一种5段式SVPWM调制方法

摘要

本发明公开了一种5段式SVPWM调制方法，该方法针对传统5段式SVPWM调制信号中突变电压矢量，利用各种分段线段(直线或弧线)进行平滑从而平抑系统谐波，从而达到在保持传统5段式SVPWM低开关损耗优点的前提下，进一步降低调制输出谐波含量的目的。本发明可广泛应用于UPS、光伏逆变器、储能变流器等电力电子设备的PWM控制领域。

权利要求

1.一种5段式SVPWM调制方法，其特征在于：将5段式SVPWM调制波各空间矢量突变点，利用直线或弧线各种分段线段进行平滑处理，抑制空间电压矢量的突变，降低5段式SVPWM谐波含量，设计一种零序信号加入调制波，得到一种优化的5段式SVPWM零序信号生成及优化的5段式SVPWM调制方法，具体步骤如下：

1）将三相调制信号通过归一化后为 、 、 ；

2）计算获得归一化三相调制信号的最大值 、最小值 ，并计算 、 信号备查，令：

3）计算 、 绝对值最小者计算 信号备查，采用C语言中条件运算符进行表示：

4）计算 、 、 三者信号的中间值 ：

5）取 、 绝对值最小者，计算获得零序信号：

6）最后，将计算所得零序电压 加入每相电压形成三相SVPWM调制波波形：。

说明书

一种5段式SVPWM调制方法

技术领域

[0001] 本发明属于电力电子控制技术领域，尤其涉及一种开关优化控制的5段式SVPWM调制方法。

背景技术

[0002] 空间矢量控制SVPWM广泛应用于不间断电源(UPS)、储能变流器(PCS)、光伏逆变器(Solar Inverter)、静止无功发生器(SVG)、有源电力滤波器(APF)等电力电子装备中电力
电子功率器件的PWM控制领域。SVPWM控制方法相对于SPWM控制具有更高的直流母线利用
率，因此得到了广泛的应用。

[0003] 在SVPWM技术应用中，又分7段式和5段式SVPWM控制。其中，7段式SVPWM每段PWM周期均以零矢量开始，因此其PWM输出周期间没有电平矢量的突变，输出谐波含量较小；而5段
式SVPWM调制方法开关动作次数较少，因此开关损耗较小。

[0004] 考虑到7段式谐波含量小、5段式开关损耗小的优点，本发明在5段式基础上，将合成5段式SVPWM的零序突变矢量进行平滑处理，以实现满足5段式开关损耗的基础上，进一步
减小其调制谐波含量。

发明内容

[0005] 本发明公开一种5段式SVPWM调制方法，将传统5段式SVPWM调制波各空间矢量突变点，利用直线或弧线各种分段线段进行平滑处理，从而抑制空间电压矢量的突变，达到降低
5段式SVPWM谐波含量的目的，用于UPS、光伏逆变器、储能变流器等电力电子设备的PWM控制
领域。

[0006] 进一步地，设计一种零序信号加入调制波，一种优化的5段式SVPWM零序信号生成及优化的5段式SVPWM调制方法，具体步骤如下：

[0007] (1)将三相调制信号通过归一化后为va(t)、vb(t)、vc(t)∈[0，1]；

[0008] (2)计算获得归一化三相调制信号的最大值vmax(t)、最小值

[0009] vmin(t)，并计算vp(t)、vn(t)信号备查，令：

[0010] vmax(t)＝max(va(t)+vb(t)+vc(t))

[0011] vmin(t)＝min(va(t)+vb(t)+vc(t))

[0012]

[0013] (3)计算vp(t)、vn(t)绝对值最小者计算vpn(t)信号备查，为表述方便这里采用C语言中条件运算符进行表示：

[0014] vpn(t)＝|vp(t)|>|vn(t)|？vn(t):vp(t)

[0015] (4)计算‑va(t)、‑vb(t)、‑vc(t)三者信号的中间值vmid(t)：

[0016] vmid(t)＝max(min(‑ua(t),‑ub(t)),min(max(‑ua(t),‑ub(t)),‑uc(t)))

[0017] (5)取vpn(t)、vmid(t)绝对值最小者，计算获得零序信号：

[0018] z0(t)＝|vpn(t)|>|vmid(t)|？vmid(t):vpn(t)

[0019] (6)最后，将计算所得零序电压z0(t)加入每相电压形成三相SVPWM调制波波形，实现所述一种5段式SVPWM调制方法：

[0020]

[0021] 本发明即在传统5段式SVPWM基础上利用各种分段线段(直线或弧线)对各波形的突变点进行平滑，抑制空间电压矢量的突变，从而在保证原有5段式小开关损耗的基础上，
进一步减小SVPWM的输出谐波含量，因此SVPWM的谐波含量可以得到优化。同时，在调制信号
过零附近，传统5段式SVPWM调制的突变信号，在优化5段式SVPWM调制信号变成零，即可进一
步降低拓扑的开关损耗。

附图说明

[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于
本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他
的附图。

