三电平变流器同步3倍数次SVPWM载波实现方法与流程

本发明涉及一种pwm控制方法，尤其涉及一种三电平变流器同步3倍数次svpwm载波实现方法。
背景技术：
：常见三电平变流器如npc(neutralpointclamped)三电平变流器和anpc(activenpc)三电平变流器。以anpc三电平变流器为例，主电路拓扑如图1所示，通过控制各开关器件通断，其交流侧可分别输出三种不同的电平状态。anpc三电平变流器于2001年由德国学者t.bruckner首次在ieee-pesc会议上提出，以其损耗平衡分布和容错能力较强的特点，在中高压大功率电机的调速场合获得了广泛应用。空间矢量脉宽调制策略svpwm(spacevectorpulsewidthmodulation)是一种在三电平变流器中广泛使用的调制方法。svpwm将变流器的三相系统和电机看成一个整体，从而建立变流器开关状态与电压空间矢量的内在联系。基于伏秒等效原则，svpwm通过求解各开关状态的作用时间来控制三电平变流器的开关状态，使得电机的定子磁链逼近理想圆形轨迹。三电平变流器下的svpwm各电压空间矢量分布如图2所示，以其中330度到30度扇区1为例，各电压空间矢量的含义如表1。定义三电平变流器直流侧总电压为2e，表1中，p状态对应三电平变流器交流侧相电压为2e，o状态对应三电平变流器交流侧相电压为e，n状态对应三电平变流器交流侧相电压为0。表1330度到30度扇区svpwm各电压空间矢量类型大矢量中矢量p型小矢量n型小矢量零矢量pnnpon、pnopooonnooo、nnn、ppp针对svpwm，根据每个基波周期内载波比是否固定，可将svpwm分为异步svpwm和同步svpwm两大类。三电平变流器在应用于中高压大功率电机的牵引调速场合时具备宽频率输出范围的特点，在基波频率较低、载波比较高时，异步svpwm可以充分利用开关频率来获得更好的谐波性能；随着基波频率的增加，载波比降低，异步svpwm产生的非特征次谐波对谐波性能的不良影响加剧。针对低载波比下的三电平变流器，为优化谐波性能，应使用同步svpwm。为在低载波比下获得更好的谐波性能，同步svpwm应使得输出相电压波形满足同步、三相对称(threephasesymmetry,tps)、半波对称(halfwaveformsymmetry,hws)和四分之一周期对称(quarterwaveformsymmetry,qws)。文献《modifiedsvpwmalgorithmforthreelevelvsiwithsynchronizedandsymmetricalwaveforms》(beigar,[j].ieeetransactionsonindustrialelectronics,2007,54(1)：486–494.)指出为实现任意同步3倍数次svpwm，在每个60度扇形扇区内需分布有偶数个采样点，并给出了输出相电压波形满足同步、tps、hws、qws的开关状态变化规律，具体如下：按图2所示将三电平电压空间矢量划分为6个60度扇形扇区，每个60度扇形扇区内依据调制比划分为6部分。各扇区内分布有偶数m个采样点，对应同步3m/2次svpwm。m个采样点均在扇区内部，其中首尾以外的采样点按照传统的svpwm七段法动作，首尾采样点动作方式比较特殊，以图2中扇区1和扇区2为例，两个扇区的首尾采样点在各调制比区域的开关状态总结于表2。表2扇区1和扇区2首尾采样点开关状态令每个60度扇区内采样点个数为偶数并在各采样点处按照以上开关状态动作，可实现任意线性调制比区域内三电平变流器同步3倍数次svpwm控制，其相电压输出波形满足同步、tps、hws、qws。但上述方法在实现同步3倍数次svpwm控制时需在各采样点处计算各电压空间矢量的作用时间，计算步骤复杂且运算量较大，不利于实际工程应用。技术实现要素：为克服传统同步3倍数次svpwm控制方法存在的不足，本发明提出一种三电平变流器同步3倍数次svpwm载波实现方法。