为三电平电路输出的三相电压；/>为旋转因子；/>为自然常数；
由于三电平逆变器的开关管和/>互补导通，/>和/>互补导通，因此，可以设开关函数来反映每相的电平；所述每相的开关函数/>的计算式如下：
；
三电平变换器的传统SVPWM调制方法包括判断扇区及最近三个基本矢量、计算矢量作用时间、确定合适的矢量作用序列，该方法基于伏秒定理，对于参考电压矢量，通过定义三个基本矢量为/>、/>、/>，并通过下式计算求解作用时间；
；
其中：、/>、/>分别为三个基本矢量的作用时间，/>为PWM开关周期；
如图3所示，通过七段式方法，将、/>、/>组成合适的开关序列，将基本矢量的作用时间顺序统一为从小矢量的正方向开始，则单相的开关序列类型包括以下两种：
；
如图4所示，为快速地得到参考电压矢量的开关序列，首先选取与参考电压矢量/>同角度的基本矢量作为基准电压矢量/>；所述基准电压矢量/>位于由27个基本矢量所组成的大六边形的边界内，其与参考电压矢量的角度相同，但幅值不同。
由基准电压矢量所在三角形顶点的小矢量、中矢量和大矢量合成可以得到基准电压矢量/>，且其小矢量的作用时间为0。
然后，设基准电压矢量在a、b、c三相的分量为/>，以小矢量的模作为标幺值，通过标幺值计算式/>，计算获得小矢量、中矢量、大矢量的标幺值分别为1、/>和2；
对其进行分析可知，所述开关序列包括以下任意一种或任意组合：
第一种：若不小于1，且中矢量和大矢量中Z相均为1，则Z相的开关序列恒为1，即Z相开关函数类型为/>，且开关函数/>的时间为0；
第二种：若位于/>，且中矢量中Z相为0，大矢量中Z相为1，则Z相开关函数类型为/>，且开关函数/>的时间等于中矢量的作用时间，即/>；
第三种：若位于/>，且中矢量中Z相为0，大矢量中Z相为-1，则Z相开关函数类型为/>，且开关函数/>的时间等于大矢量的作用时间，即；
第四种：若不大于-1，且中矢量和大矢量中Z相均为-1，则Z相的开关序列恒为-1，即Z相开关函数/>的时间为1；
其中：a、b、c三相中，仅一相为第一种，仅一相为第四种，剩余一相为第二种或第三种；即最大值的对应相为第一种，最小值的对应相为第四种，中间值的对应相为第二种或第三种；
基准电压矢量在a、b、c轴分量与对应的参考电压矢量/>轴分量的大小关系是相同的，因此，通过计算式计算参考电压矢量/>在a、b、c轴上的分量，并根据分量的幅值大小即可确定基准电压矢量/>在各相的开关序列，参考电压矢量/>在三相坐标系下的分量和在固定直角坐标系下的分量可互相转换；所述计算式如下：
；
其中：、/>、/>分别为/>在a、b、c轴上的分量，/>为/>在固定直角坐标系/>轴上的分量，/>为/>在固定直角坐标系/>轴上的分量。
进一步的，由于基准电压矢量的其中一相的开关序列为第二种或第三种，还需计算大矢量和中矢量的作用时间才能得到其开关序列；
将基准电压矢量在a、b、c轴上的分量设为/>，对/>、/>、/>的幅值大小进行排序，若基准电压矢量/>在Z轴的分量为中间值，则根据以下计算式计算参考电压矢量/>在于Z轴垂直方向的分量的模/>；所述计算式如下：
；
然后，计算可得知基准电压矢量在Z轴垂直方向分量的模为/>，根据以下计算式计算获得作用时间，则大矢量的作用时间为/>，中矢量的作用时间为/>，将二者合成即可获得基准电压矢量/>。
所述计算式如下：
；
如图4所示，以a轴分量为中间值为例，根据上述两个计算式计算获得，合成时，大矢量和中矢量的作用时间分别为/>、/>。
如图5所示，将基准电压矢量的开关序列进行虚拟斩波得到所求的参考电压矢量/>的开关序列，计算虚拟斩波调制方法的占空比；其计算式如下：
；
；
其中：为参考电压矢量，/>为基准电压矢量。
如图5所示，若已知的基准电压矢量的开关序列为图5中的（a），则参考电压矢量/>对应的开关序列的计算步骤如下：
首先，采用占空比为m的PWM波对图5中的(a)虚拟斩波得到图5中的(c)，然后，对于各相，将图5中的(c)中相同的开关状态进行组合，并排列成与图5中的(a)相同的序列类型，获得图5中的(d)，即参考电压矢量对应的开关序列。
