優(yōu)化空間矢量脈沖寬度調(diào)制的方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及優(yōu)化空間矢量脈沖寬度調(diào)制的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 空間矢量脈沖寬度調(diào)制（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)方法廣 泛地應(yīng)用于不間斷電源、變頻器、光伏、風電等產(chǎn)品領(lǐng)域的三相整流器和三相逆變器上。從 本質(zhì)上說，不同的SVPWM方法之間的差異在于零矢量V。和零矢量V 7在調(diào)制過程中的使用不 同。普通的三相全橋是由六個開關(guān)器件構(gòu)成的三個半橋，這六個開關(guān)器件組合起來，同一個 橋臂的上下半橋的信號相反，共有8種安全的開關(guān)狀態(tài)。其中，000、111分別表示三個上橋 臂的開關(guān)狀態(tài)，這兩種開關(guān)狀態(tài)在電機驅(qū)動中都不會產(chǎn)生有效的電流，因此稱其為零矢量。 000和111兩種開關(guān)狀態(tài)分別對應(yīng)零矢量V。和零矢量V 7，如果定義系數(shù)k為零矢量V。的作 用比例，ke [0，1]，則零矢量1的作用比例為1 一 k。不同的SVPWM方法，對產(chǎn)品中功率器 件的損耗有很大影響。
[0003] 常規(guī)的SVPWM方法分為連續(xù)調(diào)制法和不連續(xù)調(diào)制法。其中，連續(xù)調(diào)制法在一個開 關(guān)周期內(nèi)，同時使用了 ￥。和V7兩個零矢量；如圖la所示，當系數(shù)k = 0. 5時，即￥。和V7兩個 零矢量均參與調(diào)制，且作用比例均為〇. 5,與調(diào)制波當前所在扇區(qū)無關(guān)。這種調(diào)制方法是常 規(guī)的SVPWM方法的連續(xù)調(diào)制法，俗稱七段法。其特點是調(diào)制方法簡單，沒有不連續(xù)調(diào)制區(qū)， 原始調(diào)制波和新調(diào)制波如圖lb所示。其缺點是在一個調(diào)制波周期內(nèi)，功率管連續(xù)開通或者 關(guān)斷，開關(guān)損耗大。而不連續(xù)調(diào)制法在一個開關(guān)周期內(nèi)，僅使用了 V?；蛘遃 7-個零矢量；在 一個調(diào)制波周期內(nèi)，功率管有三分之一的時間處于持續(xù)開通或者持續(xù)關(guān)斷狀態(tài)，這段區(qū)域 稱為不連續(xù)調(diào)制區(qū)，在一個調(diào)制波周期內(nèi)的開關(guān)損耗僅為連續(xù)調(diào)制法的三分之二。如圖la 所示，當系數(shù)k = 1時，即僅有V。一個零矢量參與調(diào)制，與調(diào)制波當前所在扇區(qū)無關(guān)。這種 調(diào)制方法是常規(guī)的SVPWM方法的不連續(xù)調(diào)制法的一種，俗稱五段法。其特點是調(diào)制方法簡 單，在一個調(diào)制波周期中有三分之一時間的不連續(xù)調(diào)制區(qū)，功率管處于持續(xù)開通或者持續(xù) 關(guān)斷狀態(tài)，開關(guān)損耗較上述連續(xù)調(diào)制法明顯減少，原始調(diào)制波和新調(diào)制波如圖1C所示。其 缺點是同一橋臂上、下功率管的開關(guān)損耗不一致，上功率管損耗大，導致同一橋臂上下功率 管的發(fā)熱不均勻。如圖la所示，當系數(shù)k = 0時，即僅有V7-個零矢量參與調(diào)制的不連續(xù) 調(diào)制方法，原始調(diào)制波和新調(diào)制波如圖Id所示。其同一橋臂上、下功率管中，下功率管損耗 大，也會導致同一橋臂上下功率管的發(fā)熱不均勻。上述常規(guī)的不連續(xù)調(diào)制法在不連續(xù)調(diào)制 區(qū)內(nèi)，同一橋臂的兩個功率管分別處于持續(xù)開通和持續(xù)關(guān)斷狀態(tài)，導致該兩個功率管在一 個調(diào)制波周期內(nèi)的損耗不相等。