一种适用于无功补偿的三相四桥臂的pwm控制方法
【专利摘要】一种适用于无功补偿的三相四桥臂的pwm控制方法，采样一周期内的三相电压信号以及三相电流信号，将所述三相电压信号以及所述三相电流信号作为第一级输入量通过CLARK变换以及PARK变换后得出第二级输入量Ualfa、Ubeta、Ugamma，然后将所述第二级输入量通过以下步骤得出驱动三相四桥臂上开关器件的PWM输出信号，本发明具有三相四桥臂能顺利工作，对系统无功快速准确补偿，系统稳定性更好的优点。
【专利说明】
-种适用于无功补偿的Ξ相四桥臂的pwm控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及无功补偿控制技术领域，尤其设及一种适用于无功补偿的Ξ相四桥臂 的pwm控制方法。
【背景技术】
[0002] 低压有源无功补偿(DSVG)控制器采用IGBT作为开关元件，将自换相桥式电路通过 电抗器并联在电网上，适当的调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，使该电路吸收 或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功功率补偿。该装置调节速度快，运行范围宽， 采用合适的开关频率可大大减少补偿电流中的谐波含量，能有效改善用电负荷的功率因 数，具有显著的节能效果。但是DSVG当采用Ξ相四桥臂的控制结构的时候就会遇到一个问 题，Ξ相四桥臂在低压状态下容易出现Ξ相不平衡的情况，运种情况对最终补偿结构会造 成很大的影响，而现有的控制技术均是针对高压状态下进行补偿的情况，所W需要设计一 种针对低压状态的专口的控制方法来解决运个问题。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的不足之处本发明提供一种适用于无功补偿的Ξ相四桥臂的pwm控 制方法，该方法用空间内有限的矢量去等效给定的空间旋转矢量，投影到坐标上的空间矢 量即成为了时域信号。
[0004] 本发明的技术方案是提供一种适用于无功补偿的Ξ相四桥臂的pwm控制方法，采 样一周期内的Ξ相电压信号W及Ξ相电流信号，将所述Ξ相电压信号W及所述Ξ相电流信 号作为第一级输入量通过化ark变换W及PARK变换后得出第二级输入量化Ifa、化eta、 Ugamma，然后将所述第二级输入量通过W下步骤得出驱动Ξ相四桥臂上开关器件的PWM输 出信号， 步骤一，由Ξ相四桥臂的每组桥臂的工作状态确定开关状态矢量，由得出的N个所述开 关状态矢量构成SVPWM控制坐标系，将所述SVPWM坐标系按照所述开关状态矢量分层，每层 等分为N个扇区，相邻层之间所述扇区构成控制用四面体，并且通过开关状态矢量的组合形 式确定每个控制用四面体所对应的作用时间计算公式； 步骤二，在所述SVPWM控制坐标系中设定初始扇区号； 步骤Ξ，由所述第二级输入量计算出电压矢量Va、Vb、Vc，并判断所述电压矢量所处的 多个所述扇区共同构成的所述控制用四面体的位置，该位置处的所述控制用四面体记做目 标四面体； 步骤四，通过所述目标四面体所对应的所述作用时间计算公式得出所述电压矢量的作 用时间，形成所述PWM输出信号。
[0005] 作为本发明的优选，步骤一中将每组所述桥臂的上桥臂导通下桥臂关断状态记做 P，下桥臂导通上桥臂关断状态记做N，四组桥臂共组成16个所述开关状态矢量控，利用其中 14个非零矢量共同构成六棱柱型所述所述SVPWM控制坐标系。
[0006] 作为本发明的优选，步骤二中设定的所述初始扇区号为sector = 0。
[0007] 作为本发明的优选，步骤Ξ中判断所述电压矢量所处的所述扇区的过程如下， B0 = Ubeta; B1 = 0.8660254 * Ualfa - 0.5 * Ube化； B2 = 0 - 0.8660254 * Ualfa - 0.5 * Ube化； 当BO 〉 0.0则sector = 1; 当BO 〉 0.0则sector = 1; 当B1 〉 0.0则sector = sector+ 2; 当B2 〉 0.0则sector = sector+ 4。
[000引作为本发明的优选，步骤Ξ中由所述第二级输入量化Ifa、化eta、Ugamma计算出 所述电压矢量化、Vb、Vc的过程如下， Va = Ualfa + Ugamma； Vb = 0 - 0.5 * Ualfa + 0.8660254 * Ube1:a + Ugamma; Vc = 0 - 0.5 * Ualfa - 0.8660254 * Ube1:a + Ugamma。