在图5中的(d)中，A相中状态1的时间为，B相中状态1和C相中状态/>的时间均为/>。
如图6所示，设参考电压矢量位于该区域内，其三相开关序列类型可以图7中的（a）表示。
如图7所示，通过计算和/>可得到准确的三相开关序列；当参考电压矢量/>位于图6中的区域①时，则/>、/>和/>的大小关系如下：
；
此时，三相开关序列可具体化为图6中的(b)，基本矢量作用序列如下：；
其中：的作用时间为/>，/>的作用时间为/>，/>的作用时间为/>；冗余小矢量/>与/>的作用时间不是相同的，而正小矢量和负小矢量的总作用时间相同。
三电平SVPWM调制通过调节冗余小矢量的时间来实现中点电压平衡，该方法同样适用于虚拟斩波的调制方法；
本技术方案中，通过将基本矢量的作用时间顺序统一为从小矢量的正方向开始，对单相的开关序列类型进行限制来实现中点电压平衡，如图2所示；限制类型如下：
；
其中：为单相的开关序列类型的开关函数。
进一步的，根据上侧电容电压的大小，对小矢量的正方向和小矢量的负方向的作用时间进行调节，来实现中点电压平衡，其包括以下任意一种或任意组合：
第一种：若上侧电容的电压小，则需要减小小矢量的正方向的作用时间，并增加小矢量的负方向的作用时间；相应的，则开关序列中中点电平的作用时间均增加；
第二种：若上侧电容的电压大，则需要增大小矢量的正方向的作用时间，并减小小矢量的负方向的作用时间，相应的，则开关序列中中点电平的作用时间均减小。
对实施例1的调制方法有效性进行了验证。
如图8所示，T型三电平变流器的直流侧采用100V电压，负载侧采用3个10Ω电阻；采用相对较高的20kHz频率，减小电流纹波幅值，具有较好的控制精度和动态性能。
如图8所示，图8显示了在调制系数M分别为0.5、0.75和1时，本技术方案调制方法的实验结果。
如图8中的(a)所示，在M=0.5的低调制指数下，由于参考电压矢量位于图1中的(b)中间亚六边形的子扇区，线电压具有与两电平SVPWM相同的两级电压值(0和±Vdc/2)。
当M增加到图8中的(c)和图8中的(e)中的0.75和1时，线电压有三个电压等级(0，±Vdc/2，和±Vdc)。
从图8中的(b)、(d)和(f)可以看出，电流幅值随着M的增大而增大，电流的总谐波失真(THD)甚至逐渐减小，而且不会发生过调制现象，验证了本技术方案调制方法的有效性。
实施例2：
参见图9，一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制系统，包括：
调制方法生成单元1，用于生成基于虚拟斩波的调制方法；
进一步的，所述调制方法生成单元1用于通过以下步骤生成基于虚拟斩波的调制方法；
首先设开关函数来确定每相的开关序列类型，然后基于开关序列类型，确定基准电压矢量的开关序列及作用时间，最后通过PWM波对开关序列重新计算虚拟斩波调制方法的占空比，获得新的开关序列；
进一步的，所述设开关函数来确定每相的开关序列类型，包括：
首先，根据三电平电路的开关状态，将其对应的基本矢量组成空间矢量图；所述空间矢量图包括零矢量、小矢量、中矢量和大矢量；
然后，将三电平电路的三相输出电压合并为静止复平面的一个参考电压矢量，其表达式如下：
；
其中：、/>、/>分别为三电平电路输出的三相电压；/>为旋转因子；/>为自然常数；
接着，设开关函数来反映每相的电平；所述每相的开关函数的计算式如下：
；
最后，将基本矢量的作用时间顺序统一为从小矢量的正方向开始，则单相的开关序列类型包括以下：
。
进一步的，所述基于开关序列类型，确定基准电压矢量的开关序列及作用时间，包括：
首先，选取与参考电压矢量同角度的基本矢量作为基准电压矢量/>；
然后，设基准电压矢量在a、b、c三相的分量为/>，以小矢量的模作为标幺值，计算获得小矢量、中矢量、大矢量的标幺值分别为1、/>和2；
对其进行分析可知，所述开关序列包括以下任意一种或任意组合：
第一种：若不小于1，且中矢量和大矢量中Z相均为1，则Z相的开关序列恒为1，即Z相开关函数类型为/>，且开关函数/>的时间为0；
