一種三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法，包括：A、根據逆變器的輸出電壓空間矢量的相角，確定所述輸出電壓空間矢量所在的工作扇區(qū)；B、根據所述工作扇區(qū)，選擇對應的三相逆變器的，非相鄰的2個工作模態(tài)；C、計算獲得各工作模態(tài)的工作時間；D、切換所述選擇的2個工作模態(tài)，合成所述輸出電壓空間矢量；E、將所述輸出電壓空間矢量按圓形軌跡旋轉，獲得三相正弦線電壓輸出。通過選擇對應的基于非相鄰的工作模態(tài)切換序列，使得逆變器功率管的開關次數最少，從而有效降低開關損耗從而提高系統效率。
【專利說明】
一種三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及電能轉換應用技術領域，尤其涉及一種三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換 控制方法。
【背景技術】
[0002] 三相逆變器作為工業(yè)應用中不可或缺的電力電子設備，廣泛應用于電力系統、高 速列車、電動汽車、大型不間斷電源(UPS)、新能源發(fā)電等領域。然而，隨著三相逆變器功率 的增大，以及功率開關管的開關頻率的提高，開關管的開關損耗越來越大，已成為制約高功 率密度逆變器發(fā)展的一個關鍵問題。
[0003] SVP麗是目前常用的控制策略，它與傳統的正弦P麗策略相比，輸出電流波形的諧 波分量小，且直流母線電壓的利用率較高，更易于數字化控制。然而SVPWM需要通過對6個相 鄰模態(tài)的切換來實現對逆變器的控制，開關頻率較高及損耗較大。
[0004] 因此，現有技術還有待發(fā)展。

【發(fā)明內容】

[0005] 鑒于上述現有技術的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種三相逆變器的非相鄰 模態(tài)切換控制方法，旨在解決現有SVPWM控制策略的開關頻率較高，損耗較大的問題。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術方案：
[0007] 一種三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法，其中，包括：
[0008] A、根據逆變器的輸出電壓空間矢量的相角，確定所述輸出電壓空間矢量所在的工 作扇區(qū)；
[0009] B、根據所述工作扇區(qū)，選擇對應的三相逆變器的，非相鄰的2個工作模態(tài)；
[0010] C、計算獲得各工作模態(tài)的工作時間；
[0011] D、切換所述選擇的2個工作模態(tài)，合成所述輸出電壓空間矢量；
[0012] E、將所述輸出電壓空間矢量按圓形軌跡旋轉，獲得三相正弦線電壓輸出。
[0013]所述的三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法，其中，所述工作模態(tài)包括除零矢 量外的6個不同的工作模態(tài)；
[0014] 所述工作扇區(qū)包括6個不同的工作扇區(qū)，每個工作扇區(qū)的角度為60°，分別為0-60° 的第一工作扇區(qū)、60-120°的第二工作扇區(qū)、120-180°的第三工作扇區(qū)、180-240°的第四工 作扇區(qū)、240-300°的第五工作扇區(qū)以及300-360°的第六工作扇區(qū)。
[0015] 所述的三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法，其中，所述輸出電壓空間矢量位 于所述第一工作扇區(qū)時，由第一工作模態(tài)和第二工作模態(tài)合成；
[0016] 所述輸出電壓空間矢量位于所述第二工作扇區(qū)時，由第二工作模態(tài)和第三工作模 態(tài)合成；
[0017] 所述輸出電壓空間矢量位于所述第三工作扇區(qū)時，由第三工作模態(tài)和第四工作模 態(tài)合成；
[0018] 所述輸出電壓空間矢量位于所述第四工作扇區(qū)時，由第四工作模態(tài)和第五工作模 態(tài)合成；
[0019] 所述輸出電壓空間矢量位于所述第五工作扇區(qū)時，由第五工作模態(tài)和第六工作模 態(tài)合成；
[0020] 所述輸出電壓空間矢量位于所述第六工作扇區(qū)時，由第六工作模態(tài)和第一工作模 態(tài)合成。
[0021] 所述的三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法，其中，在步驟C中，當輸出電壓矢 量位于第一工作扇區(qū)時，有如下算式：