[0009] 作为本发明的优选，16个所述开关状态矢量控分别为顺顺、PPPP、PN顺、PPNN、 PPPN、NPPP、NNPP、NNNP、NPNN、NNPN、PNPN、NPNP、PNPP、PPNP、PNNP、NPPN。
[0010] 作为本发明的优选，每层所述扇区均为6个，且相邻层所述扇区均一一对应，将所 述SVPWM控制坐标系分为6个Ξ棱柱型坐标系，分别为第一棱柱、第二棱柱、第Ξ棱柱、第四 棱柱、第五棱柱、第六棱柱，所述所述控制用四面体分别分布在该6个所述Ξ棱柱型坐标系 中。
[0011] 作为本发明的优选，所述第一棱柱中所述控制用四面体的坐标分别为(PNNN PPNN PPPN)、（PNNN PP順 PPNP)、（PNNN PNNP PPNP)、（NNNP PNNP PPNP);所述第二棱柱中所述控 制用四面体的坐标分别为（NPNN PPNN PPPN)、（NP顺 PPNN PPNP)、（NPNN NPNN NPNP PPNP)、（NNNP NPNP PPNP);所述第Ξ棱柱中所述控制用四面体的坐标分别为(NP順NPPN PPPN)、（NPNN NPPN NPPP)、（NPNN NPNP NPPP)、（NNNP NPNP NPPP);所述第四棱柱中所述控 制用四面体的坐标分别为（NPPN NPPN PPPN)、（NNPN NPPN NPPP)、（NNPN NNPP NPPN)、 (NNNP順PP NPPP);所述第五棱柱中所述控制用四面体的坐标分别为(NNPN PNPN PPPN)、 (NNPN PNPN PNPP)、（NNPN NNPP PNPP)、（NNNP NNPP PNPP);所述第六棱柱中所述控制用四 面体的坐标分别为(PNNN PNPN PPPN)、（PNNN PNPN PNPP)、（PNNN PNNP PNPP)、（NNNP PNNP PNPP)。
[0012] 作为本发明的优选，所述的作用时间计算公式为，
to=l-ti-t2-t3;其中Mat为每个所述所述控制用四面体单独对应的矩阵参数。
[0013] 本发明具有W下有益效果： 本发明具有=相四桥臂能顺利工作，对系统无功快速准确补偿，系统稳定性更好的优 点。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明实施例的SVPWM控制坐标系示意图；
【具体实施方式】
[0015] W下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0016] 本发明实施例采样一周期内的Ξ相电压信号W及Ξ相电流信号，将Ξ相电压信号 W及Ξ相电流信号作为第一级输入量通过化ARK变换W及PARK变换后得出第二级输入量 化Ifa、化eta、化amma，然后将第二级输入量通过W下步骤得出驱动Ξ相四桥臂上开关器件 的PWM输出信号， 步骤一，由Ξ相四桥臂的每组桥臂的工作状态确定开关状态矢量，由得出的N个开关状 态矢量构成SVPWM控制坐标系，具体方法为将每组桥臂的上桥臂导通下桥臂关断状态记做 P，下桥臂导通上桥臂关断状态记做N，四组桥臂共组成16个开关状态矢量控，利用其中14个 非零矢量共同构成如图1所述的六棱柱型SVPWM控制坐标系。将SVPWM坐标系按照开关状态 矢量分层，每层等分为N个扇区，相邻层之间扇区构成控制用四面体，并且通过开关状态矢 量的组合形式确定每个控制用四面体所对应的作用时间计算公式。
[0017] 步骤二，在SVPWM控制坐标系中设定初始扇区号sector = 0。
[0018] 步骤Ξ，由第二级输入量计算出电压矢量化、Vb、Vc，由第二级输入量化If a、化eta 、化amma计算出电压矢量化、Vb、Vc的过程如下， Va = Ualfa + Ugamma； Vb = 0 - 0.5 * Ualfa + 0.8660254 * Ube1:a + Ugamma; Vc = 0 - 0.5 * Ualfa - 0.8660254 * Ube1:a + Ugamma。
