《一種三電平雙模式空間矢量過調製方法及其系統》是南車株洲電力機車研究所有限公司於2012年4月19日申請的專利，該專利的公布號為CN102611346A，授權公布日為2012年7月25日，發明人是馮江華; 甘韋韋; 劉可安; 尚敬; 楊大成; 梅文慶。
《一種三電平雙模式空間矢量過調製方法及其系統》公開了一種三電平雙模式空間矢量過調製方法及其系統，三電平雙模式空間矢量過調製方法包括：計算參考電壓矢量的調製比和基本矢量的作用時間；根據調製比確定參考電壓矢量所處的過調製區，從而選擇不同的過調製模式；若參考電壓矢量處於過調製模式一，則根據調製比計算過調製模式一的補償係數，並根據短矢量的作用時間和補償係數修正基本矢量作用時間；若參考電壓矢量處於過調製模式二，則根據調製比計算過調製模式二的補償係數，並根據補償係數修正基本矢量作用時間。本發明原理直觀、易於理解、步驟簡單、計算量小，便於工程化套用；輸出電壓幅值相位誤差小，諧波含量低，能夠有效減少過調製區的中點電位波動。
2017年12月11日，《一種三電平雙模式空間矢量過調製方法及其系統》獲得第十九屆中國專利獎金獎。
基本介紹
- 中文名：一種三電平雙模式空間矢量過調製方法及其系統
- 公告號：CN102611346A
- 發明人：馮江華; 甘韋韋; 劉可安; 尚敬; 楊大成; 梅文慶
- 授權日：2012年7月25日
- Int.Cl.：H02M7/483(2007.01)I
- 申請號：201210116432X
- 代理機構：上海碩力智慧財產權代理事務所31251
- 申請日：2012年4月19日
- 代理人：王法男
- 申請人：南車株洲電力機車研究所有限公司
- 類 別：發明專利
- 地 址：412001湖南省株洲市石峰區田心北門時代路169號
專利介紹,榮譽表彰,
專利介紹
《一種三電平雙模式空間矢量過調製》方法，其特徵在於，包括以下步驟 ：(A) ：按照線性調製區的方法計算參考矢量的調製比和基本矢量的作用時間 。(B) ：根據調製比確定參考電壓矢量所處的過調製區為過調製Ⅰ區，或是過調製Ⅱ區，從而選擇不同過調製模式 ；(C) ：若參考電壓矢量所處的過調製區為過調製Ⅰ區，則選擇空間矢量過調製模式一，並計算模式一的補償係數，同時根據補償係數和短矢量的作用時間修正包括短矢量、中矢量和長矢量在內的基本矢量的作用時間 ；(D) ：若參考電壓矢量所處的過調製區為過調製Ⅱ區，則選擇空間矢量過調製模式二，並計算模式二的補償係數，同時根據補償係數修正包括短矢量、中矢量和長矢量在內的基本矢量的作用時間 ；當採用過調製模式一，同時短矢量的作用時間 T6 ≥ 0 時，根據以下公式修正基本矢量的作用時間 ：
一種三電平雙模式空間矢量過調製方法及其系統
其中，T4′、T5′、T6′分別為過調製模式一經過修正後合成輸出電壓矢量的長矢量 U4、中矢量 U5 和短矢量 U6 的作用時間，T4、T5、T6 分別為過調製Ⅰ區根據參考電壓矢量計算獲得的長矢量 U4、中矢量 U5、短矢量 U6 的作用時間，k1 為過調製模式一的補償係數，Ts 為參考電壓矢量 Uref 總的作用時間 ；按照以下公式計算過調製模式一的補償係數 k1 ：k1 ＝ M×22.222-20.155其中，M 為參考電壓矢量的調製比 ；所述參考電壓矢量的調製比 M 根據以下公式進行計算 ：
一種三電平雙模式空間矢量過調製方法及其系統
