專利名稱：用于z源逆變器的svpwm控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于Z源逆變器的SVPWM控制方法，屬于逆變器的控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的SVPWM控制方法中有8個(gè)矢量，如圖4所示，該8個(gè)矢量將整個(gè)區(qū)間分成六個(gè)扇區(qū)，這8個(gè)矢量分別為000、001、010、100、011、101、110、111，代表著逆變器上橋臂三個(gè)
開關(guān)管的狀態(tài)，I代表導(dǎo)通，O代表關(guān)斷，下橋臂三個(gè)開關(guān)管的狀態(tài)與上橋臂相反。這8個(gè)矢量中，000與111是零矢量，其它六個(gè)為有效矢量。由矢量合成原理可知，圖4中的任何一個(gè)向量f/「都可以由這8個(gè)基本向量中與之相鄰的兩個(gè)基本向量合成得到。在逆變器的實(shí)際應(yīng)用中，即是根據(jù)向量€的大小和相位對開關(guān)管進(jìn)行控制，從而控制逆變輸出正弦電壓 的。在SVPWM控制方法中，PWM波形在一個(gè)載波周期內(nèi)是軸對稱的。在不同的時(shí)刻，雖然相鄰兩個(gè)有效矢量的作用時(shí)間Tl和T2是由零到最大值周期性變化的，但是兩者之和T1+T2卻變化不大。在已有的改進(jìn)型SVPWM控制方法中，直通零矢量是被平均分成六段插入在傳統(tǒng)零矢量和非零矢量之間的，兩個(gè)相鄰的有效矢量之間也插入了直通零矢量，這使得在T或T2為零時(shí)，中間插入的直通零矢量會(huì)移動(dòng)到一個(gè)極左或極右的位置，正是在此時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)最大的電感電流紋波，如圖5和圖6所示。這對電感電流紋波的質(zhì)量有很不利。因此，現(xiàn)有Z源逆變器的SVPWM控制方法存在如下問題I、直通占空比受限、不能實(shí)現(xiàn)最大升壓比；2、逆變器開關(guān)頻率增加，損耗增加；3、電感電流、電容電壓紋波較大,不利于Z源網(wǎng)絡(luò)電感電容的小型化設(shè)計(jì)，而電感、電容過大正是制約Z源逆變器應(yīng)用的障礙之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決Z源逆變器的現(xiàn)有SVPWM控制方法中，直通零矢量被平均分成六段插入在相鄰零矢量和非零矢量及相鄰的兩個(gè)有效矢量之間，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)最大的電感電流紋波的問題，提供了一種用于Z源逆變器的SVPWM控制方法。本發(fā)明所述用于Z源逆變器的SVPWM控制方法，它基于傳統(tǒng)SVPWM控制方法，用8個(gè)矢量代表逆變器上橋臂三個(gè)開關(guān)管的狀態(tài)，該8個(gè)矢量分別為000、001、010、100、011、101、110、111，1代表導(dǎo)通，O代表關(guān)斷，其中，000與111是傳統(tǒng)零矢量，其它六個(gè)為有效矢量，該8個(gè)矢量將控制區(qū)間分成六個(gè)扇區(qū)；每個(gè)扇區(qū)的控制方法相同；以第III扇區(qū)為例，在每個(gè)PWM周期Ts內(nèi)，起作用的矢量自左至右布局為111、110、100、000、000、100、110、111，其中傳統(tǒng)零矢量的總作用時(shí)間為Ttl，設(shè)定直通零矢量的總作用時(shí)間為tyO <t0^ Ttl，將直通零矢量的總作用時(shí)間h平均分成四段插入在傳統(tǒng)零矢量與相鄰有效矢量作用時(shí)間之間，實(shí)現(xiàn)對Z源逆變器的SVPWM控制。tQ的取值范圍為0 < tQ彡O. 5Ts。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明方法在傳統(tǒng)的SVPWM調(diào)制中分4段插入直通零矢量，它在保留原有改進(jìn)型SVPWM控制方法的高電壓利用率、高載波頻率、不額外增加開關(guān)頻率和直通占空比最大化的基礎(chǔ)之上，既不額外增加逆變器開關(guān)次數(shù)，又提高了直通占空比調(diào)節(jié)范圍，可將傳統(tǒng)零矢量全部用直通零矢量替代，極大的降低了電感電流紋波，有利于Z源網(wǎng)絡(luò)的小型化設(shè)計(jì)。本發(fā)明方法中，部分傳統(tǒng)零矢量時(shí)間Ttl用直通零矢量時(shí)間h替代，插入在相鄰的傳統(tǒng)零矢量和非零矢量之間，如111或000與110或100等之間，而相鄰的兩個(gè)非零矢量之間不插入直通零矢量。