本发明利用双载波与单调制波比较等效得到每个60度扇区内非首尾采样点的开关动作，利用双载波与双调制波比较等效得到每个60度扇区内首尾采样点的开关动作，从而基于载波实现了同步3倍数次svpwm控制且其输出相电压波形满足同步、三相对称(tps)、半波对称(hws)、四分之一周期对称(qws)。本发明减少了同步3倍数次svpwm的计算量，更易于实现工程应用。为实现同步，本发明一种三电平变流器同步3倍数次svpwm载波实现方法在每个60度空间角扇区内的固定角度处分布有偶数个采样点；对于每个60度扇区内的非首尾采样点，本发明通过在三相正弦波上叠加零序分量u0＝0.5*(1-vmax-vmin)得到单调制波表达式；对于每个60度扇区内的首尾采样点，本发明按照所在调制比区域选择相应的双调制波表达式；本发明通过在空间角330度到30度、90度到150度、210度到270度扇区内第一个采样点生成下降沿双载波，在其余扇区内第一个采样点生成上升沿双载波，得到双载波表达式；本发明利用双载波与单调制波或双调制波比较得到各采样点对应的开关动作，从而基于载波比较实现三电平变流器同步3倍数次svpwm控制。本发明三电平变流器同步3倍数次svpwm载波实现方法具体步骤如下：1、计算每个60度扇区内各采样点位置本发明在每个60度空间角扇区内的固定角度处分布有偶数个采样点。定义每个60度扇区内采样点个数为m，各采样点对应固定角度分别为β1,β2…..βm，每个60度扇区内各采样点位置计算方法如下：1)定义θ为每个60度扇区中间轴所对应的空间角，对于330度到30度扇区，θ＝0°；对于30度到90度扇区，θ＝60°；对于90度到150度扇区，θ＝120°；对于150度到210度扇区，θ＝180°；对于210度到270度扇区，θ＝240°；对于270度到0度扇区，θ＝300°；2)每个采样点之间间隔为π/(3m)，首先确定第m/2个采样点位置βm/2＝θ-π/(6m)；3)定义βm(m＝1,2…..m)为每个60度扇区内任意采样点所对应空间角，根据βm＝βm/2-π/(3m)*(m/2-m)，依次确定剩余各采样点对应空间角位置。2、求解非首尾采样点对应的单调制波表达式对于每个60度空间角扇区内的非首尾采样点，本发明通过三相正弦波叠加零序分量得到单调制波表达式。其中，三相正弦波定义如下：式(1)中，ua,ub,uc分别为a相、b相、c相三相正弦波，kv为三相正弦波标幺后的幅值，ω为角速度，t对应时间。零序分量定义如下：u0＝0.5*(1-vmax-vmin)式(2)中，u0为零序分量，vmax,vmin分别为三相正弦波大于等于零时值不变，小于零时值加1后的最大值和最小值。三相正弦波ua,b,c叠加零序分量后u0得到单调制波ura,rb,rc，即ura,rb,rc＝ua,b,c+u0。3、划分调制比区域对于每个60度扇区内的首尾采样点，本发明按照所在调制比区域选择相应的双调制波表达式。本发明对每个60度扇区内首尾采样点处调制比区域划分如下：1)将每个60度扇区内首尾采样点对应空间角度β值(即β1,βm)旋转到0到π/3区域，对应空间角度为β′(即β′1,β′m)；2)定义调制比区域时间计算因子如下：式(3)中，kv为三相正弦波标幺后的幅值，ta，tb，tc为首尾采样点处调制比区域计算时间因子。3)当ta≥0，tb<0，tc≥0，所在调制比区域定义为低调制比区域；当ta≥0，tb≥0，tc≥0，所在调制比区域定义为中调制比区域；其余情况下，所在调制比区域定义为高调制比区域。4、求解首尾采样点在低调制比区域对应的双调制波表达式定义三相双调制波分别为vxp和vxn(x＝a,b,c)，本发明在首尾采样点在低调制比区域对应的双调制波表达式计算方法如下：当采样点位于330度到30度扇区内时，首尾采样点在低调制比区域对应的双调制波表达式为：90度到150度、210度到270度扇区内的首尾采样点低调制比区域双调制波表达式可分别由式(4)旋转120度和240度后得到，即：当采样点位于30度到90度扇区内，首尾采样点在低调制比区域对应双调制波表达式为：150度到210度、270度到330度扇区内的首尾采样点低调制比区域双调制波表达式可分别由式(6)旋转120度和240度后得到；式(4)到式(6)中，β1、βm分别对应各60度扇区内首尾采样点所在空间角位置，vxp和vxn(x＝a,b,c)对应三相双调制波，z0和z1对应330度到30度、90度到150度、210度到270度扇区内低调制比区域动作两次相的双调制波表达式，z2和z3对应30度到90度、150度到210度、270度到330度扇区内低调制比区域动作两次相的双调制波表达式。