[發明專利]基于載波實現的零矢量起始SVPWM控制方法

有效

• 申請號: 201811265431.5
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109347353B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 葛瓊璇;高瞻;趙魯
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02M7/72
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種基于載波實現的零矢量起始SVPWM控制方法。采用三電平NPC變流器，所述的控制方法通過在三相原始調制波U_1i上分別疊加零序分量U_{0_1}＝?(min+max?1)/2來得到對應三相調制波U_{2i_1}，U_{2i_1}與下降沿起始的三角載波比較可得到三相電平狀態O?P?O；通過在三相原始調制波U_1i上分別疊加零序分量U_{0_2}＝?(min+max+1)/2來得到對應三相調制波U_{2i_2}，U_{2i_2}與上升沿起始的三角載波比較可得到三相電平狀態O?N?O；以三角載波周期作為時間單位，通過輪換利用U_{2i_1}與下降沿起始的三角載波比較、U_{2i_2}與上升沿起始的三角載波比較來得到三相電平狀態O?P?O?N?O，從而基于載波實現了零矢量起始的SVPWM控制。本控制方法相比于傳統零矢量起始SVPWM控制方法，計算簡單，更易實現。

技術領域

本發明涉及一種PWM控制方法，尤其涉及一種基于載波實現的零矢量起始SVPWM控制方法。

背景技術

三電平NPC(Neutral Point Clamped)變流器的拓撲如圖1所示，通過控制三相橋臂各開關器件的導通與關斷，三相可以各自輸出O、N、P三種電平狀態。三電平NPC變流器結構簡單，且可以通過采用背靠背結構實現能量的雙向流動，目前被普遍應用于中高壓大功率電機的調速場合。

SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)方法是一種在三電平NPC變流器中得到廣泛使用的控制方法。SVPWM方法原理如下：

三相輸出電壓通過dq變換合成參考電壓V_ref，V_ref基于伏秒原理可分解為相應作用時間的電壓空間矢量，通過控制三相開關器件的開關狀態得到相應的電壓空間矢量，便可追蹤V_ref的變化軌跡，從而實現調制。三電平NPC變流器電壓空間矢量分布如圖2所示。圖2中V_A、V_B、V_C分別對應A相、B相、C相相電壓，諸如30°、90°等角度代表對應度數的空間矢量角，即三相電壓dq變化后所得到參考電壓V_ref與A相相電壓之間的夾角。

表1 0°到60°扇區內SVPWM各電壓空間矢量及對應的開關狀態

表1給出了圖2中0°到60°扇區內各電壓空間矢量的幅值及其對應的開關狀態，其余角度區間內各電壓空間矢量的情況以此類推。表1中E對應直流側電壓，P對應圖1中上橋臂開關器件P₁、P₂導通，O對應開關器件P₂、P₃導通，N對應下橋臂開關器件P₃、P₄導通。SVPWM的調制比定義為：|V_ref|為參考電壓的幅值。

SVPWM各電壓空間矢量依據其幅值大小可分為零矢量、小矢量、中矢量和大矢量。傳統的SVPWM方法根據其在每個采樣周期內首發的矢量為小矢量或零矢量，可劃分為小矢量起始的SVPWM和零矢量起始的SVPWM。在調制比小于0.5時，即當參考電壓V_ref落在圖2中的內六邊形內時，兩類SVPWM方法的V_ref可以分解為作用時間完全相同的三個電壓空間矢量，區別只在于三個電壓空間矢量的排列順序和使用的冗余狀態不同。文獻《大功率三電平逆變器脈寬調制及磁場定向控制的研究》(殷正剛，[D].北京:中國科學院大學,2012:87-89)對小矢量起始的SVPWM和零矢量起始的SVPWM進行了綜合對比，結果表明相比于小矢量起始的SVPWM，零矢量起始的SVPWM在調制比較低于0.3以下時不會產生窄脈沖，其可以產生任意小的線電壓值，且線電壓的諧波含量低于小矢量起始的SVPWM。故在調制比低于0.3以下時，零矢量起始的SVPWM是一種更合適的SVPWM控制方法。