第二种：若位于/>，且中矢量中Z相为0，大矢量中Z相为1，则Z相开关函数类型为/>，且开关函数/>的时间等于中矢量的作用时间，即/>；
第三种：若位于/>，且中矢量中Z相为0，大矢量中Z相为-1，则Z相开关函数类型为/>，且开关函数/>的时间等于大矢量的作用时间，即；
第四种：若不大于-1，且中矢量和大矢量中Z相均为-1，则Z相的开关序列恒为-1，即Z相开关函数/>的时间为1；
上述四种开关序列中：a、b、c三相中，最大值的对应相为第一种，最小值的对应相为第四种，中间值的对应相为第二种或第三种；
随后，通过计算式计算参考电压矢量在a、b、c轴上的分量，并根据分量的幅值大小即可确定基准电压矢量/>在各相的开关序列；所述计算式如下：
；
其中：、/>、/>分别为/>在a、b、c轴上的分量，/>为/>在固定直角坐标系/>轴上的分量，/>为/>在固定直角坐标系/>轴上的分量。
进一步的，所述中间值对应相为第二种或第三种时，还需要计算大矢量和中矢量的作用时间，获得其开关序列；所述计算步骤如下：
首先，将基准电压矢量在a、b、c轴上的分量的幅值大小进行排序，若基准电压矢量/>在Z轴的分量为中间值，则根据以下计算式计算参考电压矢量/>在于Z轴垂直方向的投影幅值/>；所述计算式如下：
；
然后，设基准电压矢量在Z轴垂直方向分量的模为/>，根据以下计算式计算获得作用时间，则大矢量的作用时间为/>，中矢量的作用时间为/>；
所述计算式如下：
；
最后，通过与作用时间确定合成基准电压矢量/>，确认基准电压矢量的开关序列；其计算式如下：
。
进一步的，所述通过PWM波对开关序列重新计算虚拟斩波调制方法的占空比，是指：
用占空比为的PWM波对基准电压矢量/>的开关序列斩波，重新进行排列以形成新的开关序列；其表达式如下：/>
；
；
其中：为参考电压矢量，/>为基准电压矢量。
控制方法生成单元2，用于生成实现中点电压平衡的控制方法；
进一步的，控制方法生成单元2，用于通过以下步骤生成实现中点电压平衡的控制方法；
将基本矢量的作用时间顺序统一为从小矢量的正方向开始，对单相的开关序列类型进行限制；限制类型如下：
；
其中：为单相的开关序列类型的开关函数。
根据上侧电容电压的大小，对小矢量的正方向和小矢量的负方向的作用时间进行调节，来实现中点电压平衡，其包括以下任意一种或任意组合：
第一种：若上侧电容的电压小，则需要减小小矢量的正方向的作用时间，并增加小矢量的负方向的作用时间；相应的，则开关序列中中点电平的作用时间均增加；
第二种：若上侧电容的电压大，则需要增大小矢量的正方向的作用时间，并减小小矢量的负方向的作用时间，相应的，则开关序列中中点电平的作用时间均减小。
实施例3：
参见图10，一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制系统，所述调制方法生成单元1包括：
开关序列类型确认单元11，用于设开关函数来确定每相的开关序列类型；
进一步的，所述开关序列类型确认单元11，用于根据以下步骤确定每相的开关序列类型；
首先，根据三电平电路的开关状态，将其对应的基本矢量组成空间矢量图；所述空间矢量图包括零矢量、小矢量、中矢量和大矢量；
然后，将三电平电路的三相输出电压合并为静止复平面的一个参考电压矢量，其表达式如下：
；
其中：、/>、/>分别为三电平电路输出的三相电压；/>为旋转因子；/>为自然常数；/>
接着，设开关函数来反映每相的电平；所述每相的开关函数的计算式如下：
；
最后，将基本矢量的作用时间顺序统一为从小矢量的正方向开始，则单相的开关序列类型包括以下：
。
开关序列及作用时间获取单元12，用于基于开关序列类型，确定基准电压矢量的开关序列及作用时间；
进一步的，所述开关序列及作用时间获取单元12，用于根据以下步骤确定基准电压矢量的开关序列及作用时间；
首先，选取与参考电压矢量同角度的基本矢量作为基准电压矢量/>；
然后，设基准电压矢量在a、b、c三相的分量为/>，以小矢量的模作为标幺值，计算获得小矢量、中矢量、大矢量的标幺值分别为1、/>和2；
对其进行分析可知，所述开关序列包括以下任意一种或任意组合：
