三电平逆变器svpwm的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及驱动电动机的逆变器控制领域，尤其涉及三电平逆变器SVPWM(空间 矢量脉宽调制）的控制方法及控制装置。
【背景技术】
[0002] 在大功率逆变器应用场合，多电平逆变器由于其开关器件承受的电压低、输出电 压谐波含量小、开关频率低等优点，得到了越来越广泛的应用。其中NPC(NeutralPoint Clamped)三电平逆变器是应用最广泛的一种多电平结构，它只需要一个独立的直流电压 源，对硬件的要求较低。NPC三电平逆变器的主电路及控制电路如图1所示。
[0003] PWM控制策略是三电平NPC逆变器研宄中的关键技术之一，国内外专家学者己经 提出了许多的PWM方法，基本上可以分为载波调制法（SPWM)和空间矢量调制法（SVPWM)两 类。其中SVPWM由于具有易于数字实现、电压利用率高、输出电压形式丰富等优点而被广泛 使用。
[0004] 传统的三电平逆变器的空间电压矢量调制，采用将空间电压矢量图分成六个31/3 三角大扇区，在每一个三角大扇区中，又分成4个三角形小区域，空间电压矢量分布图如图 2所示。判断空间电压矢量的矢端位于哪一个三角形小区域，在这个区域中，采用最近三矢 量的合成法则。矢量的作用时间由参考电压矢量决定，矢量作用的次序与中点电位波动有 关。
[0005] 三相桥臂每相有三个（P-0-N)开关状态，整个系统就有27种开关状态，分为大矢 量、中矢量、小矢量和零矢量。大矢量和中矢量没有冗余开关状态，而零矢量和小矢量存在 冗余状态；对于中点电流而言，零矢量和大矢量对应的中点电流为零，所以中点电位的控制 就是用小矢量抵消中矢量产生的中点电位不平衡。可以考虑利用多余的小矢量来控制，一 般采用改变作用次序的方法使波形在一个控制周期内对称。
[0006] 由于传统空间电压矢量调制模式都是基于七段式调制模式的方法，冗余小矢量并 不能完全被应用，因而不能充分发挥冗余小矢量对中点电位平衡的作用。而且如果在传统 的空间电压矢量调制中使得冗余小矢量完全被应用，则不能保证在避免P-N状态直接切 换的条件下从一个区间到另一个区间过度时三相桥臂开关器件的状态切换只有一次。
[0007] 因此使用空间电压矢量调制控制三电平逆变器的同时，还要增加软件算法或者硬 件设备来控制中点电位的平衡，使得三电平逆变器的控制复杂化。
[0008] 由此可见，上述现有的三电平逆变器的控制方法在使用上，显然仍存在有不便与 缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解 决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解 决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于克服传统空间电压矢量调制控制三电平逆变器的不足，而提出 一种新型三电平逆变器SVPWM的控制方法，其采用九段式电压空间矢量调制模式，每个控 制周期均以零矢量开始和以零矢量结束，利用新的电压空间矢量作用时间算法，使得小矢 量和其对应的冗余矢量的作用时间相等，以达到控制三电平逆变器和实现中点电位平衡的 双重目的。
[0010] 本发明的目的是采用以下技术方案来实现的。本发明提供一种三电平逆变器 SVPWM的控制方法，其包括以下步骤：
[0011] 步骤S1，根据给定空间电压矢量uMf= 1.5Ume〃的幅值1.51和相位角0判断出 给定空间电压矢量所在的三角大扇区S和小区间s ;
[0012] 步骤S2,根据三角大扇区S和小区间s选择所使用的空间电压矢量；
[0013] 步骤S3,根据三角大扇区S和小区间s选择出计算空间电压矢量作用时间的计算 方法；
[0014] 步骤S4,根据小矢量和其对应的冗余矢量的作用时间相等和每个控制周期均以零 矢量U。。。开始和以零矢量U _结束的方法，在避免高电平P和低电平N之间直接切换并保证 相邻空间电压矢量状态之间的切换只有一个桥臂开关器件动作的前提下，实现电压空间矢 量的九段式调制模式；
[0015] 步骤S5,根据九段式电压空间矢量调制模式，在三电平逆变装置里面，每个控制 周期以零矢量U。。。开始和以零矢量U _结束，调整空间电压矢量作用时间的次序，以实现空 间电压矢量状态之间的平滑切换，即在避免高电平P和低电平之间直接切换的前提下，保 证空间电压矢量状态之间的切换只有一个桥臂动作，从而减小开关频率；
[0016] 步骤S6,根据所使用的电压空间矢量，利用TMS320LF2407ADSP控制器输出开关器 件所需要的三相PWM脉冲信号；
[0017] 步骤S7, TMS320LF2407ADSP控制器输出开关器件所需要的三相PWM脉冲信号经过 M57962L驱动电路放大送给相应的开关器件，以实现三电平逆变器的控制。
[0018] 本发明的目的还可采用以下技术措施进一步实现。
[0019] 较佳的，前述的三电平逆变器SVPWM的控制方法，其中所述步骤S1中，
[0020] 三角大扇区S的判断方法如下：
[0021] 1)当0< 0彡Ji/3时，S = I，uMf所在三角大扇区的相对位置角0。= 0 ;
[0022] 2)当jt/3 < 0彡2JI/3时，S = II，uMf所在三角大扇区的相对位置角0 Q = 9 - ji /3 ；
