专利名称：一种空间矢量脉冲宽度调制方法和调制设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制领域，尤其涉及一种空间矢量脉冲宽度调制方法和调制设备。
背景技术：
在三相逆变电路中，三电平拓扑已经广泛应用于变频器、不断电电源供应器、功率因数校正、静止无功补偿器等场合。SVPWM(Space Vector PWM，空间矢量脉冲宽度调制)调制技术在三电平拓扑中也得到了广泛应用。在现有的SVPWM调制中，中点电压对称是其主要特点。对称三电平空间矢量的特点，是空间矢量图对称性非常好，各矢量三角形为等边三角形，各扇区为60°对称，可以输出理想的调制波形。如果中点电压不对称，则无法输出理想的调制波形。现有技术中要求空间矢量图的图形完全对称，也就是要求三电平拓扑中的中点电压平衡，一旦不平衡，将会产生计算误差，输出波形将会产生畸变。更严重的情况下，中点电压不对称，计算将产生严重错误，输出SVPWM波形将会严重畸变。传统的SVPWM调制技术正是利用了对称图形的特点来完成各矢量作用时间的计算的，而传统的算法无法应用在中点电压不平衡的场合。另外，一般情况下，在实际应用中，算法必须增加中点电压平衡控制。由于要求空间矢量图是理想对称图形，必然要求中点电压平衡控制算法快速响应，同时对硬件要求较高，譬如对电容容量就要求大。由于控制系统的滞后，特别是在系统动态变化的条件下，中点电压不平衡会导致输出波形严重畸变，直接影响中点电压平衡控制。
发明内容
本发明的实施例提供一种空间矢量脉冲宽度调制方法和调制设备，能够在三电平拓扑中中点电压不对称的情况下，使空间矢量脉冲宽度调制输出理想的调制波形。为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案:第一方面，提供一种空间矢量脉冲宽度调制方法，包括:根据三相逆变电路在一个开关周期内的电压获取与所述开关周期内的电压对应的空间矢量图；根据所述空间矢量图中的正小矢量获取正小矢量扇区，根据所述空间矢量图中的负小矢量获取负小矢量扇区，并设置所述正小矢量扇区和所述负小矢量扇区的作用时间比例，所述正小矢量使得所述三相逆变电路的中点电压升高，所述负小矢量使得所述三相逆变电路的中点电压降低；按照所述作用时间比例，对所述正小矢量扇区和所述负小矢量扇区进行空间矢量脉冲宽度调制。在第一种可能实现的方式中，结合第一方面，所述设置所述正小矢量扇区和所述负小矢量扇区的作用时间比例包括:设置在进行空间矢量脉冲宽度调制时，所述正小矢量扇区所占用开关周期数与所述负小矢量扇区所占用开关周期数的比例。在第二种可能实现的方式中，结合第一方面或第一方面的第一种可能实现的方式，所述按照所述作用时间比例，对所述正小矢量扇区和所述负小矢量扇区进行空间矢量脉冲宽度调制包括:在一个开关周期内，根据所述作用时间比例与所述开关周期，获取所述正小矢量扇区中各个矢量的作用时间；或者，获取所述负小矢量扇区中各个矢量的作用时间；按照所述正小矢量扇区中各个矢量的作用时间，或者，所述负小矢量扇区中各个矢量的作用时间进行空间矢量脉冲宽度调制。在第三种可能实现的方式中，结合第一方面或第一方面的第一种可能实现的方式，所述按照所述作用时间比例，对所述正小矢量扇区和所述负小矢量扇区进行空间矢量脉冲宽度调制包括:
根据所述作用时间比例合成虚拟矢量；按照所述虚拟矢量划分扇区；根据按照所述虚拟矢量划分的扇区获取除所述正小矢量和所述负小矢量之外各个矢量以及所述虚拟矢量的作用时间；根据所述虚拟矢量、所述正小矢量和所述负小矢量，以及所述正小矢量和所述负小矢量之外各个矢量以及所述虚拟矢量的作用时间，所述虚拟矢量与所述正小矢量和所述负小矢量的对应关系获取所述正小矢量和所述负小矢量作用时间；在一个开关周期内，按照所述正小矢量扇区中各个矢量的作用时间，或者，所述负小矢量扇区中各个矢量的作用时间进行空间矢量脉冲宽度调制。在第四种可能实现的方式中，结合第一方面或第一方面的第三种可能实现的方式，所述虚拟矢量与所述正小矢量和所述负小矢量的对应关系包括:Vxtx = V.t.