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，改進的不連續(xù)調(diào)制法在一個調(diào)制波周期內(nèi)，按照不同的扇區(qū)交替使 用％和V 7兩個零矢量，其技術(shù)方案的框圖如圖2a所示，系數(shù)k與調(diào)制波的當前所在扇區(qū)有 關(guān)。不同扇區(qū)內(nèi)交替使用V?；蛘遃7-個零矢量參與調(diào)制的方法不同，所得到的新調(diào)制波不 連續(xù)調(diào)制區(qū)的位置相對于原始調(diào)制波波峰的相位關(guān)系也不同。圖2b示出了新調(diào)制波不連 續(xù)調(diào)制區(qū)的位置相對于原始調(diào)制波波峰的相位超前30°的波形圖；圖2c示出了新調(diào)制波 不連續(xù)調(diào)制區(qū)的位置相對于原始調(diào)制波波峰的相位重合的波形圖；圖2d示出了新調(diào)制波 不連續(xù)調(diào)制區(qū)的位置相對于原始調(diào)制波波峰的相位滯后30°的波形圖；2e示出了新調(diào)制 波不連續(xù)調(diào)制區(qū)的位置相對于原始調(diào)制波波峰的相位分散對稱的波形圖。另外，圖2a示出 的技術(shù)方案是在圖la示出的技術(shù)方案基礎(chǔ)上，改進的SVPWM方法的不連續(xù)調(diào)制法。其本質(zhì) 是在一個調(diào)制波周期的不同扇區(qū)內(nèi)交替使用了圖la中系數(shù)k = 0和系數(shù)k = 1的技術(shù)方 案。其特點是在一個調(diào)制波周期內(nèi)，功率管仍然有三分之一的時間為不連續(xù)調(diào)制區(qū)，同一橋 臂上、下功率管均交替處于持續(xù)開通和持續(xù)關(guān)斷狀態(tài)，兩種狀態(tài)所占的時間相等，使得這兩 個功率管在一個調(diào)制波周期內(nèi)的損耗相等。然而，上述改進的不連續(xù)調(diào)制法，一旦交替使用 %和V 7兩個零矢量的方法一旦確定，所生成的新調(diào)制波的不連續(xù)調(diào)制區(qū)的位置，相對于原 始調(diào)制波波峰的位置就固定了，而輸出電流波峰位置與原始調(diào)制波波峰位置之間的相位關(guān) 系，會隨負載特性的變化而變化，導致所生成的新調(diào)制波無法隨著負載特性的變化，時刻保 證新調(diào)制波不連續(xù)調(diào)制區(qū)的位置始終與輸出電流波峰位置重合，從而使得在一個調(diào)制波周 期內(nèi)的總損耗不能達到最小。即使根據(jù)負載特性在不同的方法之間切換，也只能保證在幾 個特定的負載特性下達到損耗最小，即只能有限地改善損耗情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明實施例提供優(yōu)化空間矢量脈沖寬度調(diào)制的方法及系統(tǒng)，以解決 新調(diào)制波不連續(xù)調(diào)制區(qū)的位置，相對于原始調(diào)制波波峰位置的相位關(guān)系固定，不能隨負載 特性變化而實時調(diào)整的問題，以保證新調(diào)制波不連續(xù)調(diào)制區(qū)的位置始終與輸出電流波峰位 置重合。
[0006] 本發(fā)明實施例采用以下技術(shù)方案：
[0007] 第一方面，提供優(yōu)化空間矢量脈沖寬度調(diào)制的方法，包括：根據(jù)輸出電流相對于原 始調(diào)制波的實時相位差Α Θ，將所述原始調(diào)制波的相位向后移動△ Θ，產(chǎn)生第一調(diào)制波； 確定并根據(jù)原始調(diào)制參數(shù)Μ和目標調(diào)制參數(shù)Ms，計算調(diào)制相位差△ Φ ;將所述第一調(diào)制波 的相位向后移動△ Φ，產(chǎn)生第二調(diào)制波；根據(jù)所述第二調(diào)制波，生成新調(diào)制波。
