专利名称：一种基于svpwm的三相逆变器无死区控制方法
技术领域：
本发明涉及逆变器无死区数字化控制技术领域，尤其是涉及一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法。
背景技术：
随着全控型高频率、高功率电力电子器件的性能的不断提高，人们对逆变器工作性能和品质的期望值也不断提高，而三相电压型逆变器上下桥臂直通产生的死区影响逆变器的输出波形品质一直是学者们关注的重点之一，因此近年来对控制逆变器无死区的策略研究越来越受到关注。理想情况下，逆变器同一桥臂上下两个功率二极管总是互补导通和关断的。但因器件的导通和关断都需要一定的时间，且一般是关断时间Ttjff大于开通时间Tm，因此在上下桥臂导通和关断之间存在上下桥臂直通的时间，这断时间便称为“死区”。由于死区的存在会使输出电压波形发生畸变，降低基波幅值，增加低次谐波含量。因此消除死区是学者们一直努力的方向。多年来，为了减小消除死去的影响，学者们做了大量的研究，通常包括死区补偿、减小死区时间、消除死区时间。死区补偿为主要是对死区误差进行电压补偿，或者调整的驱动脉冲信号P WM宽度而进行时间的补偿，使实际的开通时间与理想导通时间相一致。是对死区误差进行电压补偿，或者调整的驱动脉冲信号P WM宽度而进行时间的补偿，使实际的开通时间与理想导通时间相一致。之后奥利弗等提出通过改变开关频率与门极信号脉宽来减少逆变器输出电压的畸变，但其计算量大，并不具有实用性。之后一批外国学者也提出了通过在线补偿的方法抵消功率管压降变动对死区的影响，但要求参数非常精确。何正义等通过在d-q坐标系下计算电流大小，提出分别独立地改变三个桥臂各自的死区时间，目的是使由死区引起的扰动电压矢量跟随电流矢量同步旋转，但最小死区允许时间是由器件自身决定且在运行中其值也是个变量。Choi J.S等提出禁止给不必要的开关门极驱动信号的一种的死区时间最小化的算法。当采用硬件对电流进行检测或是计算时，存在引入A/D转换的误差以及检测的滞后，并由于存在PWM的开关噪声和零电流的钳位现象，使得在电流检测中出现多个过零点的现象，难以准确获取电流极性，所以死区补偿与最小死区时间方法只是在一定程度上减少死区效应影响，但不能完全消除。消除死区方法是设置无死区策略，原理是:通过控制脉冲序列，当流过逆变器一个桥臂的电流方向一定时，只需要控制该桥臂中一个IGBT的开关状态就可以控制整个桥臂的输出电压，从而避免上下桥臂发生直通，实现无死区控制。对于三相逆变器无死区控制方法，学者们也做了大量研究，在2008年，陈立华等提出的无死区脉宽调制(SPWM)，原理是:在电流正负半周内，同一桥臂对管事实上只有一个功率管与对管的并联二极管导通电流，所以可以禁止实际不导通电流的功率管驱动信号，让其一直处于关断状态，则对管之间不用再设置死区，实现无死区SPWM调制。但是它需要通过精确检测负载电流的方向来决定功率管导通与否。附加硬件检测电路判断功率管并联二极管是否导通来检测电流方向，然而，硬件检测电路带来了不可靠性、复杂性。更重要的问题是，由于开关造成的高频纹波电流成分的存在，使得逆变器输出电流在过零点附近反复穿越过零点，检测输出电路将出现高频振荡。同时，由于数字控制本身存在至少一个控制周期的延时，则在过零点附近，当控制器输出功率管导通信号时，负载电流可能已经改变方向，导致检测失败。同时传统的SVPWM方法限制一个扇区通常包括两个零矢量，增加了死区的可能性。因为一般开关器件的关断时间大于开通时间，存在死区会使输出电压波形发生畸变，电压利用率不高、损耗大的缺点。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种只需要通过控制一个零矢量来限制该扇区的脉冲序列，从而避免了设置零矢量和其他矢量切换产生的死区时间的一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法。本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种解决三相逆变器死区影响的电流过零点问题，从而使电流极性发生改变时不致于产生死区的一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法。本发明再有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种解决扇区序列发生过渡时产生的死区，从而实现平滑过渡的一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法，其特征在于，以及定义上桥臂开关SA、Sb和S。，相应的下桥臂开关为S/、SB'和S。'，并且，三相逆变器中桥臂开关的单极性二值逻辑开关函数S m按以下公式取值:
权利要求
1.一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法，其特征在于，以及定义上桥臂开关SA、Sb和S。，相应的下桥臂开关为S/、SB'和S。'，并且，三相逆变器中桥臂开关的单极性二值逻辑开关函数Sm按以下公式取值:
2.根据权利要求1所述的一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法，其特征在于，所述步骤2中，对于电流过零扇区序列，该区域的某相控制序列恒为0或1，恒为0时，只给下桥臂的开关管发脉冲，没有发生直通条件；恒为I时，只给上桥臂发脉冲，没有发生直通条件。
3.根据权利要求1所述的一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法，其特征在于，对于常规扇区序列，扇区电流大于零，上桥臂开关管导通或者下桥臂二极管导通，整个过程下桥臂开关管没有导通脉冲，从而不能发生直通；扇区电流小于零，下桥臂开关管导通或者上桥臂二极管导通，整个过程上桥臂开关管没有导通脉冲，从而不能发生直通。
4.根据权利要求1所述的一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法，其特征在于，对于过渡扇区序列，根据过渡状态有以下选择步骤: 选择步骤1，过渡时，该相上桥臂脉冲序列恒为0或1，下桥臂脉冲序列恒为I或0，只需要控制一个桥臂的开通和关断即可，从而没有直通条件，无死区； 选择步骤2，过渡时，限制上一个扇区的零矢量已经将进入下一扇区的桥臂提前关闭了，为上一个扇区过渡到下一扇区准备了时间，从而在扇区过渡时由于零矢量的作用已经将该相的上桥臂开通，只需要控制下桥臂桥关断；或者在扇区过渡时由于零矢量的作用已经将该相的上桥臂关断，只需要控制下桥臂桥开通；从而上下桥臂不会发生直通现象，无死区。
全文摘要
本发明提出一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法，对三相电压型逆变器控制无死区问题进行分析研究，优化目标为使三相电压型逆变器无死区。运用三相电压型逆变器SVPWM控制方法，提出了通过控制过零扇区脉冲序列、常规扇区脉冲序列、过渡扇区脉冲序列的策略，考虑其对逆变器无死区效应控制效果和效率，提出其为基于SVPWM的无死区控制策略。此外，本发明考虑实际电力系统中，低次谐波影响较大，高次谐波影响较小，而三相电压逆变器无死区可以避免低次谐波的影响，更对实际电力系统有效。
文档编号H02M7/5387GK103208940SQ20131014101
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月22日 优先权日2013年4月22日
发明者袁佳歆, 费雯丽, 赵震, 陈立, 陈敏, 陈柏超 申请人:武汉大学