第一种：若不小于1，且中矢量和大矢量中Z相均为1，则Z相的开关序列恒为1，即Z相开关函数类型为/>，且开关函数/>的时间为0；
第二种：若位于/>，且中矢量中Z相为0，大矢量中Z相为1，则Z相开关函数类型为/>，且开关函数/>的时间等于中矢量的作用时间，即/>；
第三种：若位于/>，且中矢量中Z相为0，大矢量中Z相为-1，则Z相开关函数类型为/>，且开关函数/>的时间等于大矢量的作用时间，即；
第四种：若不大于-1，且中矢量和大矢量中Z相均为-1，则Z相的开关序列恒为-1，即Z相开关函数/>的时间为1；
上述四种开关序列中：a、b、c三相中，最大值的对应相为第一种，最小值的对应相为第四种，中间值的对应相为第二种或第三种；
随后，通过计算式计算参考电压矢量在a、b、c轴上的分量，并根据分量的幅值大小即可确定基准电压矢量/>在各相的开关序列；所述计算式如下：/>
；
其中：、/>、/>分别为/>在a、b、c轴上的分量，/>为/>在固定直角坐标系/>轴上的分量，/>为/>在固定直角坐标系/>轴上的分量。
所述中间值对应相为第二种或第三种时，还需要计算大矢量和中矢量的作用时间，获得其开关序列；所述计算步骤如下：
首先，将基准电压矢量在a、b、c轴上的分量设为/>，对其在三相的幅值大小进行排序，若基准电压矢量/>在Z轴的分量为中间值，则根据以下计算式计算参考电压矢量/>在于Z轴垂直方向的投影幅值/>；所述计算式如下：
；
然后，设基准电压矢量在Z轴垂直方向分量的模为/>，根据以下计算式计算获得作用时间，则大矢量的作用时间为/>，中矢量的作用时间为/>；
所述计算式如下：
；
最后，通过与作用时间确定合成基准电压矢量/>，确认基准电压矢量的开关序列；
；
虚拟斩波调制单元13，用于通过PWM波对开关序列重新计算虚拟斩波调制方法的占空比，获得新的开关序列；
进一步的，所述虚拟斩波调制单元13用于根据以下步骤获得新的开关序列；
用占空比为的PWM波对基准电压矢量/>的开关序列斩波，重新进行排列以形成新的开关序列；其表达式如下：
；/>
；
其中：为参考电压矢量，/>为基准电压矢量。
实施例4：
参见图11，一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制设备，所述设备包括处理器3以及存储器4；
所述存储器4用于存储计算机程序代码41，并将所述计算机程序代码41传输给所述处理器3；所述处理器3用于根据所述计算机程序代码41中的指令执行所述的基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制方法。
一般来说，用以实现本发明方法的计算机指令的可以采用一个或多个计算机可读的存储介质的任意组合来承载。非临时性计算机可读存储介质可以包括任何计算机可读介质，除了临时性地传播中的信号本身。
计算机可读存储介质例如可以是，但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAn）、只读存储器(ROn)、可擦式可编程只读存储器(EKROn或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROn)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
可以以一个或多个程序设计语言或其组合来编写用以执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Snalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言，特别是可以使用适于神经网络计算的Kython语言和基于TensorFlow、KyTorch等平台框架。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意个类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。
