一种基于排序法的SVPWM实现方法

一种基于排序法的svpwm实现方法
技术领域
1.本发明涉及电力电子领域，尤其是一种基于排序法的svpwm实现方法。


背景技术：

2.svpwm在电力电子行业中有着广泛应用，传统的三电平svpwm(space vector pulse width modulation)实现方法是在二维静止坐标系下，判断参考电压所处扇区，然后确定该时刻的矢量组合，从而确定各个矢量作用顺序和各自的作用时间，其实现过程计算步骤多，编程复杂。
3.传统的svpwm算法的基本步骤为：1)判断参考电压向量所在扇区；2)计算基本矢量在各扇区中的作用时间；3)确定各电压空间矢量的切换点。本发明的基本步骤与传统算法基本一致，但是在各步上算法实现上进行了创新改进。
4.在扇区的判断上，传统方法以空间矢量坐标系的扇区等价条件来构建状态函数，采用列表然后经过加减及逻辑运算来确定所在扇区；在计算矢量基本作用时间上，利用矢量叠加及等效原理，分别单独计算各扇区矢量的作用时间；在确定电压空间矢量的切换点时，采用三角载波与三相输出电压波形进行比较计算获得电压空间矢量的切换点。
5.传统svpwm实现方法各节点计算输入输出参数多，计算内容复杂，关系转换节点繁复，数字化控制复杂。


