一种z源逆变器电感的svpwm调制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力电子变换器的技术领域，特别涉及一种Z源逆变器电感的SVPffM 调制方法。
【背景技术】
[0002] Z源逆变器是一类单级升降压逆变器，其利用桥臂的直通来实现升压，可靠性高， 输入电压范围宽，在新能源应用领域具有广阔的应用前景。
[0003] 传统电压源逆变器的SVPffM(空间矢量调制）经过适当的改进，加入直通零状态即 可应用于Z源逆变器中，如通过改变开关信号的开通时间和关断时间来实现同一桥臂上下 功率管的单相直通，不会额外增加开关频率，实现简单，不需要额外复杂的算法。
[0004] 但是现有技术中，对待直通时间的分配问题时都只是作了简单的平均分配处理。
[0005] 然而，发明人在对现有技术的研究过程中发现，直通插入时刻会影响Z源电感电 流纹波的大小，从而影响整个电路的效率。现有的传统电压源逆变器中运用的对称空间矢 量PffM开关信号，往往导致Z源电感电流纹波过大，降低了整个电路的效率。
[0006] 以图1所示串联型Z源逆变器为例，单相直通的SVPffM调制策略以及直通插入时 刻对电感纹波的影响如下：
[0007] 在传统的SVPffM空间矢量控制中，共有八个矢量，包括6个有效矢量（V1-V6，模长 为械/3,六为直流链峰值电压），2个传统零矢量，如图2所示。如果参考电压矢量t位 于图2中的扇区I，那么根据传统电压源逆变器的空间矢量调制原理可以得到，参考电压矢 量1可以由扇区I的两个边界矢量￥1、^和零矢量合成，矢量V^VjP零矢量作用的时间分 别为：
[0009] 其中，Ts为开关周期，0是参考矢量与电压矢量V:的夹角。
[0010] 图3为传统电压源逆变器中运用的对称空间矢量PffM开关信号，在一个载波周期 内的工作过程左右对称，因此以半个载波周期Ts/2进行分析。参考图2和图3,六个非零 矢量Vl(1〇〇)、V2 (110)、V3 (010)、V4 (Oil)、V5 (001)、V6 (101)，两个传统零矢量VO(000)、 V7(lll) 〇
[0011] 图4位针对Z源逆变器，优化的Z源逆变器SVPffM开关信号。在半个载波周期中， 将传统零矢量V。和V7作用时间分配为T。/6和T。/%直通时间分成相等的3份，分别插入 零矢量Vc与有效矢量Vi，有效矢量V1与有效矢量V2，有效矢量V2与零矢量V7之间。有效矢 量V2的作用时刻右移了Tsh/6,而作用时间保持不变，在矢量VjPV2之间的时间内插入直通 时间；同时，传统零矢量V7的作用时刻右移了 2倍Tsh/6,在有效矢量V2与传统零矢量V7之 间插入一个直通时间Tsh/6,将传统零矢量1的一部分转化为直通零矢量；最后一个直通零 矢量位于零矢量V。与有效矢量Vi之间，将传统零矢量V。一部分转换为直通零矢量，其作用 时间同样为Tsh/6。这样可以将直通时间平均分配到每一相桥臂中，而不会改变有效矢量V1 和V2的作用时间。从图4所示中可以看到，直通状态的产生是利用下管关断信号与上管开 通信号之间有一定的延时来实现的。这种单相直通的SVPWM，可以达到的最大直通时间Tsh 增加到传统零矢量的时间T。，从而可以增大Z源逆变器的升压能力。
[0012] 结合串联型Z源逆变器的电路结构和单相直通的SVPffM调制方法，分析直通插入 时刻对串联型Z源逆变器的影响：
[0013] 根据图1所示的串联型Z源逆变器，其Z源电感电流可以根据直通和非直通两种 模态来分析，根据Z源电感的伏秒平衡法则，Z源电感电压可以表示为：
[0014]
[0015] 假设整个电路是理想无损的，那么输入电流平均值与电感电流平均值相等，输入 功率与输出功率相等，由此可得：
