专利名称：三电平svpwm高调制度窄脉冲消除系统与方法
技术领域：
本发明涉及窄脉冲消除，特别是三电平SVPWM高调制度窄脉冲消除系统和方法。
背景技术：
箝位型三电平变换器因其结构的的对称性，可实现能量的双向流动。并且它对开关管的耐压要求仅为直流母线的1/2，输出电能质量较两电平变换器又有很大的提高。所以它在太阳能，风能，交通运输等领域得到越来越多的应用。电压空间矢量调制(SVPWM)是三电平变换器的常用控制方式。因为不同的矢量安排顺序和不同矢量的选择方法，调制方式也不尽相同。对于传统的以最近三矢量作为参考矢量合成的方式，在调制度过低或者过高时都会出现窄脉冲的问题。窄脉冲的出现使得输出电压电流谐波含量提高，开关管的功耗增大，并且可能会出现开关管的瞬时失效问题。随着对窄脉冲问题研究的深入，很多方法被提出，对于低调制度时有降低开关频率，交换矢量安排顺序，或者限制输出脉宽等方法。对于高调制度的窄脉冲控制，传统的处理窄脉冲的方法有两种，一是直接将小于最小脉宽的脉冲滤除，这种方法虽然可避免出现窄脉冲，但由于只改变了一相的脉冲宽度， 必然会影响输出的线电压波形，造成电压畸变。还有一种常用的零序电压注入法，虽然此方法通过同时调整三相脉冲的宽度来消除窄脉冲，但是脉冲宽度不是任意调整的，它受到作用时间的限制，所以存在盲区。在高调制度时总存在控制盲区，即无论采用上述哪种方法，在一定的空间位置仍无法消除窄脉冲。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是针对电压空间矢量调制在高调制度存在消除窄脉冲的盲区，实现对电压空间矢量落入消除窄脉冲盲区的预判断及窄脉冲的消除。为解决上述的技术问题，本发明提供了一种三电平SVPWM高调制度窄脉冲消除方法，其特征在于包括以下步骤计算参考电压空间矢量的属性变量，包括电压空间矢量幅值kp，相位角θ和单周期步进角Δ θ ；确定当前电压空间矢量在坐标系的空间位置；根据当前空间矢量的属性变量，判断下一工作周期的电压空间矢量是否落入窄脉冲区域；如果落入窄脉冲区域，则对下一工作周期的电压空间矢量进行限幅，并对其进行调制；分别对当前电压空间矢量和跳出窄脉冲区域后的电压空间矢量进行幅值修正，并进行调制；根据矢量合成原则，通过当前电压矢量和跳出窄脉冲区域后的电压空间矢量的幅值修正来补偿因限幅对输出电压的影响。本发明还提供了一种三电平SVPWM高调制度窄脉冲消除系统，包括电压空间矢量属性计算单元，用于计算参考电压属性变量；电压空间矢量当前位置判断单元，用于根据电压空间矢量的属性变量确定其在坐标系中的空间位置；前后两工作周期电压空间矢量位置判断单元，用于判断前后两工作周期电压空间矢量是否落入窄脉冲区域；当前电压空间矢量幅值修正单元，用于对当前电压空间矢量进行幅值修正；电压空间矢量线性限幅单元，用于对落入窄脉冲区域的电压空间矢量进行线性限幅；跳出窄脉冲区域后电压空间矢量修正单元，用于对跳出窄脉冲区域的电压空间矢量进行幅值修正；电压空间矢量调制单元，用于对经过线性限幅或幅值修正后的电压空间矢量进行调制。采用本发明的系统和方法，可以有效的消除窄脉冲盲区，并不对输出电压幅值产生影响。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。图1为本发明三电平SVPWM窄脉冲消除方法的流程图。图2为本发明的系统结构框图。图3为本发明实施例中的二极管箝位型三电平变换器。图4为本发明三电平变换器第一扇区空间矢量分布图。图5为本发明线性限幅的矢量关系图。图6为本发明窄脉冲区域中线性限幅区域和前后工作周期矢量幅值修正关系图。