z0、z1和z2、z3定义如下：式(7)中，umax、umin、umid为双调制波对应等面积单调制波中的最大值、最小值和中间值，计算方法如下：式(8)中，βm为每个60度扇区内任意采样点所对应空间角，ua,ub,uc分别为a相、b相、c相三相正弦波，vmax,vmin分别为三相正弦波大于等于零时值不变，小于零时值加1后的最大值和最小值，ura2,urb2,urc2分别为a相、b相、c相三相双调制波对应的等面积单调制波。5、求解首尾采样点在中调制比区域对应的双调制波表达式本发明在首尾采样点在中调制比区域对应的双调制波表达式计算方法如下：当采样点位于330度到30度扇区内，首尾采样点在中调制比区域对应的双调制波表达式为：90度到150度、210度到270度扇区内首尾采样点在中调制比区域双调制波表达式可分别由式(9)旋转120度和240度后得到；当采样点位于30度到90度扇区内，首尾采样点在中调制比区域对应双调制波表达式为：150度到210度、270度到330度扇区内首尾采样点在中调制比区域双调制波表达式可分别由式(10)旋转120度和240度后得到；式(9)到式(10)中，z4和z5对应330度到30度、90度到150度、210度到270度扇区内中调制比区域动作两次相双调制波表达式，z6和z7对应30度到90度、150度到210度、270度到330度扇区内中调制比区域动作两次相的双调制波表达式。z4、z5和z6、z7定义如下：式(11)中，umax和umin为双调制波对应等面积单调制波中的最大值和最小值。6、求解首尾采样点在高调制比区域对应的双调制波表达式本发明在首尾采样点在高调制比区域对应的双调制波表达式计算方法如下：当采样点位于330度到30度扇区内时，首尾采样点在高调制比区域对应的双调制波表达式为：90度到150度、210度到270度扇区内首尾采样点在高调制比区域双调制波表达式可分别由式(12)旋转120度和240度后得到；当采样点位于30度到90度扇区内时，首尾采样点在高调制比区域对应的双调制波表达式为：150度到210度、270度到330度扇区内首尾采样点在高调制比区域双调制波表达式可分别由式(13)旋转120度和240度后得到；式(12)到式(13)中，z8和z9对应330度到30度、90度到150度、210度到270度扇区内高调制比区域动作两次相的双调制波表达式，z10和z11对应30度到90度、150度到210度、270度到330度扇区内高调制比区域动作两次相的双调制波表达式。z8、z9和z10、z11定义如下式：式(14)中，umax、umin、umid为双调制波对应等面积单调制波中的最大值、最小值和中间值。7、求解双载波表达式本发明通过在空间角330度到30度、90度到150度、210度到270度扇区内第一个采样点生成下降沿双载波，在其余扇区内第一个采样点生成上升沿双载波，得到双载波表达式。定义载波频率为fc，上升沿双载波和下降沿双载波的生成方法如下：1)定义tβ为指令电压经过每个60度扇区内奇数采样点位置β1,β3…..βm-1时的时刻，令tcarr＝t-tβ，则tcarr为随时间在0到1/fc变化的值；2)在空间角330度到30度、90度到150度、210度到270度扇区内第一个采样点，生成下降沿双载波vcarr1和vcarr2，其表达式如下：3)在空间角30度到90度、150度到210度、270度到360度扇区内第一个采样点，生成上升沿双载波vcarr1和vcarr2，其表达式如下：8、制定双载波与单调制波比较规则本发明利用双载波与单调制波比较得到每个60度扇区内非首尾采样点对应的开关动作。