+V_t_,其中，Vx表示所述虚拟矢量，1^表示所述虚拟矢量的作用时间,V.表示所述正小矢量，t+表示所述正小矢量的作用时间，V_表示所述负小矢量,t_表示所述负小矢量的作用时间。第二方面，提供一种设备，包括:矢量图获取单元，用于根据三相逆变电路在一个开关周期内的电压获取与所述开关周期内的电压对应的空间矢量图；第一扇区获取单元,用于根据所述空间矢量图中的正小矢量获取正小矢量扇区，根据所述空间矢量图中的负小矢量获取负小矢量扇区，并设置所述正小矢量扇区和所述负小矢量扇区的作用时间比例，所述正小矢量使得所述三相逆变电路的中点电压升高，所述负小矢量使得所述三相逆变电路的中点电压降低；调制单元，用于按照所述作用时间比例，对所述正小矢量扇区和所述负小矢量扇区进行空间矢量脉冲宽度调制。在第一种可能实现的方式中，结合第二方面，在设置所述正小矢量扇区和所述负小矢量扇区的作用时间比例时，所述第一扇区划分单元具体用于:设置在进行空间矢量脉冲宽度调制时，所述正小矢量扇区所占用开关周期数与所述负小矢量扇区所占用开关周期数的比例。在第二种可能实现的方式中，结合第二方面或第二方面的第一种可能实现的方式，所述调制单元包括:时间获取单元，用于在一个开关周期内，根据所述作用时间比例与所述开关周期，获取所述正小矢量扇区中各个矢量的作用时间；或者，获取所述负小矢量扇区中各个矢量的作用时间；脉冲调制单元，用于按照所述正小矢量扇区中各个矢量的作用时间，或者，所述负小矢量扇区中各个矢量的作用时间进行空间矢量脉冲宽度调制。在第三种可能实现的方式中，结合第二方面或第二方面的第一种可能实现的方式，所述调制单元包括:矢量合成单元，用于根据所述作用时间比例合成虚拟矢量；第二扇区划分单元，用于按照所述虚拟矢量划分扇区；所述时间获取单元，用于根据按照所述虚拟矢量划分的扇区获取除所述正小矢量和所述负小矢量之外各个矢量以及所述虚拟矢量的作用时间；所述时间获取单元还用于根据所述虚拟矢量、所述正小矢量和所述负小矢量，以及所述正小矢量和所述负小矢量之外各个矢量以及所述虚拟矢量的作用时间，所述虚拟矢量与所述正小矢量和所述负小矢量的对应关系获取所述正小矢量和所述负小矢量作用时间；所述脉冲调制单元，用于在一个开关周期内，按照所述正小矢量扇区中各个矢量的作用时间，或者，所述负小矢量扇区中各个矢量的作用时间进行空间矢量脉冲宽度调制。在第四种可能实现的方式中，结合第一方面或第一方面的第三种可能实现的方式，所述虚拟矢量与所述正小矢量和所述负小矢量的对应关系包括:Vxtx = V.t.+V_t_,其中，Vx表示所述虚拟矢量，1^表示所述虚拟矢量的作用时间,V.表示所述正小矢量，t+表示所述正小矢量的作用时间，V_表示所述负小矢量,t_表示所述负小矢量的作用时间。本发明实施例提供一种空间矢量脉冲宽度调制方法和调制设备，通过根据三相逆变电路在一个开关周期内的电压获取与开关周期内的电压对应的空间矢量图，根据空间矢量图中的正小矢量获取正小矢量扇区，根据空间矢量图中的负小矢量获取负小矢量扇区，并设置正小矢量扇区和负小矢量扇区的作用时间比例，按照作用时间比例正小矢量扇区和负小矢量扇区进行空间矢量脉冲宽度调制，能够在三电平拓扑中中点电压不对称的情况下，使空间矢量脉冲宽度调制输出理想的调制波形。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的一种空间矢量脉冲宽度调制方法流程示意图；图2为本发明又一实施例提供的一种空间矢量脉冲宽度调制方法流程示意图；图3为本发明又一实施例提供的一种三电平空间矢量图；图4为本发明又一实施例提供的一种空间矢量扇区划分不意图5为本发明又一实施例提供的又一种空间矢量扇区划分示意图；图6为本发明又一实施例提供的又一种空间矢量扇区划分示意图；图7为本发明又一实施例提供的一种调制设备结构示意图；图8为本发明又一实施例提供的又一种调制设备结构示意图；图9为本发明又一实施例提供的又一种调制设备结构示意图；图10为本发明又一实施例提供的一种调制设备结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例提供一种空间矢量脉冲宽度调制方法，如图1所示，包括:S101、调制设备根据三相逆变电路在一个开关周期内的电压获取与开关周期内的电压对应的空间矢量图。