其中，Uref 為參考電壓矢量的幅值，Udc 為直流側電壓。2. 根據權利要求 1 所述的一種三電平雙模式空間矢量過調製方法，其特徵在於，所述步驟 C 中根據短矢量的作用時間和補償係數修正基本矢量的作用時間的過程包括 ：當所述基本矢量中的短矢量的作用時間大於零時，將短矢量的作用時間按照設定比例和分配規則分別補償給長矢量和中矢量，並將補償係數與調製比進行線性化處理。3. 根據權利要求 2 所述的一種三電平雙模式空間矢量過調製方法，其特徵在於，所述步驟 D 中根據補償係數修正基本矢量的作用時間的過程包括 ：將所述基本矢量中的中矢量的作用時間按照設定的比例補償給長矢量，並將補償係數與調製比進行線性化處理。4. 根據權利要求 3 所述的一種三電平雙模式空間矢量過調製方法，其特徵在於 ：當所述參考電壓矢量的調製比 M 為 ：0.907＜M ≤ 0.952 時，參考電壓矢量所處的過調製區為過調製Ⅰ區，選擇過調製模式一。5. 根據權利要求 3 所述的一種三電平雙模式空間矢量過調製方法，其特徵在於 ：當所述參考電壓矢量的調製比 M 為 ：0.952＜M ≤ 1 時，參考電壓矢量所處的過調製區為過調製Ⅱ區，選擇過調製模式二。6. 根據權利要求 5 所述的一種三電平雙模式空間矢量過調製方法，其特徵在於，當採用過調製模式二時，按照以下公式計算過調製模式二的補償係數 k2 ：k2 ＝ M×20.833-19.833其中，M 為參考電壓矢量的調製比。7. 根據權利要求 6 所述的一種三電平雙模式空間矢量過調製方法，其特徵在於，當採用過調製模式一，同時短矢量的作用時間 T6＜0 時，根據以下公式修正基本矢量的作用時間 ：
一種三電平雙模式空間矢量過調製方法及其系統
其中，T4′、T5′、T6′分別為過調製模式一經過修正後合成輸出電壓矢量的長矢量 U4、中矢量 U5 和短矢量 U6 的作用時間，T4、T5、T6 分別為過調製Ⅰ區根據參考電壓矢量計算獲得的長矢量 U4、中矢量 U5、短矢量 U6 的作用時間，Ts 為參考電壓矢量 Uref 總的作用時間。8. 根據權利要求 6 所述的一種三電平雙模式空間矢量過調製方法，其特徵在於，當採用過調製模式二時，根據以下公式修正基本矢量的作用時間 ：
一種三電平雙模式空間矢量過調製方法及其系統
其中，T7′、T8′、T9′分別為過調製模式二經過修正後合成輸出電壓矢量的長矢量 U7、中矢量 U8 和短矢量 U9 的作用時間，T7、T8、T9 分別為過調製Ⅱ區根據參考電壓矢量計算獲得的長矢量 U7、中矢量 U8 和短矢量 U9 的作用時間，k2 為過調製模式二的補償係數。9. 一種三電平雙模式空間矢量過調製系統，其特徵在於，包括 ：作用時間和調製比計算單元 (101)、過調製模式選擇單元 (102)、基本矢量作用時間計算單元 (103) 和基本矢量作用時間輸出單元 (104) ；所述作用時間和調製比計算單元 (101) 的輸入給定為參考矢量，按照線性調製區的方法計算參考矢量的調製比和基本矢量的作用時間，並將調製比計算結果輸出至過調製模式選擇單元 (102) ；所述過調製模式選擇單元 (102) 根據調製比確定參考矢量所處的過調製區為過調製Ⅰ區，還是過調製Ⅱ區，從而選擇不同的過調製模式，過調製模式選擇單元 (102) 將參考矢量所處的過調製模式選擇結果輸出至基本矢量作用時間計算單元 (103) ；所述基本矢量作用時間計算單元 (103) 根據參考矢量所處的過調製模式計算相應過調製模式的補償係數，若參考電壓矢量所處的過調製區為過調製Ⅰ區，則選擇空間矢量過調製模式一，並計算模式一的補償係數，同時根據補償係數和短矢量的作用時間修正包括短矢量、中矢量和長矢量在內的基本矢量的作用時間，將基本矢量的作用時間輸出至基本矢量作用時間輸出單元 (104) ；若參考電壓矢量所處的過調製區為過調製Ⅱ區，則選擇空間矢量過調製模式二，並計算模式二的補償係數，同時根據補償係數修正包括短矢量、中矢量和長矢量在內的基本矢量的作用時間，將基本矢量的作用時間輸出至基本矢量作用時間輸出單元 (104) ；當參考電壓矢量處於過調製模式一，且短矢量的作用時間 T6 ≥ 0 時，修正基本矢量的作用時間為 ：