[0008] 第二方面，提供優(yōu)化空間矢量脈沖寬度調(diào)制的系統(tǒng)，包括：第一調(diào)制波產(chǎn)生單元， 用于根據(jù)輸出電流相對于原始調(diào)制波的實時相位差Α Θ，將原始調(diào)制波的相位向后移動 Δ Θ，產(chǎn)生第一調(diào)制波；調(diào)制相位差△ φ計算單元，用于確定并根據(jù)原始調(diào)制參數(shù)Μ和目標 調(diào)制參數(shù)Ms，計算調(diào)制相位差△ Φ ;第二調(diào)制波產(chǎn)生單元，用于將所述第一調(diào)制波的相位 向后移動△ Φ，產(chǎn)生第二調(diào)制波；新調(diào)制波生成單元，用于根據(jù)所述第二調(diào)制波，生成新調(diào) 制波。
[0009] 綜上所述，本發(fā)明技術(shù)方案根據(jù)輸出電流相對于原始調(diào)制波的實時相位差Δ Θ， 將原始調(diào)制波的相位向后移動Α Θ，產(chǎn)生第一調(diào)制波；確定并根據(jù)原始調(diào)制參數(shù)Μ和目標 調(diào)制參數(shù)Ms，計算調(diào)制相位差△ Φ ;將所述第一調(diào)制波的相位向后移動△ Φ，產(chǎn)生第二調(diào) 制波；根據(jù)所述第二調(diào)制波，生成新調(diào)制波。與現(xiàn)有的和改進的不連續(xù)調(diào)制法的技術(shù)方案相 比，本技術(shù)方案根據(jù)實時相位差Α Θ，實時調(diào)整第一調(diào)制波相對于原始調(diào)制波的相位；再 通過調(diào)制相位差Α φ，形成第二調(diào)制波，實現(xiàn)了不同調(diào)制參數(shù)之間的切換；使最終生成的 新調(diào)制波不連續(xù)調(diào)制區(qū)的位置，相對于原始調(diào)制波波峰位置的相位關(guān)系可實時調(diào)整，從而 保證了新調(diào)制波不連續(xù)調(diào)制區(qū)的位置始終與輸出電流波峰位置重合；在實際工程應(yīng)用中， 采用本技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)降低功率管的開關(guān)損耗，使同一橋臂的上、下功率管發(fā)熱均勻， 從而提高了整機，例如變頻器的工作效率和穩(wěn)定性的技術(shù)效果。
【附圖說明】
[0010] 圖la是現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)SVPWM方法對應(yīng)的原理框圖。
[0011] 圖lb是圖la中系數(shù)k = 0.5對應(yīng)的波形圖。
[0012] 圖lc是圖la中系數(shù)k = 1對應(yīng)的波形圖。
[0013] 圖Id是圖la中系數(shù)k = 0對應(yīng)的波形圖。
[0014] 圖2a是現(xiàn)有技術(shù)中改進的SVPWM不連續(xù)調(diào)制法對應(yīng)的原理框圖。
[0015] 圖2b是圖2a改進的SVPWM不連續(xù)調(diào)制法對應(yīng)的第一種波形圖。
[0016] 圖2c是圖2a改進的SVPWM不連續(xù)調(diào)制法對應(yīng)的第二種波形圖。
[0017] 圖2d是圖2a改進的SVPWM不連續(xù)調(diào)制法對應(yīng)的第三種波形圖。
[0018] 圖2e是圖2a改進的SVPWM不連續(xù)調(diào)制法對應(yīng)的第四種波形圖。
[0019] 圖3a是本發(fā)明實施例提供的優(yōu)化空間矢量脈沖寬度調(diào)制的方法流程圖。
[0020] 圖3b是本發(fā)明實施例提供的優(yōu)化空間矢量脈沖寬度調(diào)制方法的原理框圖。
[0021] 圖3c是本發(fā)明實施例提供的調(diào)制波根據(jù)實時相位差△ Θ進行相位調(diào)整的波形 圖。
[0022] 圖3d是本發(fā)明實施例提供的調(diào)制波根據(jù)調(diào)制相位差△ Φ進行調(diào)制參數(shù)切換的波 形圖。
[0023] 圖4a是本發(fā)明實施