《T型并網(wǎng)逆變器調(diào)制方式分析》4900字

T型并網(wǎng)逆變器調(diào)制方式分析綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u255511.1多電平逆變器調(diào)制方式 119201.1.1脈沖寬度調(diào)制（PWM） 1307591.1.2階梯波脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（EPWM） 2234731.2三電平SVPWM調(diào)制研究 2303371.2.1Clark變換和Park變換 2255921.2.2T型三電平空間電壓矢量 3305421.3三電平SVPWM調(diào)制計(jì)算以及仿真 6106971.1.1扇區(qū)判斷 635421.1.2矢量作用時(shí)間計(jì)算 9277501.1.3七段式時(shí)間分配 12309761.1.4矢量狀態(tài)轉(zhuǎn)換為開關(guān)器件通斷 141.1多電平逆變器調(diào)制方式為此，可以更均衡地控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過在T型三電兼歸變壓器中設(shè)置12個(gè)開關(guān)管，國(guó)家能夠規(guī)范地導(dǎo)通、關(guān)斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)，需要適當(dāng)且有效的調(diào)制。直流電源的電流脈沖通過逆變器照明電路，在開關(guān)位置管的導(dǎo)通和通關(guān)的合作下，將220伏變成三相正弦波，完成電流沖擊的逆變器過程。物理學(xué)家們研究各種各樣的調(diào)制的有效的方法，通過改變不同的調(diào)制方式在不同的場(chǎng)合使用，可以得到不同的改善效果。一般的多電平逆變器調(diào)制方式如下。1.1.1脈沖寬度調(diào)制（PWM）今天，傳統(tǒng)的脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)被廣泛使用。包括PWM線壓控制、PWM相電壓調(diào)節(jié)、PWM隨機(jī)脈寬、SPWM正弦脈寬調(diào)制等多種基本脈寬調(diào)制方式，在輸出端得到一系列等幅不同寬度的高頻振蕩.這些特殊脈沖可用于代替三角波或所需波形。即正弦波的一半被分成N個(gè)等寬等幅部分，可以認(rèn)為是N個(gè)等幅等幅連接的脈沖能量。這些發(fā)生器具有相同的空間面積，并與對(duì)應(yīng)于正弦波的N部分的當(dāng)前點(diǎn)重合。根據(jù)工業(yè)脈沖理論，具有相同脈沖波但整體形狀不同的窄脈沖波甚至對(duì)慣性連桿具有相同的作用。因此，應(yīng)該用這些特殊的脈沖能量來代替相移。改變脈沖寬度會(huì)改變逆變器電路的高輸出頻率和輸出電壓。新型正弦波調(diào)制（SPWM）技術(shù)成熟并廣泛應(yīng)用于逆變器。該技術(shù)將正弦調(diào)制波與三路載波進(jìn)行比較，得到脈沖能量的等幅等寬調(diào)制，作為逆變組開關(guān)的通路信號(hào)。加上每個(gè)半調(diào)制的極性，SPWM可分為沸騰斷路器和雙極調(diào)制，如下圖1.1所示。逆變橋臂的開關(guān)輔助設(shè)備在開關(guān)過程中以統(tǒng)計(jì)調(diào)制方式工作?；菊{(diào)制技術(shù)具有科學(xué)原理更簡(jiǎn)單、基本控制方便、輸出功率和輸入電流非常穩(wěn)定、具有一定的三次消諧學(xué)習(xí)能力等典型特點(diǎn)。因此，使用直流電壓的效率低下，在某些情況下會(huì)降低逆變器的工作效率。單相逆變器可以接受兩個(gè)SPWM極性，三相逆變器只能接受兩個(gè)SPWM極性。1.1.2階梯波脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（EPWM）EPWM調(diào)制的基本原理是控制每一級(jí)的運(yùn)行時(shí)間來抑制和聲。指定階次的輸出波形接近所需的正弦波。每一級(jí)的操作時(shí)間越短，即步數(shù)越大，輸出波形越接近正弦波。如果比較輸出波和三邊載波，就可以得到PWM調(diào)制信號(hào)。這種調(diào)制方式對(duì)逆變電路中電子器件的開關(guān)頻率要求不高。直觀易懂，原理也簡(jiǎn)單易懂。EPWM調(diào)制可以使電氣設(shè)備工作在地頻狀態(tài)，在該狀態(tài)下獲得較寬的輸出范圍，并在一定程度上抑制諧波。對(duì)開關(guān)頻率要求不高，所以開關(guān)頻率變低，逆變器的效率會(huì)提高。