一種三電平雙模式空間矢量過調製方法及其系統
其中，T4′、T5′、T6′分別為過調製模式一經過修正後合成輸出電壓矢量的長矢量 U4、中矢量 U5 和短矢量 U6 的作用時間，T4、T5、T6 分別為過調製Ⅰ區根據參考電壓矢量計算獲得的長矢量 U4、中矢量 U5、短矢量 U6的作用時間，k1 為過調製模式一的補償係數，Ts 為參考電壓矢量 Uref 總的作用時間 ；過調製模式一的補償係數 k1＝ M×22.222-20.155 ；其中，M 為參考電壓矢量的調製比 ；所述參考電壓矢量的調製比 M 根據以下公式進行計算 ：
一種三電平雙模式空間矢量過調製方法及其系統
其中，Uref 為參考電壓矢量的幅值，Udc 為直流側電壓。10. 根據權利要求 9 所述的一種三電平雙模式空間矢量過調製系統，其特徵在於，所述的過調製Ⅰ區設定為 ：0.907＜M ≤ 0.952，此時參考電壓矢量所處的過調製區為過調製Ⅰ區，同時選擇過調製模式一 ；所述的過調製Ⅱ區設定為 ：0.952＜M ≤ 1，此時參考電壓矢量所處的過調製區為過調製Ⅱ區，同時選擇過調製模式二 ；其中，M 為參考電壓矢量的調製比。11. 根據權利要求 10 所述的一種三電平雙模式空間矢量過調製系統，其特徵在於，所述基本矢量作用時間計算單元 (103) 根據以下規則計算相應過調製模式的補償係數 ：當參考矢量處於過調製模式二時，過調製模式二的補償係數 k2 ＝ M×20.833-19.833。12. 根據權利要求 11 所述的一種三電平雙模式空間矢量過調製系統，其特徵在於，所述基本矢量作用時間計算單元 (103) 進一步根據以下規則得到並輸出經過修正的基本矢量作用時間 ：當參考電壓矢量處於過調製模式一，且短矢量的作用時間 T6＜0 時，修正基本矢量的作用時間為 ：
一種三電平雙模式空間矢量過調製方法及其系統
其中，T4′、T5′、T6′分別為過調製模式一經過修正後合成輸出電壓矢量的長矢量 U4、中矢量 U5 和短矢量 U6 的作用時間，T4、T5、T6 分別為過調製Ⅰ區根據參考電壓矢量計算獲得的長矢量 U4、中矢量 U5、短矢量 U6 的作用時間，Ts 為參考電壓矢量 Uref 總的作用時間。13. 根據權利要求 12 所述的一種三電平雙模式空間矢量過調製系統，其特徵在於，所述基本矢量作用時間計算單元 (103) 進一步根據以下規則得到並輸出經過修正的基本矢量作用時間 ：當參考電壓矢量處於過調製模式二時，修正基本矢量的作用時間為 ：
一種三電平雙模式空間矢量過調製方法及其系統
