一种并网逆变器的svpwm控制器的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种并网逆变器的SVPWM控制器，包括：坐标变换模块和SVPWM模块；所述SVPWM模块包括：扇区分割模块，扇区判断模块，电压矢量作用时间确定模块，电压矢量切换时间确定模块，和SVPWM波生成模块。本发明采用SVPWM控制技术对永磁同步发电机和双PWM变流器进行控制，将一种新的空间矢量脉冲宽度调制技术应用到系统变流器的控制策略中，能够减小网侧逆变器输出电流中的谐波，降低输出波形畸变，实现有功和无功的解耦控制，提高整个系统的稳定性和高效性。
【专利说明】
-种并网逆变器的SVPWM控制器
技术领域
[0001] 本发明涉及电力技术控制领域，特别是涉及一种并网逆变器的SVPWM控制器。
【背景技术】
[0002] 三相并网逆变器一般由三相全桥电路实现，三个桥臂中的每个桥臂由2个功率器 件串联，中间连接处作为三相电压输出端，通过控制6个功率器件的开通与关断时刻，实现 对三相输出电压或三相输出电流的实时控制。目前使用较为广泛的是SVPWM方法，该方法 在每一个开关周期内都要对每个功率器件完成2次开关切换（定义功率器件从开通切换懂 啊关断，或从关断切换懂啊开通，为1次开关切换），而功率器件没一次开关切换都会造成 一定的功率损耗。当开关频率较低时，功率器件开关损耗可以忽略，但较低的开关频率会造 成三相电压或电流输出波形含有较多的谐波含量，影响波形正弦度的同时，也增加了滤波 电流的负担与成本。
[0003] 为了追求谐波两较小的输出电压和输出电流，一般需要提高开关频率，但显然会 带来较大的功率器件开关损耗，导致三相并网逆变器转换效率降低。为了进一步提高开关 频率，降低开关损耗，现有技术中有采用不连续调制技术实现了在三相多电平逆变器上开 关损耗的降低。另一种方案中，将不连续调制应用到有源滤波器上取得了较好的控制效果。 还有一种方案是提出了应用于三相两电平逆变器上的统一型不连续调制技术。上述方案都 采用在基本正弦波参考电压基础上注入不同德零序分量实现，且每个桥臂开关在一个基波 周期内的不动作区间为120°。
[0004] SVPWM是近年发展的一种比较新颖的控制方法，是由三相功率逆变器的六个功率 开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽可能接近于理想 的正弦波形。空间电压矢量PWM于传统的正弦PWM不同，它是从三相输出电压的整体效果 出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。SVPWM技术与SPWM相比较，绕组电流波形 的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用 率有了很大提高，且更易于实现数字化。
[0005] SVPWM矢量控制的关键是静止坐标轴与旋转坐标轴系之间的坐标变换，而两坐标 轴系之间的变换的关键是找到两坐标轴之间的夹角。目前，较为成熟的矢量变换控制方法 有转子磁场定向矢量变换控制、定子磁场定向矢量变换控制、滑差频率矢量控制等。受到矢 量控制的启发，近年来又派生出诸如多变量解耦控制、变结构滑膜控制等控制方法。
[0006] 传统的正弦脉宽调制（SPWM)技术是从电源的角度出发的，其着眼点是如何生成 一个可以调频调压的三相对称正弦波电源。常规SPWM法已经被广泛地应用于逆变器中，然 而常规SPWM不能充分利用馈电给逆变器的直流电压，逆变器最大相电压基波幅值与逆变 器直流电压比值为1/2,即逆变器输出相电压峰值最大为0. 5Ud(Ud为逆变器的直流电压）， 直流利用率低。John采用谐波失真的方法来增加三相PWM逆变器的输出电压，可以使PWM 逆变器最大相电压基波幅值增加约15%，但该方法的效果并不理想，因此它的实际应用受 到很大的限制。