這樣做可帶來的效果有(I)由SVPWM的對稱性可知，每段傳統(tǒng)零矢量的作用時(shí)間由原來的L/4變?yōu)?1^/44/4)，又1/44/4 > 0，所以h < Ttl，從而使得傳統(tǒng)零矢量可以全部用直通零矢量替代，實(shí)現(xiàn)最大升壓比。(2)這種控制方法，被插入的直通零矢量在不同時(shí)刻，位置變化很小，電感電流紋波穩(wěn)定。(3)該發(fā)明方法，不僅可以保證整個(gè)載波周期內(nèi)母線電壓對稱，而且左右兩半個(gè)載波周期內(nèi)的母線電壓也對稱，這使得電感電流在半周期內(nèi)也成中心對稱分布，紋波峰峰值被削弱。理論計(jì)算表明在其他條件都相同的前提下，采取本發(fā)明方法時(shí)，電感電流紋波比現(xiàn)有的Z源逆變器改進(jìn)型SVPWM控制方法減小13%以上。


圖I是本發(fā)明控制方法的控制過程中，六個(gè)開關(guān)管的控制信號波形及相應(yīng)的電壓與電流的波形示意圖；圖中Tl為有效矢量110的總作用時(shí)間，T2為有效矢量100的總作用時(shí)間，Tcml為逆變器上橋臂第一路調(diào)制波，Tcmll為逆變器下橋臂第一路調(diào)制波，Tcm2為逆變器上橋臂第二路調(diào)制波，Tcm22為逆變器下橋臂第二路調(diào)制波，Tcm3為逆變器上橋臂第三路調(diào)制波，Tcm33為逆變器下橋臂第三路調(diào)制波；PWM1、PWM3和PWM5為逆變器上橋臂的三個(gè)開關(guān)管的控制信號波形，PWM2、PWM4和PWM6為逆變器下橋臂的三個(gè)開關(guān)管；Vin為Z源逆變器等效直流側(cè)電壓，iL為縱坐標(biāo)，代表電感電流的物理量，Il為電感電流的平均值，Δ iL為電感電流的紋波值；圖2是Z源逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明控制方法的具體實(shí)施原理圖；圖4是傳統(tǒng)的SVPWM控制方法中，8個(gè)矢量將整個(gè)區(qū)間分成六個(gè)扇區(qū)的示意圖；圖5是現(xiàn)有SVPWM控制方法中，將直通零矢量分成六段插入控制的矢量布局圖；圖6是與圖5狀態(tài)對應(yīng)的T2為零情況下，等效直流側(cè)電壓與電感電流的波形示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖I至圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述用于Z源逆變器的SVPWM控制方法，它基于傳統(tǒng)SVPWM控制方法，用8個(gè)矢量代表逆變器上橋臂三個(gè)開關(guān)管的狀態(tài)，該8個(gè)矢量分別為000、001、010、100、011、101、110、111，1代表導(dǎo)通，O代表關(guān)斷，其中，000與111是傳統(tǒng)零矢量，其它六個(gè)為有效矢量，該8個(gè)矢量將控制區(qū)間分成六個(gè)扇區(qū)；每個(gè)扇區(qū)的控制方法相同；以第III扇區(qū)為例，在每個(gè)PWM周期Ts內(nèi)，起作用的矢量自左至右布局為111、110、100、000、000、100、110、111，其中傳統(tǒng)零矢量的總作用時(shí)間為Ttl，設(shè)定直通零矢量的總
作用時(shí)間為tyO <t0^ Ttl，將直通零矢量的總作用時(shí)間h平均分成四段插入在傳統(tǒng)零矢量與相鄰有效矢量作用時(shí)間之間，實(shí)現(xiàn)對Z源逆變器的SVPWM控制。圖2所示的Z源逆變器是一種新型的含X形阻抗源網(wǎng)絡(luò)的功率變換器，該阻抗源網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)相同的電感L1、L2及電容Cl和C2組成，它將變換器主電路和直流電源UO耦合在一起，克服了傳統(tǒng)電壓源逆變器上下橋臂不能直通的缺陷。而且正是由于存在上下橋臂直通，從而實(shí)現(xiàn)直流側(cè)升壓功能。
由圖I可以看出，矢量110、100、000和111呈軸對稱分布，對稱軸為Ts/2時(shí)刻。在現(xiàn)有控制方法中，如圖5所示，是將直通零矢量平均分成6段插入在傳統(tǒng)SVPWM控制方法中開關(guān)管換向時(shí)刻，即111與110之間、110與100之間，100與000之間。這樣做的不利之處在于，隨著參考電壓G的移動(dòng)，Tl和T2呈周期性變化，又由于Tl與T2兩者之和變化很小，所以Tl與T2此消彼長。在扇區(qū)交界處，會(huì)出現(xiàn)極端位置，即Tl為零、T2最大或者T2為零、Tl最大，這使得插入在相鄰兩個(gè)有效矢量110和100之間的那段直通零矢量會(huì)移動(dòng)到極左或極右的位置，與左邊的或右邊的那段直通零矢量相接。而此刻正是電感電流紋波最大的時(shí)刻，如圖6所示。本實(shí)施方式中，直通零矢量是被平均分成四段插入在傳統(tǒng)零矢量和非零矢量之間，而相鄰的兩個(gè)非零矢量之間不插入直通零矢量，如圖I所不。這樣一來，不管Tl、T2如何變化，因?yàn)閮烧咧妥兓淮螅运亩沃蓖闶噶康奈恢米兓潭群苄?。最重要的是在一個(gè)載波周期內(nèi)，逆變器直流側(cè)電壓不僅沿著Ts/2時(shí)間軸對稱，左右兩半邊電壓也分別沿著Ts/4和3Ts/4對稱。這使得每個(gè)載波周期內(nèi)，電感電流不僅圍繞Ts/2呈中心對稱，左右兩半邊電流也分別圍繞Ts/4和3Ts/4呈中心對稱，如圖I所示。同圖6中的電流紋波相t匕，電感電流紋波的峰峰值被削弱。