其中，T7′、T8′、T9′分別為過調製模式二經過修正後合成輸出電壓矢量的長矢量 U7、中矢量 U8 和短矢量 U9 的作用時間，T7、T8、T9 分別為過調製Ⅱ區根據參考電壓矢量計算獲得的長矢量 U7、中矢量 U8 和短矢量 U9 的作用時間，k2 為過調製模式二的補償係數技術領域[0001] 本發明涉及一種空間矢量脈寬調製方法及其系統，尤其是涉及一種套用於交流傳動控制系統的三電平空間矢量脈寬調製的簡易過調製方法及其系統。背景技術[0002] PWM(Pulse Width Modulation，脈衝寬度調製 ) 技術是一種現代電氣系統電壓輸出控制方法。其原理主要基於當衝量相等而形狀不同的窄脈衝加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同，這就是面積等效原理。脈衝寬度調製就是利用這個原理對脈衝的寬度進行調製的技術，即通過對一系列脈衝的寬度進行調製，來等效地獲得所需要的波形 ( 含幅值和相位 )。脈衝寬度調製套用在交流傳動領域，主要的功能是根據參考電壓，調製出 PWM波，控制主電路的開關器件從而獲得與參考電壓效果一致的輸出電壓。三電平變流器是指輸出電壓 ( 相電壓 ) 的電平數等於 3 的變流器，三電平變流器相比於傳統的兩電平變流器具有控制方式靈活、輸出電壓的相位和幅值便於調節和控制、輸出電壓的諧波含量低、開關器件的電壓應力小、適於大功率輸出等特點。因此在各種大功率領域得到了廣泛套用，如高壓大功率交流變頻調速、直流輸電、大功率電能質量綜合治理、大功率感應加熱、大功率不間斷電源以及風力發電和太陽能發電等新能源發電。[0003] SVPWM(空間矢量脈衝寬度調製，Space Vector Pulse Width Modulation)控制策略是依據變流器空間電壓矢量切換來控制變流器的一種控制策略。SVPWM 早期是由日本學者針對交流電動機變頻驅動而提出的，後來因其比正弦脈寬調製 (SPWM) 具有更高的直流側電壓利用率、更好的電機動態回響、更小的轉矩脈動、同時易於數字實現等特點，因此在交流電機變頻調速等得到了廣泛套用。[0004] 1980 年日本長岡科技大學的南波江章 (A.Kira Nabae) 在德國學者 Holtz 的基礎上提出了二極體筘位三電平主電路的拓撲，這是開發最早的一種三電平變流器拓撲，同時也是目前發展最成熟的三電平變流器拓撲。二極體筘位三電平主電路如圖 1 所示。這種逆變器每一相輸出電壓有三種狀態 ：+Vdc/2、0、-Vdc/2，即每一相輸出分別有 ：正 (P)、零 (O)、負 (N) 三個開關狀態。因此三相三電平逆變器就可以輸出 33 ＝ 27 種電壓狀態組合，對應27 組不同的逆變器開關狀態，在 α-β 平面上，三電平逆變器 27 組開關狀態所對應的空間相量如附圖 2 所示。圖中標出不同開關狀態組合和空間相量的對應關係，如其中的 [PON]表示 A、B、C 三相的輸出對應的開關狀態為 ：正 (P)、零 (O)、負 (N)。根據基本矢量的長度，可以將附圖 2 中的 27個矢量分為四類 ：[0006]長矢量 ：位於外六邊形的各個頂點，長度為 2*V/3，共有 6 個。[0007]中矢量 ：位於外六邊形各邊的中點，長度為共有 6 個。[0008]短矢量 ：位於內六邊形的各個頂點，長度為 V/
，共有 12 個。[0009]零矢量 ：位於原點，長度為 0，共有 3 個。[0010]如附圖3所示為二電平SVPWM的基本矢量的分布圖。其中是基本矢量，稱為有效矢量，矢量的模 2*Vdc/3，為的模為零，則稱為零矢量， 為參考電壓矢量。SVPWM 的基本原理是利用靠近參考電壓矢量的兩個有效矢量來合成參考電壓矢量，不足的時間用零矢量來補齊。假設參考電壓矢量在第一扇區，假設 的作用時間為 T1， 的作用時間為 T2，零矢量的作用時間為 T0，Ts 為開關周期，則根據平行四邊形合成原則可得 。
榮譽表彰
2017年12月11日，《一種三電平雙模式空間矢量過調製方法及其系統》獲得第十九屆中國專利獎金獎。