具体实施例方式本发明三电平SVPWM高调制度窄脉冲消除方法以如图3所示的二极管箝位型变换器为例。如图1所示的本发明三电平SVPWM高调制度窄脉冲消除方法的流程图。该流程开始于步骤S101。然后，在步骤S102到步骤S112中，根据程序的循环，确定当前电压空间矢量的空间位置，预判断下一个工作周期的电压空间矢量是否落入窄脉冲区域，对落入窄脉冲区域的电压空间矢量进行限幅并调制，然后通过对当前电压空间矢量和跳出窄脉冲区域的电压空间矢量幅值修正后的矢量合成来补偿因限幅对输出电压的影响。例如，在步骤S102和S103中，通过计算电压空间矢量幅值kp，相位角θ和单周期步进角△ θ确定当前电压空间矢量在坐标系的空间位置。基本电压矢量采用最近三矢量的选择方式(the Nearest Three Space-Vector，NTV)，即以最靠近参考矢量的三个基本矢量来合成V&。采用七段对称式对调制周期Ts进行分配。具体操作以第一小扇区为例，如图4所示。在α-β坐标系中可以计算出参考电压矢量的相位角和调制度
权利要求
1.一种三电平SVPWM高调制度窄脉冲消除方法，其特征在于，包括以下步骤计算参考电压空间矢量的属性变量，包括电压空间矢量幅值kp，相位角θ和单周期步进角Δ θ ;确定当前电压空间矢量在坐标系的空间位置；根据当前空间矢量的属性变量，判断下一工作周期的电压空间矢量是否落入窄脉冲区域；如果落入窄脉冲区域，则对下一工作周期的电压空间矢量进行限幅，并对其进行调制；分别对当前电压空间矢量和跳出窄脉冲区域后的电压空间矢量进行幅值修正，并进行调制；根据矢量合成原则，通过当前电压矢量和跳出窄脉冲区域后的电压空间矢量的幅值修正来补偿因限幅对输出电压的影响。
2.按照权利要求1所述的三电平SVPWM高调制度窄脉冲消除方法，其特征在于，上述对下一工作周期的电压空间矢量进行限幅的步骤中，所述限幅采用线性限幅，包括以下步骤计算窄脉冲出现角度范围最大时的角度S ；计算向量靠近中向量时出现窄脉冲的最小幅值kp’ ；通过kp’向量的顶点和kp幅值为1，相位角为π/6-δ向量的顶点作直线；作上一步骤所述直线关于中向量对称的另一直线。
3.一种三电平SVPWM高调制度窄脉冲消除系统，其特征在于 电压空间矢量属性计算单元，用于计算参考电压属性变量；电压空间矢量当前位置判断单元，用于根据电压空间矢量的属性变量确定其在坐标系中的空间位置；前后两工作周期电压空间矢量位置判断单元，用于判断前后两工作周期电压空间矢量是否落入窄脉冲区域；当前电压空间矢量幅值修正单元，用于对当前电压空间矢量进行幅值修正； 电压空间矢量线性限幅单元，用于对落入窄脉冲区域的下一个工作周期的电压空间矢量进行线性限幅；跳出窄脉冲区域后电压空间矢量修正单元，用于对跳出窄脉冲区域的电压空间矢量进行幅值修正；电压空间矢量调制单元，用于对经过线性限幅或幅值修正后的电压空间矢量进行调制。
全文摘要
本发明涉及窄脉冲消除，特别是三电平SVPWM高调制度窄脉冲消除系统和方法，对下一周期的电压空间矢量进行预判断，如果进入窄脉冲区域就对其限幅，使其不受窄脉冲影响，并通过当前空间矢量和跳出窄脉冲区域的空间矢量幅值修正来补偿因限幅对输出电压的影响。所述系统包括电压空间矢量属性计算单元、电压空间矢量当前位置判断单元、前后两工作周期电压空间矢量位置判断单元、当前电压空间矢量幅值修正单元、电压空间矢量线性限幅单元、跳出窄脉冲区域后电压空间矢量修正单元和电压空间矢量调制单元。采用上述系统和方法能够消除窄脉冲的盲区。
文档编号H02M7/483GK102377360SQ20111030802
公开日2012年3月14日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日
发明者何礼高, 徐华, 李刚, 杜恩利 申请人:南京航空航天大学, 常州联力自动化科技有限公司