[发明专利]一种三电平双模式空间矢量过调制方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间矢量脉宽调制方法及其系统，尤其是涉及一种应用于交流传动控制系统的三电平空间矢量脉宽调制的简易过调制方法及其系统。

背景技术

PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)技术是一种现代电气系统电压输出控制方法。其原理主要基于当冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，这就是面积等效原理。脉冲宽度调制就是利用这个原理对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形(含幅值和相位)。脉冲宽度调制应用在交流传动领域，主要的功能是根据参考电压，调制出PWM波，控制主电路的开关器件从而获得与参考电压效果一致的输出电压。三电平变流器是指输出电压(相电压)的电平数等于3的变流器，三电平变流器相比于传统的两电平变流器具有控制方式灵活、输出电压的相位和幅值便于调节和控制、输出电压的谐波含量低、开关器件的电压应力小、适于大功率输出等特点。因此在各种大功率领域得到了广泛应用，如高压大功率交流变频调速、直流输电、大功率电能质量综合治理、大功率感应加热、大功率不间断电源以及风力发电和太阳能发电等新能源发电。

SVPWM(空间矢量脉冲宽度调制，Space Vector Pulse Width Modulation)控制策略是依据变流器空间电压矢量切换来控制变流器的一种控制策略。SVPWM早期是由日本学者针对交流电动机变频驱动而提出的，后来因其比正弦脉宽调制(SPWM)具有更高的直流侧电压利用率、更好的电机动态响应、更小的转矩脉动、同时易于数字实现等特点，因此在交流电机变频调速等得到了广泛应用。

1980年日本长冈科技大学的南波江章(A.Kira Nabae)在德国学者Holtz的基础上提出了二极管筘位三电平主电路的拓扑，这是开发最早的一种三电平变流器拓扑，同时也是目前发展最成熟的三电平变流器拓扑。二极管筘位三电平主电路如图1所示。这种逆变器每一相输出电压有三种状态：+Vdc/2、0、-Vdc/2，即每一相输出分别有：正(P)、零(O)、负(N)三个开关状态。因此三相三电平逆变器就可以输出33＝27种电压状态组合，对应27组不同的逆变器开关状态，在α-β平面上，三电平逆变器27组开关状态所对应的空间相量如附图2所示。图中标出不同开关状态组合和空间相量的对应关系，如其中的[PON]表示A、B、C三相的输出对应的开关状态为：正(P)、零(O)、负(N)。

根据基本矢量的长度，可以将附图2中的27个矢量分为四类：

长矢量：位于外六边形的各个顶点，长度为2*V_dc/3，共有6个。

中矢量：位于外六边形各边的中点，长度为共有6个。

短矢量：位于内六边形的各个顶点，长度为V_dc/3，共有12个。

零矢量：位于原点，长度为0，共有3个。

如附图3所示为二电平SVPWM的基本矢量的分布图。其中是基本矢量，称为有效矢量，矢量的模2*Vdc/3，为的模为零，则称为零矢量，为参考电压矢量。SVPWM的基本原理是利用靠近参考电压矢量的两个有效矢量来合成参考电压矢量，不足的时间用零矢量来补齐。假设参考电压矢量在第一扇区，假设的作用时间为T₁，的作用时间为T₂，零矢量的作用时间为T₀，T_s为开关周期，则根据平行四边形合成原则可得：

T₁+T₂+T₀＝T_s