阅读说明：本技术 适用于三相双输入逆变器的扇区自适应空间矢量调制方法 (Sector adaptive space vector modulation method suitable for three-phase dual-input inverter ) 是由 尹航 葛红娟 于兆龙 李言 潘怡晨 李石振 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种针对三相双输入双Buck逆变器的新型子扇区自适应的间矢量脉宽调制技术(SVPWM),属于直-交电能变换技术领域。本发明以双输入高压V<Sub>H</Sub>的值为基础确定六个主扇区的主矢量长度,依据双输入高、低电压源V<Sub>H</Sub>和V<Sub>L</Sub>将每个主扇区划分为四个子扇区,共形成24个子扇区,每个子扇区对应三个长度与V<Sub>H</Sub>和V<Sub>L</Sub>有关的子矢量；以三个子矢量、目标旋转矢量和开关周期为基础,解算每个子矢量的作用时间；根据子矢量的类型和作用时间,确定电压矢量的作用顺序,进行SVPWM调制。与目前的双载波调制方法相比,本发明引入SVPWM技术,提高了直流电压利用率,同时保留了双输入逆变器系统效率高的优点。(The invention discloses a novel sub-sector self-adaptive Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) technology for a three-phase double-input double-Buck inverter, and belongs to the technical field of direct-alternating current (DC-AC) power conversion. The invention uses double input high voltage V H Determines the lengths of the principal vectors of the six principal sectors based on the values of (V) and (V) of the two input high and low voltage sources H And V L Dividing each main sector into four sub-sectors, forming 24 sub-sectors, each sub-sector corresponding to three lengths and V H And V L A related sub-vector; calculating the action time of each sub-vector on the basis of the three sub-vectors, the target rotation vector and the switching period; and determining the action sequence of the voltage vector according to the type and the action time of the sub-vector, and carrying out SVPWM modulation. Compared with the existing double-carrier modulation method, the SVPWM technology is introduced, the direct-current voltage utilization rate is improved, and the advantage of high efficiency of a double-input inverter system is kept.)

适用于三相双输入逆变器的扇区自适应空间矢量调制方法

技术领域

本发明涉及三相双输入逆变器的调制方法，属于电力电子领域，尤其涉及空间矢量调制技术领域。

背景技术

由于输出电压更接近于正弦波、开关器件承受的电压应力较小、输出电流波形质量高等优点，多电平逆变器近年来已经逐渐成为人们研究的热点

发明内容

，目前也已经被广泛应用于太阳能、风能和电力传动等电力电子应用领域中。

另一方面，专利“公开号：CN105099249A”提出了双输入逆变器的概念，增加一个幅值较主直流电压源低一些的副直流电压源构成三端口变换器，利用两个输入源，逆变器可以输出三种不同的电平，减小了输出电压的谐波含量。

常用的调制方法分为SPWM调制和SVPWM空间矢量调制两种，该逆变器现有的调制方法为基于SPWM的双载波调制，然而空间矢量调制具有直流电压利用率高和调制过程更加容易数字化等优点，因而得到广泛应用。

发明内容

本发明针对三相双输入双Buck逆变器拓扑，公开了一种新型的子扇区自适应空间矢量脉宽调制方法(SVPWM)，其特征在于，以双输入高电压V_H的值为基础确定SVPWM六个主扇区I、II、III、VI、V、VI的主矢量长度，对于每个主扇区，可依据双输入高、低电压源V_H和V_L将其划分为x-1、x-2、x-3和x-4四个子扇区，其中，x为I扇区、或II、或III、或VI、或V、或VI扇区；根据SVPWM中所需合成的旋转矢量幅值V_ref分别在α和β轴的分量V_α、V_β的大小，判断旋转矢量所属的主扇区和子扇区，其中每个子扇区由三个子矢量确定；基于每个子扇区的三个子矢量、目标旋转矢量和开关周期T_s，可以解算每个子矢量的作用时间T₁、T₂和T₃，其中T₁表示一个开关周期内最先作用的矢量，T₃表示一个开关周期内最后作用的矢量；在一个开关周期内，根据各个子扇区中子矢量的类型，按照五段式原则确定电压矢量的作用顺序，然后完成SVPWM调制。

根据上述的子扇区自适应空间矢量脉宽调制方法，对于每个主扇区，可依据双输入高、低电压源V_H和V_L将其划分为x-1、x-2、x-3和x-4四个子扇区，其中，x为I扇区、或II、或III、或IV、或V、或VI扇区，总共24个子扇区，然后根据旋转矢量幅值V_ref分别在αβ轴的分量V_α、V_β的大小，判断旋转矢量所属子扇区，其中V_H和V_L的大小不同判断条件不同，其中V_α、V_β根据如下公式确定，其中θ为所需合成的旋转矢量的幅角；

子扇区判断条件：

第IV、V、VI扇区的子扇区判断分别与III、II、I扇区关于Y轴对称，只需将上述判断条件中V_β替换为-V_β。

根据上述的子扇区自适应空间矢量脉宽调制方法，以目标旋转矢量所在子扇区的三个顶点的矢量来合成目标旋转矢量，从而确定各个子扇区中三个子矢量的作用时间T₁、T₂、T₃，其中各矢量具体作用时间如下表所示：