上述设备和非临时性计算机可读存储介质，可以参见对一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制方法及有益效果的具体描述，在此不再赘述。
需要注意的是，所述模块与模块之间的相互协作关系可以是通过有线、无线、整体或离散的形式达成，所有可以使模块之间产生电性连接、相互通信、数据交换等手段，均可应用于本技术方案中，但不构成对本技术方案的限制。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制方法，其特征在于：所述调制方法适用于三电平电路，其具体包括：基于虚拟斩波的调制方法与中点电压平衡控制方法；
所述基于虚拟斩波的调制方法包括：首先设开关函数来确定每相的开关序列类型，然后基于开关序列类型，确定基准电压矢量的开关序列及作用时间，最后对开关序列重新计算虚拟斩波调制方法的占空比，获得新的开关序列；
所述中点电压平衡控制方法是指：通过调节冗余小矢量的作用时间来实现中点电压平衡；
所述设开关函数来确定每相的开关序列类型，包括：
S1、根据三电平电路的开关状态，将其对应的基本矢量组成空间矢量图；所述空间矢量图包括零矢量、小矢量、中矢量和大矢量；
S2、将三电平电路的三相输出电压合并为静止复平面的一个参考电压矢量vref，其表达式如下：
其中：va、vb、vc分别为三电平电路输出的三相电压；j为旋转因子；e为自然常数；
S3、设开关函数来反映每相的电平；所述每相的开关函数Sx(x＝a，b，c)的计算式如下：
S4、将基本矢量的作用时间顺序统一为从小矢量的正方向开始，则单相的开关序列类型包括以下：
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制方法，其特征在于：
所述基于开关序列类型，确定基准电压矢量的开关序列及作用时间，包括：
S5、选取与参考电压矢量vref同角度的基本矢量作为基准电压矢量vtar；
S6、设基准电压矢量vtar在a、b、c三相的分量为ztar(z＝a，b，c)，以小矢量的模作为标幺值，计算获得小矢量、中矢量、大矢量的标幺值分别为1、和2；
S7、进行分析可知，所述开关序列包括以下任意一种或任意组合：
第一种：若ztar不小于1，且中矢量和大矢量中Z相均为1，则Z相的开关序列恒为1，即Z相开关函数类型为Sx＝1→0→1，且开关函数Sx＝0的时间为0；
第二种：若ztar位于[0，1)，且中矢量中Z相为0，大矢量中Z相为1，则Z相开关函数类型为Sx＝1→0→1，且开关函数Sx＝0的时间等于中矢量的作用时间，即1-ztar；
第三种：若ztar位于(-1，0]，且中矢量中Z相为0，大矢量中Z相为-1，则Z相开关函数类型为Sx＝0→-1→0，且开关函数Sx＝-1的时间等于大矢量的作用时间，即-ztar；
第四种：若ztar不大于-1，且中矢量和大矢量中Z相均为-1，则Z相的开关序列恒为-1，即Z相开关函数Sx＝-1的时间为1；
上述四种开关序列中：a、b、c三相中，最大值的对应相为第一种，最小值的对应相为第四种，中间值的对应相为第二种或第三种；
S8、通过计算式计算参考电压矢量vref在a、b、c轴上的分量，并根据分量的幅值大小即可确定基准电压矢量vtar在各相的开关序列；所述计算式如下：
其中：aref、bref、cref分别为vref在a、b、c轴上的分量，uα为vref在固定直角坐标系α轴上的分量，uβ为vref在固定直角坐标系β轴上的分量。
3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制方法，其特征在于：
所述步骤S7中，所述中间值对应相为第二种或第三种时，还需要计算大矢量和中矢量的作用时间，获得其开关序列；所述计算步骤如下：
S71、将基准电压矢量vtar在a、b、c轴上的分量设为(z＝a，b，c)，对其在三相的幅值大小进行排序，若基准电压矢量vtar在Z轴的分量为中间值，则根据以下计算式计算参考电压矢量vref在于Z轴垂直方向的投影幅值|z′ref|；所述计算式如下：