[0007] 此外，SPWM逆变器是基于调节脉冲宽度和间隔来实现接近于正弦波的输出电流， 这种调节会产生某些高次谐波分量，引起电机发热，转矩脉动过大甚至会造起系统振荡。一 些学者在此基础上提出了选择谐波消除法和梯形脉宽调制法（TPWM)，但指定谐波消除法 运算量大，且占用相当大的内存，实现起来比较困难；TPWM逆变器输出波形中谐波分量比 SPWM逆变器还多，结果并不理想。而且，传统的高频三角波与调制波比较生成PWM波的方式 适合模拟电路，不适应于现代化电力电子技术数字化的发展趋势。因此，常规SPWM法不能 适应高性能全数字控制的交流伺服驱动系统的发展趋势。
[0008] 采用空间矢量PWM(SVPWM)算法可使逆变器输出线电压幅值最大达到Ud，比常规 SPWM法提高了约15. 47%。并且，由于SVPWM有多种调制方式，所以SVPWM控制方式可以 通过改变其调制方式来减少逆变器功率器件开关次数，从而降低功率器件的开关损耗，提 高控制性能。在同样的采样频率下，采用开关损耗模式SVPWM法的逆变器的功率器件开关 次数比采用常规SVPWM法逆变器的功率器件开关次数减少了 1/3,大大降低了功率器件的 开关损耗。SVPWM实质是一种基于空间矢量在三相正弦波中注入了零序分量的调制波进行 规则采样的一种变形SPWM，是具有更低的开关损耗的SPWM改进型方法，是一种优化的PWM 方法，能明显减少逆变器输出电流的谐波成分及电机的谐波损耗，降低电机的脉动转矩，且 SVPWM其物理概念清晰，控制算法简单，数字化实现非常方便，故目前有替代传统SPWM法的 趋势。
[0009] 而随着智能型高速微控制芯片的发展、指令周期的缩短、计算功能的增强及存储 容量的增加，使得数字化PWM有了更广阔的应用前景。因此，近些年来电压矢量脉宽调制技 术得到了快速地发展，在电气传动的许多方面得到了广泛的应用。
[0010] 1、电压空间矢量PffM法最早是被应用于交流变频调速系统中，采用SVPWM模式的 交流变频调速系统较之采用常规SPWM模式的交流调速系统，不仅电机转矩脉动减小了，馈 电给逆变器的直流电压利用率提高了；同时定子相电流更接近于正弦波，谐波更少，且采用 SVPWM模式的交流变频调速系统其动态性能非常优良。
[0011] 2、目前电压空间矢量PWM法广泛应用在有源滤波器中，它把三相变流器作为一个 整体来控制，很好地协调了 PWM主电路各相间的相互作用。这种控制策略可有效地跟踪指 令电流，抑制了负载谐波，显著减小了电源侧电流的电流总畸变率，是一种有效的电流跟踪 控制方案。
[0012] 3、电压空间矢量PWM法应用于整流控制系统中，系统具有良好的动态性能，易于 数字化实现，既能实现高功率因数，又能使能量双向流动。其最突出的优势是直流利用率较 之常规的SPWM控制方法提高了约15. 47%，而且，
[0013] 不同的调制方法将使开关损耗得到不同程度的减小。正是基于上述优点，空间矢 量PWM法越来越广泛地应用于整流控制系统中。
【发明内容】
[0014] 本发明正是基于以上一个或多个问题，提供一种并网逆变器的SVPWM控制器，用 以解决现有技术中网侧逆变器输出电流中的谐波大，输出波形畸变高的问题。
[0015] 所述并网逆变器的SVPWM控制器，包括：
[0016] 坐标变换模块和SVPWM模块；
[0017] 所述SVPWM模块包括：
[0018] 扇区分割模块，用于由六个非零基本电压空间矢量将逆变器的一个工作周期分成 六个扇区；将每个扇区分成多个对应时间T PWM的区间；
[0019] 扇区判断模块，用于判断当前电压空间矢量所在的扇区；
[0020] 电压矢量作用时间确定模块，用于确定各扇区电压空间矢量的作用时间；
[0021] 电压矢量切换时间确定模块，用于确定各扇区电压空间矢量的切换时间；
[0022] SVPWM波生成模块，用于根据所述各扇区电压空间矢量的切换时间生成SVPWM波。
[0023] 进一步的，所述坐标变换模块采用Clarke变换、Park变换或者Park逆变换中的 一种。