定义三电平变流器直流侧总电压为2e，双载波为vcarr1、vcarr2，单调制波为urx，双载波与单调制波比较的具体规则如下：当urx>vcarr1，控制对应相各开关器件通断使交流侧相电压输出为2e；当urx<vcarr2，控制对应相各开关器件通断使交流侧相电压输出为0；其余情况下，控制对应相各开关器件通断使交流侧相电压输出为e。9、制定双载波与双调制波比较规则本发明利用双载波与双调制波比较得到每个60度扇区内首尾采样点对应的开关动作。定义双载波为vcarr1、vcarr2，双调制波为vxp、vxn，双载波与双调制波比较的具体规则如下：1)当vxp＝vxn时，当vxp>vcarr1，控制对应相各开关器件通断使交流侧相电压输出为2e；当vxp<vcarr2，控制对应相各开关器件通断使交流侧相电压输出为0；其余情况下，控制对应相各开关器件通断使交流侧相电压输出为e；2)当vxp！＝vxn且当前采样点位于低调制比区域或高调制比区域时，当vxn>＝0时，在vxp>vcarr1且vxn<vcarr1时，控制对应相各开关器件通断使交流侧相电压输出为2e，其余情况下交流侧相电压输出为e；当vxn<0时，在vxp>vcarr2且vxn<vcarr2时，控制对应相各开关器件通断使交流侧相电压输出为0，其余情况下交流侧相电压输出为e；3)当vxp！＝vxn且当前采样点位于中调制比区域时，当vxn>＝0时，在vxp>vcarr1且vxn<vcarr1时，控制对应相各开关器件通断使交流侧相电压输出为e，其余情况下使交流侧相电压输出为2e；当vxn<0时，在vxp>vcarr2且vxn<vcarr2时，控制对应相各开关器件通断使交流侧相电压输出为e，其余情况下交流侧相电压输出为0。附图说明图1三电平anpc变流器主电路拓扑图；图2三电平svpwm空间电压矢量图及各扇区和区域划分；图3扇区1首尾采样点对应的开关动作序列；图4三电平svpwm对应低调制比、中调制比、高调制比区域，其中：图4a对应低调制比区域，图4b对应中调制比区域，图4c对应高调制比区域；图5扇区1和扇区2第一个采样点在低调制比区域双载波与双调制波比较的示意图；图6扇区1和扇区2第一个采样点在高调制比区域动作序列和其对应的等面积单调制波动作序列，其中：图6a对应扇区1，图6b对应扇区2；图7利用等面积单调制波与载波比较得到pnn-pno-poo和ppn-pon-oon的示意图；图8扇区1和扇区2第一个采样点在中调制比区域双载波与双调制波比较的示意图；图9扇区1和扇区2第一个采样点在高调制比区域双载波与双调制波比较的示意图；图10本发明的实施流程图；图11是实施例中定频率下高调制比区域本发明控制方法下同步9次对应的三相相电压；图12是实施例中定频率下高调制比区域本发明控制方法下同步9次对应的a相线电压fft分析结果；图13是实施例中定频率下高调制比区域本发明控制方法下同步6次对应的三相相电压；图14是实施例中定频率下高调制比区域本发明控制方法下同步6次对应的a相线电压fft分析结果；图15是实施例中定频率下高调制比区域本发明控制方法下同步3次对应的三相相电压；图16是实施例中定频率下高调制比区域本发明控制方法下同步3次对应的a相线电压fft分析结果和基波线电压幅值，其中：图16a对应a相线电压fft分析结果，图16b对应基波线电压幅值；图17是实施例中定频率下中调制比区域本发明控制方法下同步3次对应的a相相电压、线电压和线电压基波幅值，其中：图17a对应a相相电压、线电压，图17b对应线电压基波幅值；图18是实施例中定频率下低调制比区域本发明控制方法下同步3次对应的a相相电压、线电压和线电压基波幅值，其中：图18a对应a相相电压、线电压，图18b对应线电压基波幅值；具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。