一种实现变频器同步调制中相位同步的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于大功率变频器的控制技术领域，特别是提供了一种实现变频器同步调 制中相位同步的方法。实现同步调制中相位同步，可以保证变频器输出电压、电流波形更加 对称，谐波更小。
【背景技术】
[0002] 在大功率变频器中，特别是大功率整流器中，由于功率大，功率器件的损耗很大， 所以载波频率比较低，一般发波采用同步调制的方法。
[0003] 为了使输出的电压电流波形对称，谐波小，一般载波频率为3的整数倍。以大功率 整流器为例，电网基波频率为50Hz，载波频率选为600Hz，载波比为12。载波频率为3的整数 倍，输出波形对称。理想条件下，采用SVPTO1发波方式，每个360°的采样周期内有12个采样 点，每30°-个点。如果SVPWM输出的矢量初始角度为0°，输出的12个矢量依次是0°、30°、 60°、90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°，如果相位保持不变，则在每个周期 输出的矢量角度都不变，都是这12个矢量角度。
[0004] 在控制系统中为了使波形对称，我们希望每个周期输出的矢量角度相同，即达到 相位同步，但是有一些原因使相位不能同步，输出的矢量角度不断变化。第一个原因是电网 谐波、干扰等会使矢量角度突变，不是按30°-个矢量输出，例如前一个矢量角度为30°，而 当前矢量变为了 120°，发生大的跳变。另一个原因载波的周期为1.666mS，变频器的控制系 统是用DSP等微处理器控制的，载波的输出采用定时器定时的方式输出。由于微处理器的定 时精度有限，输出的载波频率不是正好600HZ，例如为598Hz，在一个基波周期中相位移动都 达不到1°或者更小，但是这个误差是不断累积的，导致相位不断的往一个方向移动，无法做 到相位同步。而控制系统希望在每个基波周期，都在相同的角度附近，会有误差，但误差不 会累积，达到相位同步。
[0005] 为解决以上问题，提出了一种同步调制中，达到相位同步的方法，即使由于谐波等 原因导致相位突变后，也会通过控制逐渐回到原来预设的初始相位。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提出一种实现变频器同步调制中相位同步的方法，应用于NPC 型三电平变频器控制系统的同步调制过程中，实现相位同步。应用该方法，可以保证输出的 电压电流波形对称，使谐波含量更小，并且可以实现一个周期内的定点采样，避免了因 DSP 定时器的精度限制，引起的误差累积，使误差越来越大。
[0007] 本发明通过在SVPWM同步调制中引入一个P调节器，每个周期微调计数器的值，来 实现同步调制中相位同步，可以保证变频器输出电压、电流波形更加对称，谐波更小。具体 包括如下步骤：
[0008] (1)、相位同步算法的理想设定环节
[0009]通过选定每个周期的初始采样相角，得到6个扇区个数确定，位置固定的采样相 角，形成理想中的相位同步相角；
[0010] (2)、对每个周期内采样点处信号处理得到实际相角信号环节
[0011] 通过把得到的该采样点处的相角值与30°取模，换算到第一扇区的15°附近，得到 实际相角信号；
[0012] (3)、实际相角信号与15°理想角度信号的比较环节
[0013]由15°理想相角信号减去实际相角信号，得到相角偏差信号；
[0014] (4)、根据角度偏差信号做比例控制环节
[0015]通过合理设定角度偏差信号的比例控制器的大小（2 < p < 4)，可以设定相角修正 的快慢；
[0016] (5)、对计数器修正信号做限幅取整环节
[0017]通过对比例控制器的输出信号做限幅取整，得到只有_1，0，+ 1等三个计数器修正 信号；
[0018] (6)、叠加修正信号生成实际计数器信号环节
[0019] 通过把计数器修正信号与理想计数器信号No叠加，生成实际的计数器信号。
[0020] 600Hz的载波频率，在每个周期内有12个采样点。如果第一个采样点定为15°，接下 来的每个采样点逐点加30°，然后将每个扇区的采样点经过换算(与30°取模)均可以换算至 第一扇区的15°左右。如果在采样点为15° (θ〇)时的计数器计数值作为标准值No。然后，把每 个周期内的每个采样点处计算得到的角度换算至第一扇区15°附近(存在误差），记为0 f。此 时，把θ〇与ΘΗ故偏差得到Δ Θ，经过对Δ Θ进行处理对No做修正，得到修正后的计数器计数信 号N〇
