[發明專利]一種基于12扇區SVPWM的功率變換系統

有效

• 申請號: 201710856015.1
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107612388B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 侯典立
• 申請（專利權）人: 魯東大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M7/5387;H02M7/5395
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

基于SVPWM的大功率整流線路或逆變線路的控制算法的改進，本發明公開了基于六橋臂線路結構的SVPWM的改進算法，使得系統保持現有SVPWM控制算法的優點，同時在諧波減小、電機運行平滑性和降低濾波要求等方面得到很大改善。系統硬件線路包含濾波線路、開關型功率變換線路、輔助供電線路、電流電壓檢測線路、CPU核心線路和驅動線路，開關型功率線路由兩個三相半橋線路并聯組成；系統軟件算法：通過Clark變換和Park變換把采集的三相輸入或輸出電壓電流變換到靜止的dq坐標系，進一步通過PID運算找到調整后系統所處的扇區和需要分配的脈寬，一個三相半橋采用傳統的七段式工作方式，另一個則采用新的七段式工作方式，兩個半橋線路工作同步；新的七段式工作方式則是傳統的七段式工作方式的調整，（0 0 0）和（1 1 1）位置互換，相鄰矢量的工作順序互換，如此相鄰矢量同時作用形成中間矢量，進一步形成12扇區的SVPWM控制方式。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，尤其涉及基于SVPWM算法控制的大功率功率變換線路。

背景技術

背景技術SVPWM是近年發展的一種比較新穎的控制方法，從三相輸出電壓的整體效果出發，能夠使輸出電流波形盡更加接近于理想的正弦波形，旋轉磁場更逼近圓形，使得電機轉矩脈動降低；與SPWM相比較，繞組電流波形的諧波成分小；直流母線電壓的利用率有了很大提高，且更易于實現數字化。

以三相功率PFC線路為例，主回路是由三個橋臂（六個功率開關元件）組成，如圖1所示，每個橋臂上下開關器件不能同時導通，這六個開關器件組合起來共有8種開關狀態，其中（0 0 0）、（1 1 1）兩種開關狀態在電機驅動中都不會產生有效的電流，因此稱其為零矢量，另外6種開關狀態分別是六個有效矢量，如圖2所示，它們將360度的電壓空間60度分為一個扇區，共六個扇區，利用這六個基本有效矢量和兩個零矢量，可以合成360度內的任何矢量；SVPWM 的理論基礎是平均值等效原理，即在一個開關周期內通過對基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電壓矢量相等；等效旋轉電壓的軌跡將是如圖2所示的圓形，利用電壓向量合成的技術，在電壓空間向量上，將設定的電壓向量由U4（1 0 0）位置開始，每一次增加一個小增量，每一個小增量設定電壓向量可以用該區中相鄰的兩個基本非零向量與零電壓向量予以合成，如此所得到的設定電壓向量就等效于一個在電壓空間向量平面上平滑旋轉的電壓空間向量，從而達到電壓空間向量脈寬調制的目的。

SVPWM的編程實現，首先對于三相電壓和電流進行坐標變換，然后判斷當前處于哪個扇區，然后再用扇區中的兩個變量來等效當前矢量，如圖所示，以第一扇區為例：UREF*T_S=V₁*T₁+V₂*T₂借助于（0,0,0）和（1,1,1）減少開關次數， 目前主要有兩種方式：五段式和七段式，五段式開關次數少，但諧波較大，七段式用的較多，七段式邏輯如圖7所示。為探索空間矢量調制（SVPWM）的優點進行了大量研究來，并擴展了其多相驅動系統的理論，尤其SVPWM在電機驅動的應用，為了讓電機運行特性更好，大量的文獻研究了基于12邊形的SVPWMM的理論，增加了一些開關狀態矢量，消除了驅動系統中產生的低次諧波，電機運行具有更好的性能。

目前對這一理論的研究主要集中在用于電機驅動的逆變器，對于PFC線路的應用研究相對較少，并且現有的基于12邊形的SVPWMM理論的PFC線路和逆變線路結構和算法較為復雜。本發明針對上述問題，公開了一種線路結構和改善的SVPWM控制算法，實現基于12變形的SVPWM算法功率因素調整系統，系統結構和算法簡單，易于實現，且具有更好的性能，尤其是更適合于大功率的AC/DC或DC/AC功率變換線路。六扇區SVPWM算法所有七段式工作方式中U_REF所在扇區和開關切換順序如圖7所示。

發明內容

針對基于SVPWM的大功率整流線路或逆變線路的控制算法的改進，本發明提出了基于六橋臂線路結構的SVPWM的改進算法，使得系統保持現有SVPWM控制算法的優點，同時在諧波減小、電機運行平滑性和降低濾波要求等方面得到很大改善。