一种数模结合的空间矢量调制实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力电子与电力传动领域，具体将是一种数模结合的空间矢量调制实 现方法。
【背景技术】
[0002] 在电力电子及电力传动领域，常采用脉冲宽度调制（pulse width modulation， PWM)来得到所需的指令电压。经过几十年的发展，人们开发出了很多种的PWM调制技术，而 电力电子器件的发展和微处理器在电力电子变换器控制中的应用更为PWM技术提供了广 阔的研宄和开阔空间。不同的PWM调制技术对应不同的性能指标，其中比较关键的三个指 标为：输出电压谐波分布、开关器件的开关损耗及直流环节电压利用率。
[0003] 空间矢量脉冲宽度调制技术（space vector pulse width modulation，SVPWM)最 初是在交流传动的场合提出，其是从交流电机的角度出发，以控制交流电机磁链空间矢量 轨迹逼近圆形为调制目的，以求减小电机的转矩脉冲，改善运行性能。由于其高直流母线电 压利用率、谐波小等优点，在其他电力电子变换器应用领域也得到了广泛的应用。
[0004] 在目前工程实践及学术文献中，为了方便SVPWM算法中的离散的矢量空间判断 及PWM脉冲生成，大多选择具有专用数字电路资源的数字信号处理器（digital signal processor，DSP)或高性能单片机中来实现，代表性的专利和论文如下：
[0005] 专利申请号为200810106047. 0,申请日2008-5-7,名称为"一种空间矢量调制方 法"的发明专利，提出了简化的SVPWM算法，通过计算修正量的方法，得到比较寄存器的值， 计算量得到了一定程度的简化，但是最后一级仍然需要专门数字电路资源来实现。
[0006] 专利申请号为200810025527. 4,申请日2008-4-29,名称为"基于FPGA的空间矢量 脉宽调制方法"的发明专利，通过传统算法计算得到矢量有效作用时间以后，利用FPGA的硬 件资源进行实现。
[0007] 发表于2002年36卷第1期《电力电子技术》期刊的"利用C504实现空间矢量调 制和过调制"论文及发表于2001年5卷第1期《电机与控制学报》的"利用单片机实现空 间矢量调制算法"都是利用C504单片机中的CCU专用硬件电路来实现PWM生成。
[0008] 另外，目前实际运行的不少电力电子变换器采用的是数字控制器（PLC或自制控 制板）和后级模拟电路板结合的控制架构，其中数字控制器负责主控及闭环控制算法，生 成相应的调制波指令，然后送至硬件模拟电路实现正弦脉冲宽度调制（sine pulse width modulation，SPWM)。为了获得更高的直流环节电压利用率，这些电力电子变换器控制算法 升级改造过程中，需要解决SPWM调制向SVPWM转变的问题。由于现有的控制平台很多不具 备专用的PWM生成硬件资源，导致目前的研宄成果无法直接应用，从而需要重新开发具有 高性能控制器的控制平台，或者增加新的电路板件实现SVPWM，势必导致成本增加、升级改 造周期变长等问题。
【发明内容】
[0009] 为了克服目前SVPWM的实现对高性能专用数字平台的依赖，方便现有电力电子变 换器系统的整体升级，现在特别提出一种数字模拟电路相结合的SVPWM实现方法。
[0010] 本发明的技术方案如下：
[0011] 一种数模结合的空间矢量调制的实现方法，其特征在于：采用常规普通控制器完 成SVPWM算法中扇区判断、矢量作用时间计算及开关时刻计算，根据后级硬件电路的载波 特性完成输出整定，最终通过后级硬件电路实现PWM脉冲的生成。
[0012] 具体步骤为：
[0013] 1)判断指令电压空间矢量队^^的扇区号N。
[0014] 所述指令电压空间矢量Uqut为电力电子变换器为响应负载扰动及指令变化，根据 系统的实时参数闭环调节得到的指令控制量。
[0015] 所述扇区号N指任一电压空间矢量在空间平面的位置区域，根据电压空间矢量与 静止坐标系α轴之间的夹角Θ，将空间电压矢量分成以下六个扇区：
[0016] I 区：Θ = 〇 ~π /3
[0017] II 区：θ = π /3 ~2 π /3
[0018] III 区：θ = 2jt/3 ~π
[0019] IV 区：θ = π ~4π/3
[0020] V 区：θ = 4π/3 ~5π/3
[0021] VI 区：θ = 5π/3 ~2π
[0022] 为简化计算量，可根据Utm的静止坐标系α、β分量U α、UP来判断扇区。具体为：
[0023] 由式⑴计算变量值X、y、z，
[0024]
【主权项】
1. 一种数模结合的空间矢量调制实现方法，其特征在于：采用普通数字控制器完成 SVPWM算法中的扇区判断、矢量作用时间计算及开关时刻计算，并根据后级硬件电路的载波 特性完成输出整定，最终通过后级模拟电路实现PWM脉冲的生成。
2. 根据权利要求1所述的一种数模结合的空间矢量调制实现方法，其特征在于，具体 步骤为
3. 根据权利要求2所述的一种数模结合的空间矢量调制实现方法，其特征在于，所述 第一步具体为； 所述扇区蕭指任一电压空间矢量在空间平面的位置区域，根据电压空间矢量与静止坐 标系《轴之间的夹角C，将空间电压矢量分成W下六个扇区： I区；0 = 0 ~ 31 /3 ; II 区：白=31 /3~2 31 /3 ; III 区：日=2 31 /3~31 ; IV区；目=31~4 31 /3 ; V区；0 =4 31 /3~5 31 /3 ; VI 区：日=5 31 /3~2 31。
4. 根据权利要求3所述的一种数模结合的空间矢量调制实现方法，其特征在于，
5. 根据权利要求2所述的一种数模结合的空间矢量调制实现方法，其特征在于，所述 第二步具体为； 矢量作用时间是指用基本电压空间矢量分时作用的方式来等效合成指令电压空间矢 量，各基本空间矢量所需的作用时间；
6. 根据权利要求5所述的一种数模结合的空间矢量调制实现方法，其特征在于：
7. 根据权利要求2所述的一种数模结合的空间矢量调制实现方法，其特征在于，所述 第立步具体为： 所述比较器的切换点或开关时刻波形是为了方便后续PWM生成，定义的过程变量； 对于所有扇区A，，定义=
(6) '〇 根据扇区号-V,选取A、B、CH相对应的开关时间、如、
8. 根据权利要求2所述的一种数模结合的空间矢量调制实现方法，其特征在于， 所述第四步具体为： 定义整定系数伪J:
【专利摘要】本发明涉及电气传动与控制技术领域，具体将是一种数模结合的空间矢量调制(SVPWM)实现方法，具体步骤为：a、判断指令空间矢量的扇区； b、计算常规空间矢量的作用时间；c、计算每相脉冲的开关时刻；d、根据硬件载波特性，对上一步计算得到的开关时刻波形进行输出整定，然后输出到硬件板件，通过载波比较实现PWM生成。本发明的优点在于：a、基于普通数字控制器和常用的硬件载波调制板件来实现，不需要具有PWM生成相关硬件资源的高性能数字处理器，减小了成本；b、本发明便于目前部分电力电子变换器控制系统的算法升级，减小升级成本，缩短升级周期。
【IPC分类】H02P21-00, H02P27-12, H02M7-48
【公开号】CN104796021
【申请号】CN201510172104
【发明人】代同振, 周宏林, 吴小田, 于海坤
【申请人】中国东方电气集团有限公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月13日