S72、设基准电压矢量vtar在Z轴垂直方向分量的模为根据以下计算式计算获得作用时间，则大矢量的作用时间为|ztar|，中矢量的作用时间为1-|ztar|；
所述计算式如下：
S73、通过ztar与作用时间确定合成基准电压矢量vtar，确认基准电压矢量vtar的开关序列；
4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制方法，其特征在于：
所述对开关序列重新计算虚拟斩波调制方法的占空比，是指：
用占空比为m的PWM波对基准电压矢量vtar的开关序列斩波，重新进行排列以形成新的开关序列；其表达式如下：
其中：vref为参考电压矢量，vtar为基准电压矢量。
5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制方法，其特征在于：
所述通过调节冗余小矢量的时间来实现中点电压平衡是指：
将基本矢量的作用时间顺序统一为从小矢量的正方向开始，对单相的开关序列类型进行限制；限制类型如下：
其中：Sx为单相的开关序列类型的开关函数。
6.根据权利要求1所述的一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制方法，其特征在于：
所述中点电压平衡控制方法还包括：根据上侧电容电压的大小，对小矢量的正方向和小矢量的负方向的作用时间进行调节，来实现中点电压平衡，其包括以下任意一种或任意组合：
第一种：若上侧电容的电压小，则需要减小小矢量的正方向的作用时间，并增加小矢量的负方向的作用时间；相应的，则开关序列中中点电平的作用时间均增加；
第二种：若上侧电容的电压大，则需要增大小矢量的正方向的作用时间，并减小小矢量的负方向的作用时间，相应的，则开关序列中中点电平的作用时间均减小。
7.一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制系统，其特征在于，包括：
调制方法生成单元(1)，用于设开关函数来确定每相的开关序列类型，并基于开关序列类型，确定基准电压矢量的开关序列及作用时间，对开关序列重新计算虚拟斩波调制方法的占空比获得新的开关序列，生成基于虚拟斩波的调制方法；
所述设开关函数来确定每相的开关序列类型，包括：
首先，根据三电平电路的开关状态，将其对应的基本矢量组成空间矢量图；所述空间矢量图包括零矢量、小矢量、中矢量和大矢量；
然后，将三电平电路的三相输出电压合并为静止复平面的一个参考电压矢量vref，其表达式如下：
其中：va、vb、vc分别为三电平电路输出的三相电压；j为旋转因子；e为自然常数；
接着，设开关函数来反映每相的电平；所述每相的开关函数Sx(x＝a，b，c)的计算式如下：
最后，将基本矢量的作用时间顺序统一为从小矢量的正方向开始，则单相的开关序列类型包括以下：
控制方法生成单元(2)，用于通过调节冗余小矢量的作用时间，生成中点电压平衡的控制方法。
8.根据权利要求7所述的一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制系统，其特征在于：
所述调制方法生成单元(1)包括：
开关序列类型确认单元(11)，用于设开关函数来确定每相的开关序列类型；
开关序列及作用时间获取单元(12)，用于基于开关序列类型，确定基准电压矢量的开关序列及作用时间；
虚拟斩波调制单元(13)，用于通过PWM波对开关序列重新计算虚拟斩波调制方法的占空比，获得新的开关序列。
9.一种基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制设备，其特征在于：
所述设备包括处理器(3)以及存储器(4)；
所述存储器(4)用于存储计算机程序代码(41)，并将所述计算机程序代码(41)传输给所述处理器(3)；
所述处理器(3)用于根据所述计算机程序代码(41)中的指令执行权利要求1-6中任一项所述的基于虚拟斩波的空间矢量脉宽调制方法。
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