[0019] 判断电压矢量所处的多个扇区共同构成的控制用四面体的位置，该位置处的控制 用四面体记做目标四面体，判断电压矢量所处的扇区的过程如下， B0 = Ubeta; B1 = 0.8660254 * Ualfa - 0.5 * Ube化； B2 = 0 - 0.8660254 * Ualfa - 0.5 * Ube化； 当BO 〉 0.0则sector = 1; 当BO 〉 0.0则sector = 1; 当B1 〉 0.0则sector = sector+ 2; 当B2 〉 0.0则sector = sector+ 4; 步骤四，通过目标四面体所对应的作用时间计算公式得出电压矢量的作用时间，形成 PWM输出信号。
[0020] 6、根据权利要求2 -种适用于无功补偿的Ξ相四桥臂的pwm控制方法，其特征在 于：16 个开关状态矢量控分别为NNNN、PPPP、PNNN、PP 順、PPPN、NPPP、NNPP、NNNP、NPNN、NNPN、 PNPN、NPNP、PNPP、PPNP、PNNP、NPPN。每层扇区均为6个，且相邻层扇区均--对应，将SVPWM 控制坐标系分为6个Ξ棱柱型坐标系，分别为第一棱柱、第二棱柱、第Ξ棱柱、第四棱柱、第 五棱柱、第六棱柱，控制用四面体分别分布在该6个Ξ棱柱型坐标系中。第一棱柱中控制用 四面体的坐标分别为（PNNN PP順 PPPN)、（PNNN PP順 PPNP)、（P順N P順P PPNP)、（NNNP P顺P PPNP);第二棱柱中控制用四面体的坐标分别为（NPNN PPNN PPPN)、（NP顺PPNN PPNP)、（NPNN NPNN NPNP PPNP)、（NNNP NPNP PPNP);第Ξ棱柱中控制用四面体的坐标分别 为（ΝΡ順 ΝΡΡΝ ΡΡΡΝ)、（ΝΡ順 ΝΡΡΝ ΝΡΡΡ)、（ΝΡΝΝ ΝΡΝΡ ΝΡΡΡ)、（ΝΝΝΡ ΝΡΝΡ NPPP);第四棱 柱中控制用四面体的坐标分别为（ΝΡΡΝ ΝΡΡΝ ΡΡΡΝ)、（顺ΡΝ ΝΡΡΝ ΝΡΡΡ)、（ΝΝΡΝ ΝΝΡΡ ΝΡΡΝ)、（順ΝΡ ΝΝΡΡ NPPP);第五棱柱中控制用四面体的坐标分别为(ΝΝΡΝ ΡΝΡΝ ΡΡΡΝ)、 (ΝΝΡΝ ΡΝΡΝ ΡΝΡΡ)、（ΝΝΡΝ ΝΝΡΡ ΡΝΡΡ)、（ΝΝΝΡ ΝΝΡΡ PNPP);第六棱柱中控制用四面体的坐 标分别为（ΡΝΝΝ ΡΝΡΝ ΡΡΡΝ)、（ΡΝΝΝ ΡΝΡΝ ΡΝΡΡ)、（ΡΝΝΝ ΡΝΝΡ ΡΝΡΡ)、（ΝΝΝΡ ΡΝΝΡ ΡΝΡΡ)。 作用时间计算公式为，
t〇=l-t广?2-?3 ; 其中Mat为每个控制用四面体单独对应的矩阵参数，Mat的具体列表如下：
本发明实施例中Clark变换计算公式为：
[0021]上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思 和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方 案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已 经全部记载在权利要求书中。
【主权项】
1. 一种适用于无功补偿的三相四桥臂的pwm控制方法，其特征在于:采样一周期内的三 相电压信号以及三相电流信号，将所述三相电压信号以及所述三相电流信号作为第一级输 入量通过CLARK变换以及PARK变换后得出第二级输入量1^1€ &、1]1^&、1^臟&，然后将所述 第二级输入量通过以下步骤得出驱动三相四桥臂上开关器件的PWM输出信号， 步骤一，由三相四桥臂的每组桥臂的工作状态确定开关状态矢量，由得出的N个所述开 关状态矢量构成SVPWM控制坐标系，将所述SVPWM坐标系按照所述开关状态矢量分层，每层 等分为N个扇区，相邻层之间所述扇区构成控制用四面体，并且通过开关状态矢量的组合形 式确定每个控制用四面体所对应的作用时间计算公式； 步骤二，在所述SVPWM控制坐标系中设定初始扇区号； 步骤三，由所述第二级输入量计算出电压矢量￥&^13、￥(3，并判断所述电压矢量所处的 多个所述扇区共同构成的所述控制用四面体的位置，该位置处的所述控制用四面体记做目 标四面体； 步骤四，通过所述目标四面体所对应的所述作用时间计算公式得出所述电压矢量的作 用时间，形成所述PWM输出信号。2. 根据权利要求1所述的一种适用于无功补偿的三相四桥臂的pwm控制方法，其特征在 于:步骤一中将每组所述桥臂的上桥臂导通下桥臂关断状态记做P，下桥臂导通上桥臂关断 状态记做N，四组桥臂共组成16个所述开关状态矢量控，利用其中14个非零矢量共同构成六 棱柱型所述所述SVPWM控制坐标系。