为实现同步，本发明三电平变流器同步3倍数次svpwm载波实现方法在每个60度空间角扇区内的固定角度处分布有偶数个采样点；对于每个60度扇区内的非首尾采样点，本发明通过在三相正弦波上叠加零序分量u0＝0.5*(1-vmax-vmin)得到单调制波表达式；对于每个60度扇区内的首尾采样点，本发明按照所在调制比区域选择相应的双调制波表达式；本发明通过在空间角330度到30度、90度到150度、210度到270度扇区内第一个采样点生成下降沿双载波，在其余扇区内第一个采样点生成上升沿双载波，得到双载波表达式；本发明利用双载波与单调制波或双调制波比较得到各采样点对应的开关动作，从而基于载波比较实现三电平变流器同步3倍数次svpwm控制。本发明步骤具体如下：1、计算每个60度扇区内各采样点位置本发明三电平变流器同步3倍数次svpwm载波实现方法在各60度扇区内分布有偶数个采样点，为进行采样，需首先计算每个60度扇区内各采样点位置。为方便后续理解，对三电平svpwm各60度扇区的划分统一如图2所示，即空间角330度到30度扇区定义为扇区1，30度到90度扇区定义为扇区2，90度到150度扇区定义为扇区3，150度到210度扇区定义为扇区4，210度到270度扇区定义为扇区5，270度到360度扇区定义为扇区6。2、求解非首尾采样点对应的单调制波表达式每个60度扇区内的采样点可分为首尾采样点和非首尾采样点，两者对应的开关序列特性不同。对于每个60度扇区内的非首尾采样点，其开关动作序列和传统的七段式svpwm一致，均是基于最近三矢量法，两个冗余小矢量作用时间相同且每个采样周期内各相开关状态均动作一次，可利用单调制波与双载波比较的方式来等效实现。为基于载波实现非首尾采样点动作序列，首先求解非首尾采样点对应的单调制波表达式。3、划分调制比区域由表2分析不同60度扇区内首尾采样点的开关特性。对于每个60度扇区的区域1、2，由表2知扇区1第一个采样点对应动作序列为ooo-ono-ooo-poo，最后一个采样点对应动作序列为poo-ooo-oon-ooo，首尾采样点动作如图3所示。图3中，首尾采样点对应的动作序列均只使用了p型冗余小矢量且在一个采样周期内，一相开关不动作，一相开关动作一次，一相开关动作两次。扇区2第一个采样点对应动作序列为ooo-poo-ooo-oon，第二个采样点对应动作序列为oon-ooo-opo-ooo，观察首尾采样点对应的动作序列，均只使用了n型冗余小矢量且在一个采样周期内，一相开关不动作，一相开关动作一次，一相开关动作两次。进而可推出在扇区1、3、5的首尾采样点只使用p型冗余小矢量，在扇区2、4、6的首尾采样点只使用n型冗余小矢量，且均在一个采样周期内，一相开关不动作，一相开关动作一次，一相开关动作两次。同样思路可分析出在每个60度扇区的区域3、4和5、6，在扇区1、3、5的首尾采样点只使用p型冗余小矢量，在扇区2、4、6的首尾采样点只使用n型冗余小矢量，且在一个采样周期内，一相开关不动作，一相开关动作一次，一相开关动作两次。由于首尾采样点存在不动作相和动作两次相，利用传统单调制波与双载波比较的方式无法得到相应的开关动作，需利用双调制波与双载波比较来等效。针对每个60度扇区的首尾采样点，依据其所处调制比区域不同，其对应的双调制波表达式不同。为选择正确的双调制波表达式，需判定首尾采样点所处的调制比区域。首尾采样点所处的调制比区域依据其对应调制比大小可分为对应图4a所示低调制比区域、对应图4b所示中调制比区域和对应图4c所示高调制比区域。各调制比区域划分的方法具体如下：1)将每个60度扇区内首尾采样点对应空间角度β值(即β1,βm)旋转到0到π/3区域，对应空间角度为β′(即β′1,β′m)。β′计算方法如下：定义y＝int{β/(π/3)}，int表示取整数，有β′＝β-y*(π/3)；2)定义调制比区域时间计算因子如下：式(17)中，kv为三相正弦波标幺后的幅值，ta，tb，tc为首尾采样点处调制比区域计算时间因子。ta，tb，tc推导过程如下：假定指令电压落在图2中区域1.4，依据最近三矢量原则，有：式(18)中，|vref|为指令电压的幅值，2e对应直流侧总电压。求解式(18)可得式(17)。3)当ta≥0，tb<0，tc≥0，所在调制比区域定义为低调制比区域；当ta≥0，tb≥0，tc≥0，所在调制比区域定义为中调制比区域；其余情况下，所在调制比区域定义为高调制比区域。