[0023] 其中，Udc為三相逆變器直流母線電壓，Uref為輸出電壓矢量，Ua和Ue分別表示輸出 電壓矢量在靜止坐標 α_β兩相坐標軸上的分量;Toot)為第一工作模態(tài)和第二工作模態(tài)不工作 時，逆變器下橋臂開關管全導通的時間；Tm為第一工作模態(tài)和第二工作模態(tài)不工作時，逆 變器上橋臂開關管全導通的時間；TlQQ為第一工作模態(tài)的工作時間；ToiQ為第二工作模態(tài)的 工作時間；
[0024] 通過上述算式，可以計算確定第一工作模態(tài)的工作時間、第二工作模態(tài)的工作時 間以及逆變器下橋臂開關管全導通的時間。
[0025] 所述的三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法，其中，在步驟A中，通過如下算式 計算確定所述工作扇區(qū)；
[0027] 其中，Ua和Ue分別表示輸出電壓矢量在靜止坐標α-β兩相坐標軸上的分量。
[0028] 所述的三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法，其中，當N=1時，所述輸出電壓矢 量位于角度為60-120°的第二工作扇區(qū)；當N = 2時，所述輸出電壓矢量位于角度為300-360° 的第六工作扇區(qū)；當N = 3時，所述輸出電壓矢量位于角度為0-60°的第一工作扇區(qū)；當N = 4 時，所述輸出電壓矢量位于角度為240-300°的第四工作扇區(qū)；當N = 5時，所述輸出電壓矢量 位于角度為120-180°的第三工作扇區(qū)；當N = 6時，所述輸出電壓矢量位于角度為180-240° 的第五工作扇區(qū)。
[0029]有益效果：本發(fā)明提供的三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法，通過對三相逆 變器的6個工作模態(tài)在不同工作扇區(qū)內不同的組合控制，獲得正弦線電壓輸出。選擇對應的 基于非相鄰的工作模態(tài)切換序列，使得逆變器功率管的開關次數最少。在相同載波頻率及 輸出相同正弦線電壓情況下，與SVPWM控制方式相比，功率管開關次數可減少2/3,從而有效 降低開關損耗從而提尚系統效率。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明具體實施例的輸出電壓矢量的工作扇區(qū)示意圖。
[0031] 圖2為三相三線制逆變器的電路拓撲圖。
[0032] 圖3為本發(fā)明具體實施例的非相鄰模態(tài)切換控制方法的方法流程圖。
[0033] 圖4為本發(fā)明具體實施例的各工作扇區(qū)的輸出電壓矢量的合成示意圖。
[0034] 圖5為本發(fā)明具體實施例的工作模態(tài)的切換時序示意圖。
[0035] 圖6為本發(fā)明具體實施例的非相鄰模態(tài)切換控制方法的輸出電壓波形圖。
[0036] 圖7為采用SVPWM策略控制扇區(qū)1內的工作模態(tài)切換時序示意圖。
【具體實施方式】
[0037]本發(fā)明提供一種三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法。為使本發(fā)明的目的、技 術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理 解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0038]如圖2所示，為三相三線制逆變器的電路拓撲圖。逆變器的三相橋臂包括6個開關 管，其全部可能的組合為8個，其中包括6個工作模態(tài)以及兩個零矢量。
[0039]具體的工作模態(tài)及其對應的開關管狀態(tài)如下表所示：
[0042] 為陳述簡便，以下以111〇()，1]11()，1]()1()，1]()11，1]()()1以及1]1()1分別表不對應的工作模態(tài)，如 圖1所示，為本發(fā)明6個工作模態(tài)及對應的6個工作扇區(qū)（分別為扇區(qū)1-扇區(qū)6)的關系。以下 以上述6個工作模態(tài)及工作扇區(qū)對本發(fā)明所述控制方法進行具體闡述。
[0043]如圖3所示，為本發(fā)明具體實施例所述的三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法。 所述方法包括如下步驟：
[0044] S100、根據逆變器的輸出電壓空間矢量的相角，確定所述輸出電壓空間矢量所在 的工作扇區(qū)。設逆變器的輸出電壓空間矢量為U ref(矢量包括幅值和相角），可以根據相角來 確定所在的工作扇區(qū)。
[0045] 具體的，通過如下算式計算確定所述工作扇區(qū)，U。和Ue分別表示輸出電壓矢量在靜 止坐標α-β兩相坐標軸上的分量。