[0024] 进一步的，所述扇区判断模块根据坐标变换及公式
[0025]
[0026] 并检测出个变量a，b，c的符号；再根据公式N = 4sign(c)+2sign(b)+sign(a)得 到当前电压空间矢量所在的扇区；
[0027] 其中，sign表示符号函数，具体为：
[0028] 进一步的，扇区与N的关系?两足下表：
[0029]
[0030] 。
[0031] 进一步的，所述电压矢量作用时间确定模块包括：
[0032] 分配变量计算模块，用于计算各扇区电压空间矢量的作用时间分配变量；所述各 扇区电压空间矢量的作用时间分配变量为：
[0033]
[0034] 其中，为所述非零基本电压空间矢量的长度。 i
[0035] 进一步的，所述电压矢量作用时间确定模块还包括：
[0036] 作用时间计算模块，用于计算各扇区电压空间矢量的作用时间；所述各扇区电压 空间矢量的作用时间为：
[0037]
[0038] 其中，1\，1~2为相邻非零矢量的作用时间。
[0039] 进一步的，所述矢量切换时间确定模块包括：
[0040] 作用时间单元确定模块，用于确定作用时间单元Ta，Tb，T。；
[0041]
!\，1~2为相邻非零矢量的作用时间。
[0042] 进一步的，所述矢量切换时间确定模块还包括：
[0043] 扇区切换时间对应单元，用于根据切换时间与扇区的对应关系确定各个扇区电压 空间矢量的切换时间；所述切换时间与扇区的对应关系为：
[0044]
[0045] 进一步的，所述SVPWM波生成模块包括：
[0046] 第一 SVPWM波生成模块：用于将所述各扇区电压空间矢量的切换时间与等腰三角 形比较生成对称的三路空间矢量PWM信号PWM1、PWM3、PWM5 ;
[0047] 第二SVPWM波生成模块：用于将所述PWM1、PWM3、PWM5三路信号转换为boolean类 型分别取反，再转换为double类型，得到三路空间矢量PWM信号PWM2、PWM4、PWM6。
[0048] 进一步的，所述并网逆变器在任何时刻有三个开关管是导通状态，另外三个开关 管是关断状态，同一桥臂上、下两个开关管不同时导通。
[0049] 本发明提供的并网逆变器的SVPWM控制器，采用SVPWM控制技术对永磁同步发电 机和双PWM变流器进行控制，将一种新的空间矢量脉冲宽度调制技术应用到系统变流器的 控制策略中，能够减小网侧逆变器输出电流中的谐波，降低输出波形畸变，实现有功和无功 的解耦控制，提高整个系统的稳定性和高效性。
【附图说明】
[0050] 图1是本发明实施例一并网逆变器的SVPWM控制器的结构示意图；
[0051] 图2是本发明实施例二Clarke变换模块的结构示意图；
[0052] 图3是本发明实施例二扇区判断模块的结构示意图；
[0053] 图4是本发明实施例二X、Y、Z计算模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0054] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。需要说明的是，如果不冲突，本发 明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。
[0055] 实施例一
[0056] 本发明实施例一提供一种并网逆变器的SVPWM控制器，如图1所示，所述SVPWM控 制器包括：坐标变换模块1和SVPWM模块2 ;
[0057] 其中，所述坐标变换模块1采用Clarke变换、Park变换或者Park逆变换中的一 种。
[0058] 所述SVPWM模块1包括：
[0059] 扇区分割模块11，用于由六个非零基本电压空间矢量将逆变器的一个工作周期分 成六个扇区；将每个扇区分成多个对应时间T PWM的区间；
[0060] 扇区判断模块12,用于判断当前电压空间矢量所在的扇区；
[0061] 具体的，所述扇区判断模块12根据坐标变换及公式
[0062]