[0023] 3)当2JI/3 < 0彡Ji时，S = III，uMf所在三角大扇区的相对位置角0。= 0 -2 Ji /3 ；
[0024] 4)当Ji < 0彡4JI/3时，S = IV，uMf所在三角大扇区的相对位置角0。= 0-Ji ;
[0025] 5)当4 Ji /3 < 0彡5 Ji /3时，S = V，uref所在三角大扇区的相对位置角0。= 0 -4 Ji /3 ；
[0026] 6)当5JI/3 < 0彡2JI时，S = VI，uMf所在三角大扇区的相对位置角0。= 0 -5 Ji /3 ；
[0027] 其中I至VI表示三角大扇区的第一大区间至第六大区间；
[0028] 小区间s的判断方法如下：
[0029] 设 ua = Real (u ref) = 1. 5Umcos 0 0, up = Imag(u ref) = 1. 5Umsin 0 0;
[0030] 1)当 0 < 9it/6 时，s = A 丨或者 s = B 丨或者 s = C ;
[0031] 如果 Wa + (#/ 2)~，则 s = A!;如果 -(#/ 2) W，则 s = C ;否 贝1J，则 s = B1;
[0032] 2)当ji/6 <Qji/3 时，s = A 2或者 s = B 2或者 s = D ;
[0033]如果Ma+ A 2)~，则s=A2;如果％》(#/ 4)^，则 s =D ;
[0034] 否则，则s = B2;
[0035] 其中，A、B、C、D表示在I至VI中任意一个大区间都包含的四个小区间；
[0036] &表示小区间A的下半部分区间，A 2表示小区间A的上半部分区间，
[0037] 表示小区间B的下半部分区间，B2表示小区间B的上半部分区间，
[0038] ua表示电压矢量11#在a |3坐标系下投影到a轴的电压分量，
[0039] up表示电压矢量11#在a |3坐标系下投影到|3轴的电压分量，
[0040] Ud。表示恒压源的直流母线电压。
[0041] 较佳的，前述的三电平逆变器SVPWM的控制方法，其中所述步骤S2中，选择所使 用的空间电压矢量的方法包括：
[0042] 1)当 S = I 时且
[0043] ①当s = ，所使用的空间电压矢量为：
[0044] U0= U 000,1^=Upoo=U onn，U2= Uppo= U oon;
[0045] ②当s = B 2时，所使用的空间电压矢量为：
[0046] U0= U 000,1^=Upoo=U onn，U2= Uppo= U oon，U4= U pon;
[0047] ③当s=C时，所使用的空间电压矢量为：
[0048] U〇= U000,U:= Upoo= Uonn, U3= Upnn, U4= Upon；
[0049] ④当s = D时，所使用的空间电压矢量为：
[0050] U0= U000,U2= Uppo= Uoon，U5= Uppn，U4= Upon，
[0051] 2)S=II 时且
[0052] ①当s = ，所使用的空间电压矢量为：
[0053] U0= U。。。，1^= U ppo= U贿，U2= U叩。=U non;
[0054] ②当s = B 2时，所使用的空间电压矢量为：
[0055] U〇= U000,U:= Uppo= Uoon, U2= Uopo= Unon, U4= Uopn；
[0056] ③当s=C时，所使用的空间电压矢量为：
[0057] U0= U。。。，1^= U ppo= U贿，U3= U ppn，U4= U opn;
[0058] ④当s = D时，所使用的空间电压矢量为：
[0059] U0= U 000, U2= Uopo= Unon，U5= Unpn，U4= Uopn，
[0060] 3)S=III 时且
[0061] ①当s =八1或八2时，所使用的空间电压矢量为：
[0062] U0= U。。。，1^=U叩。=U臟，U2= U _= U noo;
[0063] ②当s = 81或1时，所使用的空间电压矢量为：
[0064] U0= U_，1^=Uopo=Unon，U2= Uopp=Un。。，U4= U npo;
[0065] ③当s = C时，所使用的空间电压矢量为：
[0066]u0= U000,仏=Uopo= Unon，U3= U聊，U4= Unpo;
[0067] ④当s =D时，所使用的空间电压矢量为：
[0068] u0= U。。。，U2= Uopp= Un。。，U5= U聊，U4= Unp。，
[0069] 4) S = IV 时且
[0070]①当s = ，所使用的空间电压矢量为：
[0071]U〇= U。。。，1^= U〇pp= Un。。，U2= U。叩=U mo;
[0072] ②当s = 81或1时，所使用的空间电压矢量为：
[0073] U0= U _，1^= U opp= Un。。，U2= U oop= Um。，U4= U
[0074] ③当s=C时，所使用的空间电压矢量为：
[0075]U0= U_，1^= U opp= Un。。，U3= Unpp，U4= U
[0076] ④当s =D时，所使用的空间电压矢量为：
[0077]U0= U。。。，U2= U oop= Um。，U5= U_，U4= U_，
[0078] 5) S =