[0047]其中，當N=1時，所述輸出電壓矢量位于角度為60-120°的第二工作扇區(qū)（對應為 圖2中的扇區(qū)2);當N = 2時，所述輸出電壓矢量位于角度為300-360°的第六工作扇區(qū)（對應 為圖2中的扇區(qū)6);當N=3時，所述輸出電壓矢量位于角度為0-60°的第一工作扇區(qū)(對應為 圖2中的扇區(qū)1);當N = 4時，所述輸出電壓矢量位于角度為240-300°的第四工作扇區(qū)（對應 為圖2中的扇區(qū)4);當N = 5時，所述輸出電壓矢量位于角度為120-180°的第三工作扇區(qū)（對 應為圖2中的扇區(qū)3);當N = 6時，所述輸出電壓矢量位于角度為180-240°的第五工作扇區(qū) (對應為圖2中的扇區(qū)5)。
[0048] S200、根據所述工作扇區(qū)，選擇對應的三相逆變器的，非相鄰的2個工作模態(tài)。具體 的，如圖4所不，當輸出電壓矢量位于扇區(qū)1時，其輸出電壓矢量由工作模態(tài)UlQQ與Uqiq組合構 成。當輸出電壓矢量位于扇區(qū)2,其輸出電壓矢量由工作模態(tài)Uno與Uon組合構成。當輸出電 壓矢量位于扇區(qū)3,其輸出電壓矢量由工作模態(tài)U Q1Q與U(m組合構成。當輸出電壓矢量位于扇 區(qū)4時，其輸出電壓矢量由工作模態(tài)Uon與U1Q1組合構成。當輸出電壓矢量位于扇區(qū)5時，其輸 出電壓矢量由工作模態(tài)Uqqi與UlQQ組合構成。當輸出電壓矢量位于扇區(qū)6時，其輸出電壓矢量 由工作模態(tài)Um與U 11Q組合構成。
[0049] S300、計算獲得各工作模態(tài)的工作時間。在確定合成的工作模態(tài)后，需要計算確定 各個工作模態(tài)的工作時間，以輸出電壓矢量 Ure3f在扇區(qū)1為例，其具體計算方法如下：
[0050] 當輸出電壓矢量Uref在扇區(qū)1時，輸出電壓矢量由模態(tài)U1QQ與模態(tài)UQ1Q合成，則有 UrefTs = Ul(X)Tl(X)+U()l()T()l()，其中TlQQ是模態(tài)UlQQ工作時間；T_是模態(tài)UoiQ工作時間，且有Ts = TlOO +!'〇1〇+1'〇()()或1^ = 1'1()()+1'()1()+1'111，1'()()()是模態(tài)1]1()()、1]()1()不工作時，逆變器下橋臂開關管全導通的 時間，Till是模態(tài)UlQQ、U()l()不工作時，逆變器上橋臂開關管全導通的時間。設Uref與α軸的夾角 為Θ，逆變器直流母線電壓為Udc則有：
[0052]由上式可確定模態(tài)U100、U010的工作時間及逆變器下橋臂開關管全導通的時間T_ 如下：
[0055]同樣地，當輸出電壓矢量在扇區(qū)2時，其工作模態(tài)的具體工作時間為：
[0057] 其中，Τηο和Ton分別為工作模態(tài)Uno和Uon的工作時間。
[0058]當輸出電壓矢量在扇區(qū)3時，其工作模態(tài)的具體工作時間為：
[0060] 其中，TQ1Q和Ttxn分別為工作模態(tài)UQ1Q和Utxn的工作時間。
[0061] 當輸出電壓矢量在扇區(qū)4時，其工作模態(tài)的具體工作時間為：
[0063] 其中，Ton和T1Q1分別為工作模態(tài)Uon和U1Q1的工作時間。
[0064]當輸出電壓矢量在扇區(qū)5時，其工作模態(tài)的具體工作時間為：
[0066] 其中，Ttxn和T1QQ分別為工作模態(tài)Utxn和U1QQ的工作時間。
[0067] 而當輸出電壓矢量在扇區(qū)6時，其工作模態(tài)的具體工作時間為：
[0069] 其中，T1Q1和Tno分別為工作模態(tài)U1Q1和Uno的工作時間。
[0070] S400、切換所述選擇的2個工作模態(tài)，合成所述輸出電壓空間矢量。如圖5所示，為 上述6個工作扇區(qū)及工作模態(tài)具體的切換方式的示意圖。以輸出電壓空間矢量在扇區(qū)1為例 進行詳細說明：
[0071]當前周期開始時模態(tài)處于工作狀態(tài)，讓模態(tài)持續(xù)工作T1QQ時間至圖5(H)所 示a點，然后切換至零矢量，零矢量持續(xù)Tqqq時間至圖5(H)所示b點，然后切換至模態(tài)Uqiq，模 態(tài)UQ1Q工作完T Q1Q時間后本周期結束。
[0072] 顯然地，為了減少開關次數，可以在第二周期開始后讓模態(tài)UQ1()繼續(xù)工作至第二周 期TQ1Q時間結束，即圖5 (H)所示c點。在c點切換至零矢量直至第二周期的Tooo時間結束，即圖 5(H)所示d點，最后在d點切換至模態(tài)U1QQ并工作至第二周期結束。
[0073] 當位于其他扇區(qū)時，其工作模態(tài)的具體切換方式如圖5(J)_(M)所示，其具體分析 與扇區(qū)1相類似，在此不作贅述。
[0074] S500、將所述輸出電壓空間矢量按圓形軌跡旋轉，獲得如圖6所示的三相正弦線電 壓輸出。