4、求解首尾采样点在低调制比区域对应的双调制波表达式利用单调制波与双载波比较可在每个采样周期内最多产生一次开关动作，而首尾采样点存在动作两次的开关相，此时应利用双调制波与双载波比较来等效。对于低调制比区域，设双调制波为vxp和vxn，vxp和vxn取值方向相同且vxp>＝vxn。当vxp＝vxn时，等效为单调制波与双载波比较，比较规则和普通svpwm一致；当vxp！＝vxn且vxn>＝0时，vxp和vxn与上三角载波vcarr1比较，有vxp>vcarr1且vxn<vcarr1，输出p电平，其余情况输出o电平；当vxp！＝vxn且vxn<0时，vxp和vxn与下三角载波vcarr2比较，有vxp>vcarr2且vxn<vcarr2，输出n电平，其余情况输出o电平。扇区1和扇区2第一个采样点在低调制比区域双载波与双调制波比较如图5所示。依据以上比较原则，推出调制波vxp和vxn的数学表达式。由于扇区1、3、5和扇区2、4、6对应的舍弃冗余小矢量的类型不同，故要分开讨论。扇区1第一个采样点对应的动作序列为ooo-ono-ooo-poo，设采样周期为ts，ooo作用时间为2t0，ono作用时间为t1，poo作用时间为t2，则有：式(19)中，ura2,urb2,urc2为三相首尾采样点双调制波对应等面积下的单调制波，将ura2,urb2,urc2各自可以分成上调制波和下调制波两部分：vap/van、vbp/vbn和vcp/vcn，根据上述双调制波与双载波比较原则，由图5有：式(20)中，umax、umin、umid为首尾采样点双调制波对应等面积下的单调制波最大值、最小值和中间值，其值为：式(21)中，ura2,urb2,urc2分别为三相首尾采样点双调制波对应等面积下的单调制波。通过式(19)到式(21)得到了扇区1第一个采样点对应的双调制波表达式，同样原理可知扇区1最后一个采样点对应的双调制波表达式和第一个采样点相同。扇区2第一个采样点对应的动作序列为ooo-poo-ooo-oon，设采样周期为ts，ooo作用时间为2t0，poo作用时间为t1，oon作用时间为t2，则有：根据上述双调制波与双载波比较原则，由图5有：则得到了扇区2第一个采样点对应的双调制波表达式，同样原理可知扇区2最后一个采样点对应的双调制波表达式和第一个采样点相同。依据以上原则推导，扇区3、5的情况和扇区1相同，扇区4、6的情况和扇区2相同，则可得出当vxp！＝vxn时，全角度范围内低调制比区域对应双调制波表达式，如下：式(24)中，z0和z1对应扇区1、3、5内低调制比区域动作两次相的双调制波表达式，z2和z3对应扇区内2、4、6内低调制比区域动作两次相的双调制波表达式，umax、umin、umid为首尾采样点双调制波对应等面积下的单调制波最大值、最小值和中间值。为得到首尾采样点统一的双调制波表达式，需求解出首尾采样点双调制波对应等面积下的单调制波表达式ura2,urb2,urc2。在调制波面积不变的前提下，通过移动电压空间矢量位置，令首尾采样点对应三相开关序列在一个采样周期内最多动作一次，则可得到首尾采样点双调制波对应等面积下的单调制波表达式。其计算原理如下：图6a为扇区1第一个采样点在高调制比区域动作序列和其移动电压空间矢量位置后对应单调制波动作序列。对于其单调制波动作序列，设采样周期为ts，pnn在一个采样周期内作用时间t1，pno作用时间t2，poo作用时间(1-k)t3，onn作用时间kt3，则有:式(25)中，ura2,urb2,urc2为三相首尾采样点双调制波对应等面积下的单调制波，ua、ub和uc为三相的正弦波，u1为扇区1内首尾采样点等面积单调制波对应的零序分量。利用等面积单调制波与载波比较得到pnn-pno-poo的示意图如图7a所示，由图7a可得式(26)：将式(26)代入式(25)，可得：式(27)中，k为n型冗余小矢量作用时间，图6a动作序列中k＝0，则有：式(28)中，vmax为三相正弦波大于等于零时值不变，小于零时值加1后的最大值。同样原理可知扇区3和扇区5首尾采样点对应等面积下单调制波表达式为urx2＝ux+1-vmax。