有益效果：

(1)本发明对双输入三相逆变器的调制策略进行了丰富，提高了直流电压的利用率，开关损耗较低，具有较低的谐波含量。

(2)本发明适用与各种类型的双输入三相逆变器，适用范围广并且易于理解，因冗余矢量的存在对后续容错控制研究提供极大便利。

(3)本发明介绍的调制方法避免了分压电容的使用，不仅减小了逆变器体积重量，而且无需考虑分压电容电压平衡问题。

(4)本发明实用性强，便于数字实现，使用效果好，便于推广使用。

附图说明

附图1是应用本发明的第一种双输入三相双Buck逆变电路原理图；

附图2是应用本发明的第二种双输入三相双Buck逆变电路原理图；

附图3是应用本发明的第三种双输入三相双Buck逆变电路原理图；

附图4是双输入三相双Buck逆变电路电压矢量空间示意图；

附图5是双输入三相双Buck逆变电路电压矢量空间在第I扇区的子扇区划分图；

附图6是I-2扇区的SVPWM波形图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的调制技术进行详细说明。

本发明所应用的变换器主要包括图1、图2和图3中的三种拓扑，都是由双输入源(V_H、V_L)、12个开关管(S_a1～S_a4、S_b1～S_b4、S_c1～S_c4)、12个二极管(D_a1～D_a4、D_b1～D_b4、D_c1～D_c4)、6个滤波电感和3个滤波电容组成，其中A相桥臂由S_a1、S_a2、S_a3、S_a4、D_a1、D_a2、D_a3、D_a4组成，桥臂输出经由L_a1、L_a2滤波电感输出给负载；B相桥臂由S_b1、S_b2、S_b3、S_b4、D_b1、D_b2、D_b3、D_b4组成，桥臂输出经由L_b1、L_b2滤波电感输出给负载；C相桥臂由S_c1、S_c2、S_c3、S_c4、D_c1、D_c2、D_c3、D_c4组成，桥臂输出经由L_c1、L_c2滤波电感输出给负载。

对于双输入三相逆变器，每个桥臂能输出三种电压，分别是V_H、V_L和0，对拓扑开关模态进行分析可得到拓扑开关模态和桥臂输出之间的关系，如下表所示：

Sx1	Sx2	Sx3	Sx4	桥臂输出
					1	1	0	0	V<sub>H</sub>
0	1	1	0	V<sub>L</sub>
					0	0	1	1	0

其中1代表开关闭合，0代表开关断开，x可以为a、b、c任意一个。

每个桥臂能输出三种电平，根据电压矢量计算公式

可以计算出3³＝27个电压矢量，所有矢量如图4中所示，其中主矢量有6个，幅值为短矢量有12个，其中有6个幅值为另外6个幅值为中矢量有6个，幅值为零矢量有3个。为了方便说明，规定了每个主矢量上的两个短矢量的大小关系，要求可以得到

接着进行主扇区划分，主扇区划分依据以下划分条件：

扇区	圆心角范围
		I	0°＜θ≤60°
II	60°＜θ≤120°
		III	120°＜θ≤180°
IV	180°＜θ≤240°
		V	240°＜θ≤300°
VI	300°＜θ≤360°

其中θ是所需合成电压矢量的辐角。

主扇区划分完成后，进行子扇区划分，划分按照以下扇区分配表在平面直角坐标系中划分，先利用以下公式算出参考矢量在αβ坐标系的坐标(V_α，V_β)，其中，V_ref是所需合成电压矢量的幅值。

子扇区判断表：

第IV、V、VI扇区的子扇区判断分别与III、II、I扇区关于α轴对称，只需将上述判断条件中V_β替换为-V_β，子扇区划分的结果如图5所示。

扇区判断完成后，根据伏秒平衡原理，以矢量所在三角形三个顶点的子矢量来合成参考矢量，例如在第I-2扇区，目标矢量就由PON、OON和POO三者来合成，合成时根据公式T_s·V_ref＝T₁·V₁+T₂·V₂+T₃·V₃来确定三个子矢量作用时间T₁、T₂、T₃：

根据各子扇区作用矢量的类型，按照五段式，确定矢量发送顺序，矢量发送顺序如下表所示，

确定矢量发送顺序之后，根据各矢量作用时间确定各开关管导通时间，图6所示的是参考矢量在第I-2区域时的SVPWM波形图，图中包括三角载波和三相输出电压波形，其中T_a1、T_b1、T_c1、T_a2、T_b2、T_c2分别为与三角载波进行比较以产生PWM波的三个比较值，对应的是开关S_a1、S_b1、S_c1、S_a2、S_b2、S_c2，剩下的S_a3、S_b3、S_c3、S_a4、S_b4、S_c4的驱动PWM波分别于S_a1、S_b1、S_c1、S_a2、S_b2、S_c2互补因此不做介绍。假设三角载波幅值和周期相等，载波大于计数值时输出高电平，反之输出低电平，先以该区域进行具体说明，此区域由POO、PON、OON三个基矢量合成参考矢量，要保证各矢量的持续时间，有T_a1＝T₁、T_a2＝0，T_b1＝T_s，T_b2＝0，T_c1＝T_s，T_b2＝T_s-T₃。其中T₁为矢量OON作用时间，T₃为矢量POO作用时间。最后依据图示原理可完成SVPWM调制，其他每个子扇区调制原理均与此相同。