[0017] 图1为现有调制策略下一个载波周期内的Z源电感电流脉动示意图。由于每个载 波周期内开关时刻的左右对称性，可以证明每个载波周期内的电感电流波形关于载波周期 中点Ts/2处中心对称，从而载波周期中点处电感电流的瞬时值就是电感电流平均值L另 外根据电感的伏秒平衡，载波周期开始和结束时的电感电流瞬时值应该相等，再根据电感 电流的中心对称性，可知每个载波周期的开始和结束时刻以及时间中点的电感电流的瞬时 值都等于电感电流的平均值込。
[0018] 在前半个载波周期中电感电流最大纹波的一半0.5Ai^J能出现在六个开关时 亥IJ，即直通状态与非直通状态转变的时刻，如图5所示。对应于这六个时刻的电感电流的瞬 时值可以根据A以及电感值L来确定，进而可以确定这六个时刻的电感电流脉动瞬时值：
[0020] 比较ypy2,y；?，y4,yjRye的绝对值，取其最大值的2倍作为电感电流最大纹波： [0021 ] AiL= 2max(Iy1I, |y21, |y31, |y41,Iy51,IY61)
【发明内容】
[0022] 针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种新的Z源逆变器的SVPffM调制方法， 以期望相交于现有的对称空间矢量PWM开关信号的调制方式，能够减小Z源电感电流的纹 波，降低损耗。
[0023] 本发明提供了一种Z源逆变器电感的SVPffM调制方法，包括：获取参考矢量Vr;根 据参考矢量t的相位角0，确定参考矢量V^所在扇区的基本矢量Vj和Vj+1的作用时间 1和T^;确定直通占空比D。、调制比M、开关周期Ts;按照预设的矢量V0、Vj、Vj+l和V7以 及直通作用控制的起止时刻控制Z源逆变器电感工作，在半个载波周期内，将直通时间分 成的三份，分别插入零矢量Vc与有效矢量Vi，有效矢量V1与有效矢量V2，有效矢量V2与零 矢量V7之间，先后控制V0、直通、Vj、直通、Vj+1、直通和V7作用控制，以使得非直通状态作 用控制下，电流纹波大小关于Z源电感电流平均值上下对称。
[0024] 具体为：在半个载波周期内，将直通时间分成的三份，分别插入零矢量V。与有效 矢量V1，有效矢量V1与有效矢量V2，有效矢量V2与零矢量V7之间；即t〇-tl时刻，矢量VO 作用控制；tl-t2时刻，直通作用控制；t2-t3时刻，矢量Vi作用控制；t3-t4时刻，直通作用 控制；t4-t5时刻，矢量V2作用控制；t5-t6时刻，直通作用控制；t6-Ts/2,V7作用控制；其 中，
[0026] 本发明提供了一种通过合理分配各开关周期内的直通时间，使Z源电感电流纹波 在非直通状态时实现关于平均值对称，减小了Z源电感电流的纹波。该SVPffM调制方法在不 增加功率开关管开通关断次数的前提下，可最大程度的将传统零矢量转化为直通零矢量， 减小Z源电感电流纹波，有利于Z源电感的优化设计，减小其体积重量，提高系统效率，降低 损耗。
【附图说明】
[0027] 图1是串联型Z源逆变器的电路示意图；
[0028] 图2是SVPffM调制的基本空间矢量示意图；
[0029] 图3是传统电压源逆变器SVPffM开关信号；
[0030] 图4是现有Z源逆变器SVPffM开关信号；
[0031] 图5是现有调制策略下一个载波周期内的Z源电感电流脉动示意图；
[0032] 图6是本发明实施例调制策略下一个载波周期内的Z源电感电流脉动示意图；
[0033] 图7是本发明实施例Z源电感电流纹波最小SVPffM开关信号；
[0034] 图8是传统调制策略下直流输入电压为200V的仿真波形；
[0035] 图9是传统调制策略下直流输入电压为300V的仿真波形；
[0036] 图10是传统调制策略下直流输入电压为400V的仿真波形；
[0037] 图11是新型调制策略下直流输入电压为200V的仿真波形；
[0038] 图12