具體實(shí)施方式
二 下面結(jié)合圖I至圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對實(shí)施方式一的進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中h的取值范圍為0 < h < O. 5Ts。本實(shí)施方式中，t0的取值范圍與要實(shí)現(xiàn)的升壓比有關(guān)，一般為O到O. 5倍的PWM開關(guān)周期Ts。圖3所示，將本發(fā)明所述控制方法采用TI C2000系列DSP TMS320F2812實(shí)現(xiàn)，它由DSP2812事件管理器A，即EVA的PWM1、PWM3、PWM5產(chǎn)生上橋臂三路PWM控制信號，由事件管理器B，即EVB的PWM7、PWM9、PWMll產(chǎn)生下橋臂的三路PWM控制信號。六路PWM信號經(jīng)驅(qū)動(dòng)板電路驅(qū)動(dòng)后，驅(qū)動(dòng)信號送給逆變器的IGBT，控制Z源逆變器工作。兩組事件管理器可以獨(dú)立控制，所以實(shí)現(xiàn)起來，EBA和EVB的六個(gè)全比較單元中的比較寄存器可以自由設(shè)置。其中上橋臂三個(gè)開關(guān)管矢量切換時(shí)間Tla、Tlb和T1。分別為
'Tla=(T,-Tl-r2-t0)/4\ Tlb = (Ts-Tl-T 2-t0)/4 + tJ4^ I 1/2
Tlc = (Ts-Tl-Tl- υ)/ A+t0 / 4+ Tl/2+ Tl/2下橋臂三個(gè)開關(guān)管矢量切換時(shí)間T2a、T2b和T2。分別為
權(quán)利要求
1.一種用于Z源逆變器的SVPWM控制方法，它基于傳統(tǒng)SVPWM控制方法，其特征在于，用8個(gè)矢量代表逆變器上橋臂三個(gè)開關(guān)管的狀態(tài)，該8個(gè)矢量分別為000、001、010、100、011、101、110、111，I代表導(dǎo)通，O代表關(guān)斷，其中，OOO與111是傳統(tǒng)零矢量，其它六個(gè)為有效矢量，該8個(gè)矢量將控制區(qū)間分成六個(gè)扇區(qū)；每個(gè)扇區(qū)的控制方法相同； 以第III扇區(qū)為例，在每個(gè)PWM周期Ts內(nèi)，起作用的矢量自左至右布局為111、110、100、000、000、100、110、111，其中傳統(tǒng)零矢量的總作用時(shí)間為Ttl，設(shè)定直通零矢量的總作用時(shí)間為、，0 <t0^ Ttl，將直通零矢量的總作用時(shí)間h平均分成四段插入在傳統(tǒng)零矢量與相鄰有效矢量作用時(shí)間之間，實(shí)現(xiàn)對Z源逆變器的SVPWM控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于Z源逆變器的SVPWM控制方法，其特征在于，&的取值范圍為0 < tQ < 0. 5Ts。
全文摘要
用于Z源逆變器的SVPWM控制方法，屬于逆變器的控制技術(shù)領(lǐng)域。它解決了Z源逆變器的現(xiàn)有SVPWM控制方法會(huì)產(chǎn)生一個(gè)最大的電感電流紋波的問題。它上橋臂三個(gè)開關(guān)管的狀態(tài)用8個(gè)矢量表示，該8個(gè)矢量將控制區(qū)間分成六個(gè)扇區(qū)；以第III扇區(qū)為例，在每個(gè)PWM周期Ts內(nèi)，起作用的矢量自左至右布局為111、110、100、000、000、100、110、111，其中傳統(tǒng)零矢量的總作用時(shí)間為T0，設(shè)定直通零矢量的總作用時(shí)間為t0，0＜t0≤T0，將直通零矢量的總作用時(shí)間t0平均分成四段插入在傳統(tǒng)零矢量與相鄰有效矢量作用時(shí)間之間，實(shí)現(xiàn)對Z源逆變器的SVPWM控制。本發(fā)明適用于Z源逆變器的SVPWM控制。
文檔編號H02M7/48GK102969921SQ20121055470
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者薛平, 張千帆, 董帥, 楊波, 李錦超, 那拓?fù)? 周超偉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)