双随机开关频率变化范围的随机空间矢量脉宽调制方法与流程

1.本发明涉及发电、变电和配电的技术领域，尤其涉及双随机开关频率变化范围的随机空间矢量脉宽调制方法。


背景技术：

2.近年来，随着电动汽车、多电飞机、高速列车、电推进船舶等现代交通工具飞速发展，电磁兼容性作为电气化交通领域的重要考察指标之一受到越来越多的关注。采用传统空间矢量脉宽调制(svpwm，space vector pulse width modulation)技术时输出电压在开关频率及其整数倍处产生大量高次谐波，从而带来大量电磁噪声和干扰，影响系统电磁兼容性。
3.随机svpwm技术通过对开关函数的参数随机化，可以实现将原本集中在开关频率及其整数倍处的高次谐波均匀分散到较宽范围内，从而改善系统电磁兼容性。现有随机svpwm方法主要可以分为随机开关频率调制方法和随机脉冲位置调制方法，其中随机开关频率svpwm方法实现原理简单，谐波分散效果相对明显。
4.随机开关频率通常均匀分布在平均开关频率两侧，其最大值受到开关器件限制。当开关频率变化范围较宽时，其最小值较低，则输出电流纹波较大，同时可能导致频谱混叠使开关频率及其倍频处之间的高次谐波互相叠加，电磁干扰增大。因此，在实际应用中随机开关频率变化范围会受到一定限制。随机开关频率svpwm方法谐波分散效果受开关频率变化范围大小影响较大，在开关频率变化范围较窄时该方法谐波分散效果较弱。
5.针对这一问题，本发明提出了双随机开关频率变化范围的随机空间矢量脉宽调制方法，在开关频率变化范围较窄的情况下，获得更好的谐波分散效果，抑制电磁干扰。


技术实现要素：

6.本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了双随机开关频率变化范围的随机空间矢量脉宽调制方法，对传统随机开关频率svpwm方法进行改进，在一定范围内对开关频率进行两次随机变化，在开关频率变化范围较窄的情况下改善了传统随机开关频率调制方法谐波尖峰幅值较大的问题。
7.本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
8.双随机开关频率变化范围的随机空间矢量脉宽调制方法，包括以下步骤：
9.步骤(1)、设置两次开关频率变化范围
10.步骤(2)、在两次开关频率变化范围内分别生成随机频率；
11.步骤(3)、在平均开关频率和两次生成的随机频率基础上计算得到下一控制周期开关频率；
12.步骤(4)、根据svpwm算法计算得到各基本电压矢量的作用时间并输出pwm信号。
13.优选的，所述随机开关频率变化范围为δf，一次开关频率变化范围为δf1，二次开关频率变化范围为δf2，开关频率变化范围为一次开关频率变化范围和二次平均开关频
率变化范围之和，即δf＝δf1+δf2。
14.优选的，所述步骤(2)的具体方法为：每个控制周期内生成两个随机数r1和r2，并在两次开关频率变化范围中生成两个随机频率δf
s1
和δf
s2
，其中δf
s1
＝r1·
δf1，δf
s2
＝r2·
δf2。
15.优选的所述步骤(3)具体方法为：根据步骤(2)生成的两个随机频率计算出该控制周期的开关频率，所用公式如下：
16.fs＝f
s0
+δf
s1
+δf
s2
，
17.其中，fs为当前控制周期开关频率，f
s0
为系统平均开关频率，δf
s1
为一次开关频率变化范围内生成的随机频率，δf
s2
为二次开关频率变化范围内生成的随机频率。
18.优选的所述步骤(4)具体方法为：根据步骤(3)所得当前控制周期开关频率，根据svpwm算法计算得到各基本电压矢量的作用时间并输出pwm信号。
19.优选的，所述两个随机数r1和r2的范围为[-1,1]。
[0020]
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0021]
1.本发明提供了双随机开关频率变化范围的随机空间矢量脉宽调制方法，通过每个控制周期在两次开关频率变化范围内选择随机频率对开关频率进行随机化，可以在开关频率变化范围较窄的情况下改善随机svpwm方法谐波分散效果，进一步抑制电磁干扰。
[0022]
2.本发明提供了双随机开关频率变化范围的随机空间矢量脉宽调制方法，采用软件方法生成随机数，不增加硬件成本，易于实现。
[0023]
3.本发明提供了双随机开关频率变化范围的随机空间矢量脉宽调制方法，是一种通用技术，适用于三相及多相电机驱动系统，适用性强。
附图说明
[0024]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]
图1为双随机开关频率变化范围的随机空间矢量脉宽调制方法流程图；
[0026]
图2为三相逆变器拓扑示意图；
[0027]
图3为三相逆变器基本电压矢量分布图。
具体实施方式
[0028]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]
双随机开关频率变化范围的随机空间矢量脉宽调制方法如图1所示，首先，根据系统平均开关频率和开关频率变化范围要求预先设定两次开关频率变化范围，开关频率变化范围为一次开关频率变化范围和二次平均开关频率变化范围之和，例如平均开关频率f
s0
为10khz，要求开关频率变化范围为
±
10％，设定一次开关频率变化范围δf1为750hz，二次开
关频率变化范围δf2为250hz。
[0030]
然后，在[-1，1]范围内生成两个随机数r1和r2，在预先设置的一次开关频率变化范围δf1和二次开关频率变化范围δf2内选择两个随机频率δf
s1
和δf
s2
，其中δf
s1
＝r1·
δf1，δf
s2
＝r2·
δf2。接着结合计算公式得到该控制周期的开关频率：fs＝f
s0
+δf
s1
+δf
s2
，其中fs为当前控制周期开关频率，f
s0
为系统平均开关频率。
[0031]
最后，在计算得到的开关频率基础上依据svpwm算法产生pwm信号。以三相逆变器为例，其拓扑如图2所示，定义开关函数为s＝[sa,sb,sc]，若sa＝1，则表示逆变器a相上桥臂导通，下桥臂关断；若sa＝0，则反之。根据六个开关管的不同开关组合可得到8个电压矢量，其分布情况如图3。
[0032]
判断该控制周期参考电压矢量u
ref
所在扇区并计算与其相邻的两个基本矢量和零矢量作用时间：
[0033][0034]
其中，ts为该控制周期的开关周期，即ts＝1/fs，t
x
和ty分别为参考电压矢量u
ref
顺时针和逆时针方向相邻基本矢量的作用时间，t0和t7分别为零矢量u0(000)和u7(111)的作用时间。根据上述电压矢量作用时间计算即可合成目标电压矢量，并输出pwm信号。
[0035]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。