其中，三电平逆变器的输出性能主要取决于调制算法，由于SVPWM(Space VectorPulse Width Modulator，空间电压矢量调制)技术有易于数字实现、电压利用率高以及输出波形谐波含量低等优点，因此在三电平逆变器电路中，其开关状态可以用空间矢量图来进行说明。另外，该调制设备可以应用于逆变器、UPS (Uninterruptible Power Supply,不断电电源供应器)以及SVC(Static Var Compensator,静止无功补偿装置)等场合。S102、调制设备根据空间矢量图中的正小矢量获取正小矢量扇区，根据空间矢量图中的负小矢量获取负小矢量扇区，并设置正小矢量扇区和负小矢量扇区的作用时间比例，正小矢量使得三相逆变电路的中点电压升高，所述负小矢量使得三相逆变电路的中点电压降低。S103、调制设备按照作用时间比例，对正小矢量扇区和负小矢量扇区进行空间矢量脉冲宽度调制。本发明实施例提供一种空间矢量脉冲宽度调制方法，通过根据三相逆变电路在一个开关周期内的电压获取与开关周期内的电压对应的空间矢量图，根据空间矢量图中的正小矢量获取正小矢量扇区，根据空间矢量图中的负小矢量获取负小矢量扇区，并设置正小矢量扇区和负小矢量扇区的作用时间比例，按照作用时间比例正小矢量扇区和负小矢量扇区进行空间矢量脉冲宽度调制，能够在三电平拓扑中中点电压不对称的情况下，使空间矢量脉冲宽度调制输出理想的调制波形。本发明又一实施例提供一种空间矢量脉冲宽度调制方法，如图2所示，包括:S201、调制设备根据三相逆变电路在一个开关周期内的电压获取与开关周期内的电压对应的空间矢量图。具体的，在三相逆变电路中，三电平逆变器电压矢量可以分为大矢量、中矢量、小矢量和零矢量。其中，大矢量为6个，中矢量为6个，小矢量为12个，零矢量为3个。在一个开关周期内，中点电压平衡时，三电平空间矢量图为完全对称空间矢量图，而当中点电压不平衡时，其空间矢量图为完全不对称图形，如图3所示。图形会随着中点电压的变化而变化，当不平衡加大时，重合的小矢量向两个极点位置移动，即正小矢量向矢量图中的零点靠近，负小矢量向矢量图的外圈靠近，对应在三相逆变电路中将使得逆变电路的中点电压不平衡。极端情况下，三电平空间矢量变为两电平状态。同时，中矢量也不在对称的位置上，而是向两个长矢量的位置偏移。这样，不同的矢量处理方式，将会产生不同的电压矢量调制模式。S202、调制设备根据空间矢量图中的正小矢量获取正小矢量扇区，根据空间矢量图中的负小矢量获取负小矢量扇区。其中，中点电压平衡的任务就是要在一个控制周期中控制流经中点的平均中点电流为零，使得在每个控制周期中电容电压的变化为零。在各个空间矢量对中点电压的影响中，不同的矢量对中点电压的影响是不一样的，其中，零矢量对中点电压大小无影响，中矢量和大矢量是按照负载的条件来影响中点电压平衡控制的，而负小矢量可以使得中点电压降低，正小矢量可以使得中点电压升高，而每对小矢量产生的输出线电压是相同的，对于中点电压的影响是相反的，进而中点电压控制的关键就在于采用合适的小矢量来产生平衡电容电压。为了减少逆变器输出的谐波含量，三电平逆变器一般采用最近三矢量合成方式。首先，确定参考矢量位于哪一个三角形内，根据方位角信息可以判定参考矢量位于哪一扇区。按照最近三矢量合成规则选择空间电压矢量，并计算每个矢量的作用时间。可以选择该三角形顶点所对应的电压矢量来合成参考矢量。其中，参考矢量可以为目的输出矢量，包括要输出的矢量长度以及在空间矢量图中的位置，对应在电路中，就是要输出的中点电压大小和偏移位置。示例性的，当中点电压不平衡时，假设要输出的参考矢量位于完全不对称空间矢量图中的I扇区中，不重合的正负小矢量将I扇区划分为了不同的小扇区，分别为A扇区、B扇区、C扇区和D扇区。