[0075] 如圖5(H)中的si和s2所示，采用本發(fā)明所述的非相鄰工作模態(tài)切換控制方法控制 的三相逆變器，逆變器上下橋臂中2個功率管在一個工作周期各開關1次，共2次。而若如圖7 所示，采用SVPWM控制時，逆變器上下橋臂中6個功率管各開關1次，共6次，因此在相同的載 波頻率以及相同的線電壓輸出情況下，非相鄰模態(tài)切換控制相比SVPTO1控制其開關頻率減 少2/3，能夠有效的降低開關損耗從而提尚系統效率。
[0076] 可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發(fā)明的技術方案及本發(fā) 明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保 護范圍。
【主權項】
1. 一種三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法，其特征在于，包括： A、 根據逆變器的輸出電壓空間矢量的相角，確定所述輸出電壓空間矢量所在的工作扇 區(qū)； B、 根據所述工作扇區(qū)，選擇對應的三相逆變器的，非相鄰的2個工作模態(tài)； C、 計算獲得各工作模態(tài)的工作時間； D、 切換所述選擇的2個工作模態(tài)，合成所述輸出電壓空間矢量； E、 將所述輸出電壓空間矢量按圓形軌跡旋轉，獲得三相正弦線電壓輸出。2. 根據權利要求1所述的三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法，其特征在于，所述工 作模態(tài)包括除零矢量外的6個不同的工作模態(tài)； 所述工作扇區(qū)包括6個不同的工作扇區(qū)，每個工作扇區(qū)的角度為60°，分別為0-60°的第 一工作扇區(qū)、60-120°的第二工作扇區(qū)、120-180°的第三工作扇區(qū)、180-240°的第四工作扇 區(qū)、240-300°的第五工作扇區(qū)以及300-360°的第六工作扇區(qū)。3. 根據權利要求2所述的三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法，其特征在于，所述輸 出電壓空間矢量位于所述第一工作扇區(qū)時，由第一工作模態(tài)和第二工作模態(tài)合成； 所述輸出電壓空間矢量位于所述第二工作扇區(qū)時，由第二工作模態(tài)和第三工作模態(tài)合 成； 所述輸出電壓空間矢量位于所述第三工作扇區(qū)時，由第三工作模態(tài)和第四工作模態(tài)合 成； 所述輸出電壓空間矢量位于所述第四工作扇區(qū)時，由第四工作模態(tài)和第五工作模態(tài)合 成； 所述輸出電壓空間矢量位于所述第五工作扇區(qū)時，由第五工作模態(tài)和第六工作模態(tài)合 成； 所述輸出電壓空間矢量位于所述第六工作扇區(qū)時，由第六工作模態(tài)和第一工作模態(tài)合 成。4. 根據權利要求3所述的三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法，其特征在于，在步驟 C中，當輸出電壓矢量位于第一工作扇區(qū)時，有如下算式：其中，Udc為三相逆變器直流母線電壓，Uref為輸出電壓矢量，Ua和Ue分別表示輸出電壓矢 量在靜止坐標α-β兩相坐標軸上的分量;Tqqq為第一工作模態(tài)和第二工作模態(tài)不工作時，逆 變器下橋臂開關管全導通的時間;Tm為第一工作模態(tài)和第二工作模態(tài)不工作時，逆變器上 橋臂開關管全導通的時間；Tiqq為第一工作模態(tài)的工作時間；Tqiq為第二工作模態(tài)的工作時 間； 通過上述算式，可以計算確定第一工作模態(tài)的工作時間、第二工作模態(tài)的工作時間以 及逆變器下橋臂開關管全導通的時間。5. 根據權利要求1所述的三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法，其特征在于，在步驟 A中，通過如下算式計算確定所述工作扇區(qū)；其中，Ua和Up分別表不輸出電壓矢量在靜止坐標α-β兩相坐標軸上的分量。6.根據權利要求5所述的三相逆變器的非相鄰模態(tài)切換控制方法，其特征在于，當N= 1 時，所述輸出電壓矢量位于角度為60-120°的第二工作扇區(qū)；當Ν = 2時，所述輸出電壓矢量 位于角度為300-360°的第六工作扇區(qū)；當Ν = 3時，所述輸出電壓矢量位于角度為0-60°的第 一工作扇區(qū)；當Ν = 4時，所述輸出電壓矢量位于角度為240-300°的第四工作扇區(qū)；當Ν=5 時，所述輸出電壓矢量位于角度為120-180°的第三工作扇區(qū)；當Ν = 6時，所述輸出電壓矢量 位于角度為180-240°的第五工作扇區(qū)。
【文檔編號】H02M7/5395GK106026746SQ201610375594
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】李湘峰, 屈莉莉
【申請人】佛山科學技術學院