3. 根据权利要求1所述的一种适用于无功补偿的三相四桥臂的pwm控制方法，其特征在 于:步骤二中设定的所述初始扇区号为sector = 0。4. 根据权利要求1所述的一种适用于无功补偿的三相四桥臂的pwm控制方法，其特征在 于:步骤三中判断所述电压矢量所处的所述扇区的过程如下， BO = Ubeta； B1 = 0.8660254 * Ualfa - 0.5 * Ubeta; B2 = 0 - 0.8660254 * Ualfa - 0.5 * Ubeta; 当BO >0·0则sector = 1; 当BO >0·0则sector = 1; 当B1 > 0·0则sector = sector+ 2; 当B2 > 0·0则sector = sector+ 4〇5. 根据权利要求1所述的一种适用于无功补偿的三相四桥臂的pwm控制方法，其特征在 于:步骤三中由所述第二级输入量Ualfa、Ubeta、Ugamma计算出所述电压矢量Va、Vb、Vc的 过程如下， Va = Ualfa + Ugamma； Vb = 0 - 0.5 * Ualfa + 0.8660254 * Ubeta + Ugamma; Vc = 0 - 0.5 * Ualfa - 0.8660254 * Ubeta + Ugamma。6. 根据权利要求2所述的一种适用于无功补偿的三相四桥臂的pwm控制方法，其特征在 于：16 个所述开关状态矢量控分别为 NNNN、PPPP、PNNN、PPNN、PPPN、NPPP、NNPP、NNNP、NPNN、 NNPN、PNPN、NPNP、PNPP、PPNP、PNNP、NPPN。7. 根据权利要求6所述的一种适用于无功补偿的三相四桥臂的pwm控制方法，其特征在 于:每层所述扇区均为6个，且相邻层所述扇区均一一对应，将所述SVPWM控制坐标系分为6 个三棱柱型坐标系，分别为第一棱柱、第二棱柱、第三棱柱、第四棱柱、第五棱柱、第六棱柱， 所述所述控制用四面体分别分布在该6个所述三棱柱型坐标系中。8. 根据权利要求7所述的一种适用于无功补偿的三相四桥臂的pwm控制方法，其特征在 于：所述第一棱柱中所述控制用四面体的坐标分别为（PNNN PPNN PPPN)、（PNNN PPNN PPNP)、（PNNN PNNP PPNP)、（NNNP PNNP PPNP);所述第二棱柱中所述控制用四面体的坐标 分别为（NPNN PPNN PPPN)、（NPNN PPNN PPNP)、（NPNN NPNN NPNP PPNP)、（NNNP NPNP PPNP);所述第三棱柱中所述控制用四面体的坐标分别为（NPNN NPPN PPPN)、（NPNN NPPN NPPP)、（NPNN NPNP NPPP)、（NNNP NPNP NPPP);所述第四棱柱中所述控制用四面体的坐标 分别为（NPPN NPPN PPPN)、（NNPN NPPN NPPP)、（NNPN NNPP NPPN)、（NNNP NNPP NPPP);所 述第五棱柱中所述控制用四面体的坐标分别为（NNPN PNPN PPPN)、（NNPN PNPN PNPP)、 (NNPN NNPP PNPP)、（NNNP NNPP PNPP);所述第六棱柱中所述控制用四面体的坐标分别为 (PNNN PNPN PPPN)、（PNNN PNPN PNPP)、（PNNN PNNP PNPP)、（NNNP PNNP PNPP)。9. 根据权利要求1或8所述的一种适用于无功补偿的三相四桥臂的pwm控制方法，其特 征在于:所述的作用时间计算公式为， tFl-ti-ts-ts;其中Mat为每个所述所述控制用四面体单独对应的矩阵参数。
【文档编号】H02J3/18GK106059325SQ201610226409
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月13日 公开号201610226409.4, CN 106059325 A, CN 106059325A, CN 201610226409, CN-A-106059325, CN106059325 A, CN106059325A, CN201610226409, CN201610226409.4
【发明人】王珏, 周莉, 詹棋智, 宋泽宇, 钱飞, 黄伟, 刘勇
【申请人】国船电气（武汉）有限公司