這種調(diào)制技術(shù)受到高效級(jí)聯(lián)逆變器的青睞1.2三電平SVPWM調(diào)制研究1.2.1Clark變換和Park變換在T型3級(jí)逆變器中，3相正弦波基準(zhǔn)電壓隨時(shí)間變化，調(diào)制部分難以設(shè)計(jì)，因此需要坐標(biāo)變換，將3相靜止坐標(biāo)系下的逆變器模型經(jīng)由2相垂直靜止坐標(biāo)系，即a-b-c坐標(biāo)系經(jīng)過Clark進(jìn)行變換。α-β坐標(biāo)系為了實(shí)現(xiàn)并聯(lián)網(wǎng)電流的控制，為了使網(wǎng)絡(luò)電流與電網(wǎng)電壓相同，需要將三相靜止坐標(biāo)系的逆變器模型轉(zhuǎn)換成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。也就是說，將a-b-c坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成d-q坐標(biāo)系。如下圖3-2所示，（1）α-β坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型設(shè)式(3-1)為Clark變換公式，X表示相應(yīng)的物理量，T1是變換矩陣。式（1.1）其中，變換矩陣（2）d-q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型α-β坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型可以通過Park變換為d-q坐標(biāo)系（同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系）下的數(shù)學(xué)模型。設(shè)式(3-2)為Park變換公式，X表示相應(yīng)的物理量，T2是變換矩陣。式（1.2）其中，變換矩陣。1.2.2T型三電平空間電壓矢量為了更加容易研究三電平SVPWM調(diào)制，需要將T型三電平逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行研究，如圖1.3所示。由第二章的研究結(jié)果可知，逆變器選擇工作方式二，此時(shí)逆變器的開關(guān)函數(shù)為：式（3-3）其中，i=a,b,c，由公式（1.3）可以看出，逆變器一共有3^3=27組開關(guān)狀態(tài)，三相輸出端對(duì)中性點(diǎn)的電壓為：式（1.4）式（1.5）式（1.6）設(shè)三相正弦電壓瞬時(shí)值表達(dá)式為：式（1.7）則定義對(duì)應(yīng)的空間電壓參考矢量為：式（1.8）結(jié)合公式（3-4）、（3-5）、（3-6）、（3-8）以及1.2.1的Clark變換可得：式（1.9）式（1.10）將27組開關(guān)狀態(tài)代入公式（3-10）中，可以得出空間電壓參考矢量在α-β坐標(biāo)系下的矢量圖，如圖3-5所示。圖中表示了不同的開關(guān)狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的矢量，圖中的1、0、-1分別對(duì)應(yīng)P狀態(tài)、O狀態(tài)和N狀態(tài)，比如01-1表示逆變器A相工作在O狀態(tài)，B相工作在P狀態(tài)，C相工作在N狀態(tài)。通過觀察圖1.4可以發(fā)現(xiàn)，27組開關(guān)狀態(tài)一共有19種空間矢量，空間矢量分別為~，空間矢量數(shù)目少于開關(guān)狀態(tài)數(shù)目，這說明了部分空間矢量存在一定的自由度。按照矢量幅值的大小可以把19種空間矢量進(jìn)行分類，如下表3-1所示。表3-1空間矢量分類以及對(duì)應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)空間矢量對(duì)應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)矢量幅值矢量類型111(PPP)、000(OOO)、-1-1-1(NNN)0零矢量~100(POO)、0-1-1(ONN)、110(PPO)00-1(OON)、010(OPO)、-10-1(NON)011(OPP)、-100(NOO)、001(OOP)-1-10(NNO)、101(POP)、0-10(ONO)小矢量~10-1(PON)、01-1(OPN)、-110(NPO)-101(NOP)、0-11(ONP)、1-10(PNO)中矢量~1-1-1(PNN)、11-1(PPN)、-11-1(NPN)-111(NPP)、-1-11(NNP)、1-11(PNP)大矢量此外，包括三組開關(guān)的正常狀態(tài)在內(nèi)，只有一個(gè)等速零速運(yùn)動(dòng)。