[0021]在变频器的同步调制算法中，为了使输出的电压电流波形对称，谐波小，一般载波 频率为3的整数倍，以600Hz为例。那么采样周期为：= ，即Ts本身就存在舍入误 60U 3 差。由于SVPWM调制采用七段式发波方式，即Ts还要分7段。~切，通过定时器控制逐段发波。 同样在划分7段时间时又存在着时间的舍入误差。同时，再考虑到定时器本身的精度问题， 存在这一个系统精度误差。如果放任不做处理，这些时间误差会随着控制系统的运行，逐渐 累加，将无法保持参考矢量的相位在每个采样周期内都固定在特定的相角度，即无法实现 相位同步。
[0022]如此，在每个周期的每个采样点都对计算得出的相角信号进行修正，即可以保证 每个周期内的每个采样点均可以在特定相角采样，从而实现相角同步。
【附图说明】
[0023]图1为NPC型三电平变频器整流侧的简单双闭环控制系统图，其中，输入给PWM发波 模块的参考电压矢量幅值和相角是由整流侧的电流内环给定的（由DSP软件实现）； [0024]图2为基波频率为50Hz、载波频率为600Hz时，采用该相位同步调制方法的一个周 期内的12个采样点(初始采样点为15°)图。
[0025]图3为通过每次采样点处的角度偏差（均转换到第一象限处理），对计数器的计数 个数No进行修正图。
【具体实施方式】
[0026] 图1~图3为本发明的一种【具体实施方式】。
[0027] 如图1所示，在整流侧的双闭环回路里面，电压外环负责维持输出的直流母线电压 保持在给定值。电流内环负责计算参考电压矢量的幅值和相角，并输出给SVPWM发波模块， 产生12路PWM信号。
[0028]在图2中，是以基波频率为50Hz，载波频率为600Hz，初始采样点在15°情况下的12 个采样点在6个扇区里的相角位置。此相角为理想的相位同步情况下的位置，但是考虑到每 周期每个采样点下，产生的固定的计算误差和计数器的精度误差，若不做相位同步处理，这 些理想的相角会逐渐旋转偏移，随时间累积，偏移量会越来越大，将无法保持相位同步，弓丨 入谐波。
[0029] 通过在图3中引入相位同步处理方法，在每个采样点处，把采样角度与30°取模，换 算到第一扇区，再和15°理想相角比较，得到相角偏差信号ΔΘ。相角偏差ΔΘ经一个P控制 器，输入到一个限幅取整环节，形成计数器修正信号AN。该修正信号根据相角偏差ΔΘ的取 值不同，经过限幅取整后，只能取值-1，〇，+1三个值。
[0030] ΔΝ修正信号与标准计数器计数值信号No叠加，形成实际计数器信号。从而保证了 所产生的实际计数器信号在每个采样点处都得到修正，而不会随着误差累积，因此实现了 每个周期每个采样点处的相位同步。
【主权项】
1. 一种实现变频器同步调制中相位同步的方法，其特征在于，通过在SVPWM同步调制中 引入一个P调节器，每个周期微调计数器的值，来实现同步调制中相位同步;具体包括如下 步骤： (1 )、相位同步算法的理想设定环节 通过选定每个周期的初始采样相角，得到6个扇区个数确定，位置固定的采样相角，形 成理想中的相位同步相角； (2) 、对每个周期内采样点处信号处理得到实际相角信号环节 通过把得到的该采样点处的相角值与30°取模，换算到第一扇区的15°附近，得到实际 相角信号； (3) 、实际相角信号与15°理想角度信号的比较环节 由15°理想相角信号减去实际相角信号，得到相角偏差信号； (4) 、根据角度偏差信号做比例控制环节 通过设定角度偏差信号的比例控制器的大小2 < p < 4,设定相角修正的快慢； (5) 、对计数器修正信号做限幅取整环节 通过对比例控制器的输出信号做限幅取整，得到只有_1，〇，+1三个计数器修正信号； (6) 、叠加修正信号生成实际计数器信号环节 通过把计数器修正信号与理想计数器信号No叠加，生成实际的计数器信号。
【专利摘要】一种实现变频器同步调制中相位同步的方法，属于大功率变频器的控制领域。通过在SVPWM同步调制中引入一个P调节器，每个周期微调计数器的值，来实现同步调制中相位同步，可以保证变频器输出电压、电流波形更加对称，谐波更小。
【IPC分类】H02M1/12, H02M1/088
【公开号】CN105515348
【申请号】CN201510859880
【发明人】石志学, 罗晓飞, 金传付, 宋克俭, 路尚书, 张云贵
【申请人】冶金自动化研究设计院
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月30日