其中，VMf为参考矢量，其长度为矢量的大小，Θ角为参考矢量的偏移角度位置。具体的，如图4所示，可以先用正小矢量V1+和V2+来划分I扇区，这样，根据最近三矢量合成规则，可以由矢量V1+、V7和V13来合成，即顶点V1+、V7和V13所在的矢量可以来合成参考矢量，其所在的矢量开关可以影响中点电压的平衡控制。而后，如图5所示，再用负小矢量和V2_来划分I扇区，根据最近三矢量合成规则，VMf可以由矢量\、\_和V2_来合成，即顶点H和V2_所在的矢量可以来合成参考矢量，其所在的矢量开关可以影响中点电压的平衡控制。在三相逆变电路中，输出的交流电映射到空间矢量图中，在一个周期内，参考矢量在0° -360°的矢量图中旋转，这样，获取了 I扇区的矢量合成规则，可以获取参考矢量在I扇区时的电压平衡控制方法，同理，当参考矢量位于其他扇区时，也可以对输出的电压平衡进行控制。S203、调制设备设置正小矢量扇区和负小矢量扇区的作用时间比例，而后执行S204 或 S206。具体的，正小矢量对扇区进行划分后，用来合成参考矢量的各个矢量，通过控制其所在的开关的作用时间可以升高中点电压来控制参考矢量的偏移位置；负小矢量对扇区进行划分后，用来合成参考矢量的各个矢量，通过控制其所在的开关作用时间可以降低中点电压来控制参考矢量的偏移位置，这样，用来合成参考矢量的不同矢量对中点电压的影响是不一样的，从而通过控制矢量作用时间的比例就可以控制中点电压的偏移方向。S204、调制设备在一个开关周期内，根据作用时间比例与开关周期，获取正小矢量扇区中各个矢量的作用时间；或者，获取负小矢量扇区中各个矢量的作用时间。示例性的，当参考矢量位于I扇区时，获取正小矢量所在的I扇区各个矢量的作用时间可以通过以下方式来得到:由于参考矢量在I扇区内，可以由矢量VpV13和V14来合成。根据矢量合成原理获取公式一如下:
权利要求
1.种空间矢量脉冲宽度调制方法，其特征在于，包括: 根据三相逆变电路在一个开关周期内的电压获取与所述开关周期内的电压对应的空间矢量图； 根据所述空间矢量图中的正小矢量获取正小矢量扇区，根据所述空间矢量图中的负小矢量获取负小矢量扇区，并设置所述正小矢量扇区和所述负小矢量扇区的作用时间比例，所述正小矢量使得所述三相逆变电路的中点电压升高，所述负小矢量使得所述三相逆变电路的中点电压降低； 按照所述作用时间比例，对所述正小矢量扇区和所述负小矢量扇区进行空间矢量脉冲宽度调制。
2.据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置所述正小矢量扇区和所述负小矢量扇区的作用时间比例包括: 设置在进行空间矢量脉冲宽度调制时，所述正小矢量扇区所占用开关周期数与所述负小矢量扇区所占用开关周期数的比例。
3.据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述按照所述作用时间比例，对所述正小矢量扇区和所述负小矢量扇区进行空间矢量脉冲宽度调制包括: 在一个开关周期内，根据所述作用时间比例与所述开关周期，获取所述正小矢量扇区中各个矢量的作用时间；或者，获取所述负小矢量扇区中各个矢量的作用时间； 按照所述正小矢量扇区中各个矢量的作用时间，或者，所述负小矢量扇区中各个矢量的作用时间进行空间矢量脉冲宽度调制。
4.据权利要求1或2所述 的方法，其特征在于，所述按照所述作用时间比例，对所述正小矢量扇区和所述负小矢量扇区进行空间矢量脉冲宽度调制包括: 根据所述作用时间比例合成虚拟矢量； 按照所述虚拟矢量划分扇区； 根据按照所述虚拟矢量划分的扇区获取除所述正小矢量和所述负小矢量之外各个矢量以及所述虚拟矢量的作用时间； 根据所述正小矢量和所述负小矢量、所述虚拟矢量，以及所述正小矢量和所述负小矢量之外各个矢量以及所述虚拟矢量的作用时间，所述虚拟矢量与所述正小矢量和所述负小矢量的对应关系获取所述正小矢量和所述负小矢量作用时间； 在一个开关周期内，按照所述正小矢量扇区中各个矢量的作用时间，或者，所述负小矢量扇区中各个矢量的作用时间进行空间矢量脉冲宽度调制。