[0063] 并检测出个变量a，b，c的符号；
[0064] 再根据公式N = 4sign(c)+2sign(b)+sign(a)得到当前电压空间矢量所在的扇 区；
[0065] 其中，sign表示符号函数，具体为：
[0066] 扇区与N的关系满足下表：
[0067]
[0068] 。
[0069] 电压矢量作用时间确定模块13,用于确定各扇区电压空间矢量的作用时间；
[0070] 具体的，所述电压矢量作用时间确定模块13包括：
[0071] 分配变量计算模块，用于计算各扇区电压空间矢量的作用时间分配变量；所述各 扇区电压空间矢量的作用时间分配变量为：
[0072]
[0073] 其中，|匕为所述非零基本电压空间矢量的长度。
[0074] 作用时间计算模块，用于计算各扇区电压空间矢量的作用时间；所述各扇区电压 空间矢量的作用时间为：
[0075]
[0076] 其中，1\，1~2为相邻非零矢量的作用时间。
[0077] 电压矢量切换时间确定模块14,用于确定各扇区电压空间矢量的切换时间；
[0078] 具体的，所述矢量切换时间确定模块14包括：
[0079] 作用时间单元确定模块，用于确定作用时间单元Ta，Tb，T。；
[0080] 其中
pT#相邻非零矢量的作用时间。
[0081] 扇区切换时间对应单元，用于根据切换时间与扇区的对应关系确定各个扇区电压 空间矢量的切换时间；所述切换时间与扇区的对应关系为：
[0082]
[0083] SVPWM波生成模块15,用于根据所述各扇区电压空间矢量的切换时间生成SVPWM 波。
[0084] 具体的，所述SVPWM波生成模块15包括：
[0085] 第一 SVPWM波生成模块：用于将所述各扇区电压空间矢量的切换时间与等腰三角 形比较生成对称的三路空间矢量PWM信号PWM1、PWM3、PWM5 ;
[0086] 第二SVPWM波生成模块：用于将所述PWM1、PWM3、PWM5三路信号转换为boolean类 型分别取反，再转换为double类型，得到三路空间矢量PWM信号PWM2、PWM4、PWM6。
[0087] 本发明提供的并网逆变器的SVPWM控制器，采用SVPWM控制技术对永磁同步发电 机和双PWM变流器进行控制，将一种新的空间矢量脉冲宽度调制技术应用到系统变流器的 控制策略中，能够减小网侧逆变器输出电流中的谐波，降低输出波形畸变，实现有功和无功 的解耦控制，提高整个系统的稳定性和高效性。
[0088] 实施例二
[0089] 本发明实施例二提供一种并网逆变器的SVPWM控制器，所述SVPWM控制器包括：坐 标变换模块1和SVPWM模块2 ;
[0090] 其中，所述坐标变换模块1采用Clarke变换、Park变换或者Park逆变换中的一 种。本实施例采用如图2所示的Clarke变换模块。
[0091] SVPWM模块1包括扇区分割模块11，扇区判断模块12,电压矢量作用时间确定模 块13,电压矢量切换时间确定模块14和SVPWM波生成模块15五部分构成。其具体步骤如 下：
[0092] 1、判断扇区
[0093] 在应用SVPWM技术时，应首先判断合成矢量位于哪个扇区。根据式
口公式 N = 4sign(c)+2sign(b)+sign(a)及
[0094] 扇区与N的关系表建立扇区判断模块12如图3所示。
[0095] 其中，扇区与N的关系表如下：
[0096]
[0097] 。
[0098] 2、计算相邻矢量作用时间
[0099] 首先根据另
I立X、Y、Z计算模块，如图4 所示，然后由各扇区电压空间矢量的作用时间表所对应的关系建立?\、T2计算模块。
[0100] 3、确定电压矢量切换时间
[0101] 计算出了相邻两矢量的作用时间后，根据式
[0102]
U及切换时间与扇区的对应关系表建立矢量切 换时间Τ^、τμ2、τμ3计算模块。
[0103] 4、生成 SVPWM 波