图6b为扇区2第一个采样点在高调制比区域动作序列和其移动电压空间矢量位置后对应的等面积单调制波动作序列。利用等面积单调制波与载波比较得到ppn-pon-oon的示意图如图7b。同样思路由图6b和图7a可得式(29)：式(29)中，u2为扇区2内首尾采样点等面积单调制波对应的零序分量，vmin为三相正弦波大于等于零时值不变，小于零时值加1后的最小值。同样原理可知扇区4和扇区6首尾采样点对应等面积下单调制波表达式为urx2＝ux-vmin。则在全角度范围内，首尾采样点双调制波对应等面积下单调制波表达式为：5、求解首尾采样点在中调制比区域对应的双调制波表达式利用双载波与双调制波比较的方式来得到首尾采样点对应的开关序列，对于中调制比区域，设双调制波为vxp和vxn，vxp和vxn取值方向相同且vxp>＝vxn。当vxp＝vxn时，等效为单调制波与双载波比较，比较规则和普通svpwm一致；当vxp！＝vxn且vxn>＝0时，vxp和vxn与上三角载波vcarr1比较，有vxp>vcarr1且vxn<vcarr1，输出o电平，其余情况输出p电平；当vxp！＝vxn且vxn<0时，vxp和vxn与下三角载波vcarr2比较，有vxp>vcarr2且vxn<vcarr2，输出o电平，其余情况输出n电平。扇区1和扇区2第一个采样点在中调制比区域双载波与双调制波的比较如图8所示。依据以上比较原则，借助图8推导出调制波vxp和vxn的数学表达式。由于扇区1、3、5和扇区2、4、6对应的舍弃冗余小矢量的类型不同，故要分开讨论。可得出当vxp！＝vxn时，全角度范围内中调制比区域对应的双调制波表达式，如下：式(31)中，umax、umin、umid为首尾采样点双调制波对应等面积下的单调制波最大值、最小值和中间值。6、求解首尾采样点在高调制比区域对应双调制波表达式利用双载波与双调制波比较的方式来得到首尾采样点对应的开关序列，对于高调制比区域，设双调制波为vxp和vxn，vxp和vxn取值方向相同且vxp>＝vxn。当vxp＝vxn时，等效为单调制波与双载波比较，比较规则和普通svpwm一致；当vxp！＝vxn且vxn>＝0时，vxp和vxn与上三角载波vcarr1比较，有vxp>vcarr1且vxn<vcarr1，输出p电平，其余情况输出o电平；当vxp！＝vxn且vxn<0时，vxp和vxn与下三角载波vcarr2比较，有vxp>vcarr2且vxn<vcarr2，输出n电平，其余情况输出o电平。扇区1和扇区2第一个采样点在高调制比区域双载波与双调制波的比较如图9所示。依据以上比较原则，借助图9推导出调制波vxp和vxn的数学表达式。由于扇区1、3、5和扇区2、4、6对应的舍弃冗余小矢量的类型不同，故要分开讨论。可得出当vxp！＝vxn时，全角度范围内中调制比区域对应的双调制波表达式，如下：式(32)中，umax、umin、umid为首尾采样点双调制波对应等面积下的单调制波最大值、最小值和中间值。7、求解双载波表达式本发明利用双载波与单调制波比较来等效得到每个60度扇区内非首尾采样点的开关动作，利用双载波与双调制波比较来等效得到每个60度扇区内首尾采样点的开关动作，从而基于载波实现了同步3倍数次svpwm控制。在以上步骤中已求解得到了各采样点对应的单调制波或双调制波表达式，还需进一步求解各采样点对应的双载波表达式才能进行比较。本发明通过在空间角330度到30度、90度到150度、210度到270度扇区内第一个采样点生成下降沿双载波，在其余扇区内第一个采样点生成上升沿双载波，得到双载波表达式。8、制定双载波与单调制波比较规则在求解得到双载波表达式和单调制波表达式的基础上，为最终等效得到各60度扇区内非首尾采样点对应的开关动作序列，制定双载波与单调制波比较规则。9、制定双载波与双调制波比较规则在求解得到双载波表达式和双调制波表达式的基础上，为最终等效得到各60度扇区内首尾采样点对应的开关动作序列，制定双载波与双调制波比较规则。三电平变流器同步3倍数次svpwm载波实现方法的实施流程如图10所示。