[0023] 图1是传统7段式SVPWM调制方法及其调制零序信号；

[0024] 图2是传统5段式SVPWM调制方法及其调制零序信号；

[0025] 图3是本发明5段式SVPWM调制方法及其调制零序信号；

[0026] 图4是两种5段式调制波差异对比；

[0027] 图5是两种5段式调制波对应PWM波形对比；

[0028] 图6是两种5段式调制波对应PWM谐波成分效果对比；

[0029] 图7是两种5段式调制波差异对比(小调制比)；

[0030] 图8是两种5段式调制波对应PWM波形对比(小调制比)；

[0031] 图9是两种5段式调制波对应PWM谐波成分效果对比(小调制比)。

具体实施方式

[0032] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发
明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没
有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0033] 传统7段式与5段式SVPWM调制常用方法除通过、利用各类拓扑输出开关扇区空间电压矢量之间关系计算作用时间外，还可通过对输出目标电压注入零序电压形成相应调制
电压的方法来实现SVPWM调制。本发明采用目标电压注入特殊零序电压方式实现一种优化
的5段式SVPWM调制方法，用于UPS、光伏逆变器、储能变流器等电力电子设备的PWM控制领
域。以传统7段式和5段式零序电压注入SVPWM调制方法进行说明，设三相电压为式(1)所示：

[0034]

[0035] 传统7段式与5段式零序注入SVPWM方法是利用三相电压计算零序电压z0(t)，然后根据式(2)将计算所得零序电压z0(t)加入每相电压形成三相SVPWM调制波波形，这样调制
输出PWM波形即可实现对应的SVPWM。

[0036]

[0037] 其中，传统7段式零序电压z0(t)计算方法如式(3)所示：

[0038]

[0039] 所得传统7段式零序信号与三相调制信号归一化后的波形如图1所示。

[0040] 传统5段式零序电压z0(t)计算方法如式(4)所示：

[0041]

[0042] 式中：

[0043]

[0044] 所得传统5段式零序信号与三相调制信号归一化后的波形如图2所示。

[0045] 从传统5段式SVPWM波形可见，传统5段式SVPWM波形与其零序信号波形均存在波形突变问题，即SVPWM存在空间电压矢量的突变，导致5段式SVPWM波形谐波含量大。

[0046] 本发明即在传统5段式SVPWM基础上利用各种分段线段(直线或弧线)对各波形的突变点进行平滑，抑制空间电压矢量的突变，从而在保证原有5段式小开关损耗的基础上，
进一步减小SVPWM的输出谐波含量，优化的5段式SVPWM零序信号及调制波形如图3所示。对
比图2可见，图3中零序信号与三相调制信号各波形突变点均得到有效平滑，因此SVPWM的谐
波含量可以得到优化。同时，在调制信号过零附近，传统5段式SVPWM调制的突变信号，在优
化5段式SVPWM调制信号变成零，即可进一步降低拓扑的开关损耗。

[0047] 如图4所示，本发明在传统5段式SVPWM基础上利用各种分段线段(直线或弧线)对各波形的突变点进行平滑，从而抑制空间电压矢量的突变，达到降低5段式SVPWM谐波含量
的目的。因此设计一个性能良好的零序信号是实现本发明的关键所在，下面作为本发明的
实施例给出能满足上述要求的一种设计方法。

[0048] 具体步骤如下：

[0049] 1、设三相调制信号，通过归一化后为va(t)、vb(t)、vc(t)∈[0，1]；

[0050] 2、计算获得归一化三相调制信号的最大值vmax(t)、最小值vmin(t)，并计算vp(t)、vn(t)信号备查，令：

[0051] vmax(t)＝max(va(t)+vb(t)+vc(t))   (6)

[0052] vmin(t)＝min(va(t)+vb(t)+vc(t))   (7)

[0053]

[0054] 3、计算vp(t)、vn(t)绝对值最小者计算vpn(t)信号备查，为表述方便这里采用C语言中条件运算符进行表示：

[0055] vpn(t)＝|vp(t)|>|vn(t)|？vn(t):vp(t)   (9)

[0056] 4、计算‑va(t)、‑vb(t)、‑vc(t)三者信号的中间值vmid(t)，计算中间值方法很多，本发明给出一种计算方法：

[0057] vmid(t)＝max(min(‑ua(t),‑ub(t)),min(max(‑ua(t),‑ub(t)),‑uc(t)))   (10)

[0058] 5、取vpn(t)、vmid(t)绝对值最小者，计算获得零序信号：

[0059] z0(t)＝|vpn(t)|>|vmid(t)|？vmid(t):vpn(t)   (11)

[0060] 6、最后，根据式(2)将计算所得零序电压z0(t)加入每相电压形成三相SVPWM调制波波形，实现本发明实现的一种5段式SVPWM调制方法：

[0061]

[0062] 通过上述方法形成优化后的5段式SVPWM波形与传统5段式SVPWM波形对比如图5所示，各波形对应谐波含量对比如图6所示，计算对比各波形THDV可知，优化后的5段式SVPWM
波形较传统方式要小。特别是在小调制比情况下，如图7所示，传统5段式SVPWM调制矢量突
变情况更加明显，而优化后5段SVPWM调制矢量相对平滑，两种调制对应PWM对比波形如图8
所示。对比两种调制方法PWM波频谱如图9所示，本发明采用方法可以显著降低SVPWM调制谐
波含量。

[0063] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员
来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保
护范围。因此，本发明发明的保护范围应以所附权利要求为准。