[0104] 计算得到的TMl、Τμ2、Τμ3值与等腰三角形比较就可生成对称的三路空间矢量PWM 信号PWMp PWM3、PWM5。将这三路信号转换为boolean类型分别取反，然后再转换为double 类型就可得到另外三路空间矢量PWM信号PWM2、PWM4、PWM6。
[0105] 以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本 发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的 技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种并网逆变器的SVPWM控制器，其特征在于，包括： 坐标变换模块和SVPWM模块； 所述SVPWM模块包括： 扇区分割模块，用于由六个非零基本电压空间矢量将逆变器的一个工作周期分成六个 扇区；将每个扇区分成多个对应时间Tpwm的区间； 扇区判断模块，用于判断当前电压空间矢量所在的扇区； 电压矢量作用时间确定模块，用于确定各扇区电压空间矢量的作用时间； 电压矢量切换时间确定模块，用于确定各扇区电压空间矢量的切换时间； SVPWM波生成模块，用于根据所述各扇区电压空间矢量的切换时间生成SVPWM波。2. 如权利要求1所述的并网逆变器的SVPWM控制器，其特征在于，所述坐标变换模块采 用Clarke变换、Park变换或者Park逆变换中的一种。3. 如权利要求1所述的并网逆变器的SVPWM控制器，其特征在于，所述扇区判断模块根 据坐标巧换及公式巧定变量曰，b，C ; 并检测出个变量曰，b，C的符号；再根据公式N = 4sign (C)巧sign化)+sign (a)得到当 前电压空间矢量所在的扇区； 其中，sign表示符号函数，具体为：4. 如权利要求3所述的并网逆变器的SVPWM控制器，其特征在于，扇区与N的关系满足 下表：O5. 如权利要求1所述的并网逆变器的SVPWM控制器，其特征在于，所述电压矢量作用时 间确定模块包括： 分配变量计算模块，用于计算各扇区电压空间矢量的作用时间分配变量；所述各扇区 电压空间矢量的作用时间分配变量为：其中，为所述非零基本电压空间矢量的长度。6. 如权利要求5所述的并网逆变器的SVPWM控制器，其特征在于，所述电压矢量作用时 间确定模块还包括： 作用时间计算模块，用于计算各扇区电压空间矢量的作用时间；所述各扇区电压空间 矢量的作用时间为：其中，Tl, T2为相邻非零矢量的作用时间。7. 如权利要求1所述的并网逆变器的SVPWM控制器，其特征在于，所述矢量切换时间确 定模块包括： 作用时间单元确定模块，用于确定作用时间单元T。，Tb, T。； 其中：Tl, Tz为相邻非零矢量的作用时间。8. 如权利要求7所述的并网逆变器的SVPWM控制器，其特征在于，所述矢量切换时间确 定模块还包括： 扇区切换时间对应单元，用于根据切换时间与扇区的对应关系确定各个扇区电压空间 矢量的切换时间;所述切换时间与扇区的对应关系为:_9. 如权利要求1所述的并网逆变器的SVPWM控制器，其特征在于，所述SVPWM波生成模 块包括： 第一 SVPWM波生成模块：用于将所述各扇区电压空间矢量的切换时间与等腰=角形比 较生成对称的S路空间矢量PWM信号PWM1、PWM3、PWM5 ; 第二SVPWM波生成模块：用于将所述PWMl、PWM3、PWM5 S路信号转换为boolean类型 分别取反，再转换为double类型，得到S路空间矢量PWM信号PWM2、PWM4、PWM6。10.如权利要求1所述的并网逆变器的SVPWM控制器，其特征在于，所述并网逆变器在 任何时刻有=个开关管是导通状态，另外=个开关管是关断状态，同一桥臂上、下两个开关 管不同时导通。
【文档编号】H02M1/12GK105991012SQ201510951496
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年12月16日
【发明人】郭利辉, 张元敏
【申请人】许昌学院