技术实现要素：

6.本发明针对传统svpwm复杂计算方式，提出了一种基于逻辑比较的新型调制信号合成方法，采用归一化时长计算方式，简化各路开关作用状态的计算过程，考虑其周期性，同样可以通过查询关系表的方式减少数据计算，便于实现简易数字化控制。
7.本发明采用的技术方案是：一种基于排序法的svpwm实现方法，包括如下步骤：
8.第一步：计算各扇区开关作用时长并排序，构建时长降序数组；
9.第二步：进行各路开关导通时间长度排序，构建回路元素数组；
10.第三步：按序分配各路开关作用时间；
11.第四步：各开关按照作用时间进行通断实现svpwm信号合成；
12.有益效果：
13.本发明提出的一种基于排序法的svpwm实现方法，在传统七段式svpwm基础上，将参考电压空间矢量角度归一化至然后进行空间矢量作用时长计算，以时长长度为顺序，时长和回路为元素，构建了相应的降序数组，确定了各路开关的作用状态，基于此提出了一种新式调制开关状态确定的方法，简化了svpwm计算算法。由于矢量空间的周期性，因此回路的时长降序数组也是周期性的，可以通过查表法进一步减少数学运算，提高调制效率。
附图说明
14.图1是本发明所采用的三相逆变器调制线路示意图；
15.图2是本发明所采用的矢量叠加原理示意图；
16.图3是本发明所采用的矢量空间扇区划分示意图；
17.图4是本发明所采用的时序及开关作用状态示意图；
18.图5是本发明仿真结果的s
t_max
，s
t_mid
，s
t_min
的开关状态；
19.图6是本发明仿真结果的t_max，t_mid，t_min对应的开关支路趋势；
20.图7是本发明仿真结果的a，b，c三路开关状态；
21.图8是本发明仿真结果u
an
，u
ao
，u
ab
，u
on
的电压状态；
22.图9是本发明仿真结果的三相逆变器的输出电流状态。
具体实施方式
23.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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
24.根据本发明的实施例，提出了一种基于逻辑比较的新型调制信号合成方法，根据参考电压的空间矢量角度，确定所处扇区，然后计算相关空间矢量作用时长(降序)，并转换为路开关作用状态(单指各路第一个开关s1_g，s2_g，s3_g，参见图1，下同)，然后依据空间矢量变化规律，确定各路开关作用时长排序(降序)，通过时长的对应关系可以确定采样周期内的各路开关作用状态，进而实现svpwm信号的合成。具体包含以下四个步骤：
25.第一步：计算各扇区开关作用时长并排序，构建时长降序数组；
26.同传统svpwm方法，参见图2，以参考电压空间矢量角度θ为变量，根据矢量叠加原理有：
27.t0＝t
z-t
1-t2[0028][0029]
t2＝m*tzsin(θ)
[0030]
其中，参考电压空间矢量角度θ需归一化至m为调制参数，t0，t1，t2为零矢量及两个非零矢量的作用时间，tz为采样周期。根据空间矢量作用顺序(u4→
u6→
u2→
u3→
u1→
u5→
u4，参见图3，逆时针顺序)可知，随着空间矢量在扇区中的更迭，当v1＞v2时(v1为扇区逆时针第一个空间矢量，v2为逆时针第二个空间矢量)，需要进行v1(t1)和v2(t2)交换，以满足t1对应于空间矢量值较小者，t2对应于空间矢量值较大者。
[0031]
在交换后计算各路开关作用时间长度以及确定在作用时的开关状态：
[0032][0033]
tc为采样中心时间，t为当前作用时间，si为各路开关状态，在作用时间内值为1，表示该路开关当前导通，在非作用时间内值为0，表示该路开关当前断开，t_max为最长开关作用时长，对应的支路开关状态为s
t_max
，t_mid为开关作用时长居中，对应的支路开关状态为s
t_mid
，t_min为最短开关作用时长，对应的支路开关状态为s
t_min
，如图4所示。以此形成时长降序数组t＝[t_max，t_mid，t_min]和开关状态数组s＝[s
t_max
，s
t_mid
，s
t
_
min
]。则对于某扇区的两个空间矢量v1和v2有：s
t_max
所对应的空间矢量元素始终为1，s
t_min
所对应的空间矢量元素始终为0，s
t_mid
则对应剩下的空间矢量元素(元素值0&1)，图5给出了三路开关的开关状态数组s随时间的分布情况。
[0034]
比如在第一扇区的两个空间矢量为u4(100)&u6(110)，v1＝u4；v2＝u6，空间矢量作用时间分别为t1和t2，由于4(二进制100)＜6(二进制110)，故t1和t2不需要交换，空间矢量第一位元素始终为1，对应的开关状态为s
t_max
；空间矢量第二位元素由0变1，对应的开关状态为s
t_mid
；空间矢量第三位元素始终为0，对应的开关状态为s
t_min
。
[0035]
第二步：进行各路开关导通时间长度排序，构建回路元素数组；
[0036]
参考各空间矢量变化顺序可知，各路开关作用时间长度的顺序关于扇区数z(0-5)按照正弦函数变化，相角差为2π/3，可利用正选函数进行三路作用时长排序拟合，有：
[0037][0038]
构建路时长数组t
′
＝[t
′a，t
′b，t
′c]，t
′i与时长正相关，然后以t
′i，i＝a，b，c对应的数组序号为元素(1，2，3)，以作用时长t
′i的大小为顺序构建降序数组，即回路元素数组：
[0039]
p＝[p
max(t
′
)
，p
mid(t
′
)
，p
min(t
′
)
]，p
mid(t
′
)
＝6-p
max(t
′
)-p
min(t
′
)
[0040]
其中，p
max(t’)
表示时长数组t’中最大元素所对应的元素序号，p
min(t’)
表示时长数组t’中最小元素所对应的元素序号，p
mid(t’)
表示时长数组t’中居中元素所对应的元素序号。
[0041]
图6给出了各时间长度所对应的支路随时间的变化情况，比如，在0扇区内，时长排序是(123)说明支路1/a始终为1，支路2/b由0变1，支路3/c始终为0，故空间矢量为(100)-》(110)，即u
4-》u6。
[0042]
第三步：按序分配各路开关作用时间；
[0043]
既然数组t＝[t_max，t_mid，t_min]和数组p＝[p
max(t
′
)
，p
mid(t
′
)
，p
min(t
′
)
]均按照作用时长递减排序，因此第pi路的开关作用时长即为ti，因而可确定各路开关状态，参见图7。
[0044]
第四步：各开关按照作用时间进行通断实现svpwm信号合成；
[0045]
由pi路的作用时长为ti即可根据开关状态数组s确定第pi路的开关状态为按照时序状态进行三路的作用开关控制，从而实现svpwm信号的合成，参见图8和图9，分别为逆变器输出电压和三相交流电流的分布情况。
[0046]
本发明的方法简化各路开关作用状态的计算过程，考虑其周期性，同样可以通过查询关系表的方式减少数据计算，更易实现简易数字化控制。
[0047]
为了验证本发明的这种svpwm算法，利用matlab进行仿真，仿真模型采用直流电压600v，参考电压320v，采样周期0.001s进行计算，仿真结果达到了经典方法处理效果，实现了直流向三相交流电流的逆变，参见图9；仿真结果可以证明本发明所提出的利用作用时间排序法实现svpwm是可行的，更适合于数字化处理和控制，新方法更直接，计算量更小，效率更高。
[0048]
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。