5.据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述虚拟矢量与所述正小矢量和所述负小矢量的对应关系包括: vxtx = V+t++V_t_,其中,Vx表示所述虚拟矢量，1^表示所述虚拟矢量的作用时间,V+表示所述正小矢量,t+表示所述正小矢量的作用时间，v_表示所述负小矢量,t_表示所述负小矢量的作用时间。
6.种调制设备，其特征在于，包括: 矢量图获取单元，用于根据三相逆变电路在一个开关周期内的电压获取与所述开关周期内的电压对应的空间矢量图； 第一扇区获取单元，用于根据所述空间矢量图中的正小矢量获取正小矢量扇区，根据所述空间矢量图中的负小矢量获取负小矢量扇区，并设置所述正小矢量扇区和所述负小矢量扇区的作用时间比例，所述正小矢量使得所述三相逆变电路的中点电压升高，所述负小矢量使得所述三相逆变电路的中点电压降低； 调制单元，用于按照所述作用时间比例，对所述正小矢量扇区和所述负小矢量扇区进行空间矢量脉冲宽度调制。
7.据权利要求6所述的设备，其特征在于，在设置所述正小矢量扇区和所述负小矢量扇区的作用时间比例时，所述第一扇区划分单元具体用于: 设置在进行空间矢量脉冲宽度调制时，所述正小矢量扇区所占用开关周期数与所述负小矢量扇区所占用开关周期数的比例。
8.据权利要求6或7所述的设备，其特征在于，所述调制单元包括: 时间获取单元，用于在一个开关周期内，根据所述作用时间比例与所述开关周期，获取所述正小矢量扇区中各个矢量的作用时间；或者，获取所述负小矢量扇区中各个矢量的作用时间； 脉冲调制单元，用于按照所述正小矢量扇区中各个矢量的作用时间，或者，所述负小矢量扇区中各个矢量的作用时间进行空间矢量脉冲宽度调制。
9.据权利要求6或7所述的设备，其特征在于，所述调制单元包括: 矢量合成单元，用于根据所述作用时间比例合成虚拟矢量； 第二扇区划分单元，用于按照所述虚拟矢量划分扇区； 所述时间获取单元，用于根据按照所述虚拟矢量划分的扇区获取除所述正小矢量和所述负小矢量之外各个矢量以及所述虚拟矢量的作用时间； 所述时间获取单元还用于根据所述虚拟矢量、所述正小矢量和所述负小矢量，以及所述正小矢量和所述负小矢量之外各个矢量以及所述虚拟矢量的作用时间，所述虚拟矢量与所述正小矢量和所述负小矢量的对应关系获取所述正小矢量和所述负小矢量作用时间； 所述脉冲调制单元，用于在一个开关周期内，按照所述正小矢量扇区中各个矢量的作用时间，或者，所述负小矢量扇区中各个矢量的作用时间进行空间矢量脉冲宽度调制。
10.据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述虚拟矢量与所述正小矢量和所述负小矢量的对应关系包括: vxtx = V+t++V_t_,其中,Vx表示所述虚拟矢量，1^表示所述虚拟矢量的作用时间,V+表示所述正小矢量,t+表示所述正小矢量的作用时间，v_表示所述负小矢量,t_表示所述负小矢量的作用时间。
全文摘要
本发明实施例提供一种空间矢量脉冲宽度调制方法和调制设备，涉及控制领域，能够在三电平拓扑中中点电压不对称的情况下，使空间矢量脉冲宽度调制输出理想的调制波形。其方法为通过根据三相逆变电路在一个开关周期内的电压获取与开关周期内的电压对应的空间矢量图，根据空间矢量图中的正小矢量获取正小矢量扇区，根据空间矢量图中的负小矢量获取负小矢量扇区，并设置正小矢量扇区和负小矢量扇区的作用时间比例，按照作用时间比例正小矢量扇区和负小矢量扇区进行空间矢量脉冲宽度调制。本发明实施例用于空间矢量脉冲宽度调制方法。
文档编号H02M7/48GK103095166SQ201310037480
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月30日 优先权日2013年1月30日
发明者徐运燕 申请人:华为技术有限公司