本发明利用双载波与单调制波比较来等效得到每个60度扇区内非首尾采样点的开关动作，利用双载波与双调制波比较来等效得到每个60度扇区内首尾采样点的开关动作，从而基于载波实现了同步3倍数次svpwm控制且其输出相电压波形满足同步、tps、hws、qws。本发明减少了同步3倍数次svpwm的计算量，更易于实现工程应用。下面结合实施例说明本发明的实施效果。本发明实施例借助psim软件搭建三电平anpc逆变器模型，利用仿真验证本发明提出的三电平变流器同步3倍数次svpwm载波实现方法的有效性。实施例设定仿真步长为1e-6s，直流侧总电压5000v，逆变输出侧接5欧姆电阻串联10mh电感，固定基波频率f1＝50hz。分别设置每个60度扇区内采样点个数为6、4、2，对应同步9/6/3次svpwm控制，其载波频率分别为18*f1、12*f1、6*f1。在定频率下通过观测输出相电压波形是否满足同步、tps、qws和hws来验证本发明三电平变流器同步3倍数次svpwm载波实现方法的有效性。对于高调制比区域，设定svpwm下调制比为0.92，对应线电压基波幅值4600v；对于中调制比区域，设定svpwm下调制比为0.6，对应线电压基波幅值3000v；对于低调制比区域，设定svpwm下调制比为0.2，对应线电压基波幅值1000v。图11是实施例中定频率下高调制比区域本发明控制方法下同步9次对应的三相相电压，图12是实施例中定频率下高调制比区域本发明控制方法下同步9次对应的a相线电压fft分析结果。由图11、图12可知，在每个60度扇区内采样点个数为6时，利用单调制波或双调制波与双载波进行比较，可基于载波实现同步9次svpwm控制，其输出线电压不含偶次谐波、3的倍数次谐波和分数次谐波，三相相电压波形满足同步、tps、qws和hws。图13是实施例中定频率下高调制比区域本发明控制方法下同步6次对应的三相相电压，图14是实施例中定频率下高调制比区域本发明控制方法下同步6次对应的a相线电压fft分析结果。由图13、图14可知，在每个60度扇区内采样点个数为4时，利用单调制波或双调制波与双载波进行比较，可基于载波实现同步6次svpwm控制，其输出线电压不含偶次谐波、3的倍数次谐波和分数次谐波，三相相电压波形满足同步、tps、qws和hws。图15是实施例中定频率下高调制比区域本发明控制方法下同步3次对应的三相相电压，图16是实施例中定频率下高调制比区域本发明控制方法下同步3次对应的a相线电压fft分析结果和基波线电压幅值。由图15、图16可知，在每个60度扇区内采样点个数为2时，利用单调制波或双调制波与双载波进行比较，可基于载波实现同步3次svpwm控制，其输出线电压不含偶次谐波、3的倍数次谐波和分数次谐波，三相相电压波形满足同步、tps、qws和hws。图17是实施例中定频率下中调制比区域本发明控制方法下同步3次对应的a相相电压、线电压和线电压基波幅值，图18是实施例中定频率下低调制比区域本发明控制方法下同步3次对应的a相相电压、线电压和线电压基波幅值。结合图16、图17、图18可知，在高调制比区域、中调制比区域、低调制比区域，本发明控制方法分别控制线电压基波幅值为4597v、3098v和1038v，其输出线电压基波幅值可准确追踪调制比。通过在不同调制比区域调用不同的双调制波表达式，本发明控制方法可基于载波比较实现任意线性调制比下同步3次svpwm控制，三相相电压波形满足同步、tps、qws和hws。如图11～图18所示，实施例的结果验证了本发明三电平变流器同步3倍数次svpwm载波实现方法的有效性。在每个60度扇区内采样点个数为偶数时，通过在不同调制比区域调用相应的双调制波表达式然后利用单调制波或双调制波与双载波进行比较，本发明可实现任意线性调制比下同步3的倍数次svpwm控制。在本发明作用下三相相电压波形满足同步、tps、qws和hws，输出线电压基波幅值可准确追踪调制比且线电压谐波分布中不含偶次谐波、3的倍数次谐波和分数次谐波。本发明无需在各采样点计算各电压空间矢量的作用时间，减少了同步3倍数次svpwm的计算量，更易于实现工程应用。当前第1页12