3組開關(guān)可能處于正常狀態(tài)。就在整個(gè)畫面的中間。有6個(gè)小的矢量控件。小向量的合成涉及兩個(gè)開關(guān)的當(dāng)前狀態(tài)。矢量電壓和電流是大矢量的一半，在矢量圖內(nèi)形成一個(gè)六邊形。有六個(gè)中心x方向，每個(gè)向量對(duì)應(yīng)一組切換條件。大曲線有六個(gè)動(dòng)作。每個(gè)大向量對(duì)應(yīng)開關(guān)組的恒定狀態(tài)，并形成向量圖的外六邊形。此外，大歐拉角將空間矢量圖像分割為硬盤上的六個(gè)大數(shù)據(jù)，便于進(jìn)一步詳細(xì)分析和計(jì)算。為了成功實(shí)現(xiàn)T型三級(jí)逆變器的SVPWM調(diào)制，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行計(jì)算。(1)找出參考電壓在扇區(qū)內(nèi)，找出參考電壓的三個(gè)主要向量是什么。(2)計(jì)算三個(gè)基本向量的運(yùn)算次數(shù)。(3)計(jì)算基向量的運(yùn)行時(shí)間按七個(gè)步驟分配。(4)將構(gòu)成參考電壓的三個(gè)基本向量按照運(yùn)算順序分配給七段公式，分配之前計(jì)算出的七段公式對(duì)應(yīng)的時(shí)間。(5)根據(jù)開關(guān)元件的導(dǎo)通順序轉(zhuǎn)換主矢量的操作順序，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)的控制。1.3三電平SVPWM調(diào)制計(jì)算以及仿真1.1.1扇區(qū)判斷由6個(gè)大矢量將空間矢量分為了六大扇區(qū)，如圖1.5所示，按照矢量的角度每60°分為一個(gè)大扇區(qū)，它們分別是第一大扇區(qū)、第二大扇區(qū)、第三大扇區(qū)、第四大扇區(qū)、第五大扇區(qū)和第六大扇區(qū)。此外，每個(gè)大扇區(qū)包含不同的物理量。相關(guān)基向量的類型不同，不利于重新確認(rèn)基旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)。而且，考慮到小矢量切換狀態(tài)的大規(guī)模，特別是在建立參考電壓坐標(biāo)的基本變換過程中，中小速度方向最常出現(xiàn)。文章內(nèi)容可以將每個(gè)大部門細(xì)分為六個(gè)小細(xì)分信息。動(dòng)物是第一磁小扇區(qū)，第二小扇區(qū)，第三小扇區(qū)，第四小扇區(qū)，第四小扇區(qū)。第五和第六部門。然后將參考電流輸出的矢量發(fā)射空間共分為36個(gè)小塊，參考工作電壓的基波位移由低位扇形三角形的三個(gè)頂點(diǎn)矢量分解。例如，在第一個(gè)大扇區(qū)中，圖1.6顯示了小扇區(qū)的分布，其中1、2、3、4、5和6是小扇區(qū)。這里，由于它成為參考矢量與軸之間的夾角，因此在用參考電壓矢量評(píng)估大扇區(qū)時(shí)，可以從表1.2所示的數(shù)量來判斷。表1.2矢量夾角與大扇區(qū)的關(guān)系參考矢量與軸的夾角大小參考矢量所在扇區(qū)第一大扇區(qū)第二大扇區(qū)第三大扇區(qū)第四大扇區(qū)第五大扇區(qū)第六大扇區(qū)而且，除了為向量的目的對(duì)大扇區(qū)進(jìn)行評(píng)分外，還可以根據(jù)大扇區(qū)的邊界條件進(jìn)行定義，例如第一個(gè)扇區(qū)的邊界條件。然而，就像一個(gè)小的物理硬盤，如果六個(gè)小扇區(qū)在一個(gè)大扇區(qū)中，這是指定一個(gè)小文件系統(tǒng)的唯一方法，其中結(jié)果參考向量是向量，但必須使用邊界條件來標(biāo)識(shí)每個(gè)小部門。繼續(xù)模擬測(cè)試，為了簡(jiǎn)單計(jì)算，確定第二至第六扇區(qū)中的30個(gè)小扇區(qū)，通過扇區(qū)顏色變換確定所有第一大扇區(qū)中的六個(gè)小扇區(qū)。如表3-3所示，如果對(duì)第一個(gè)大扇區(qū)的六個(gè)大扇區(qū)和六個(gè)小扇區(qū)的邊界條件進(jìn)行估計(jì)和模擬，則必須首先確定參考向量的最基本的大零路徑。表1.3大扇區(qū)的邊界條件和小扇區(qū)的邊界條件大扇區(qū)邊界條件小扇區(qū)邊界條件Ⅰ1Ⅱ2Ⅲ3Ⅳ4Ⅴ5Ⅵ6利用上述的大、小扇區(qū)判斷原理進(jìn)行仿真，觀察大、小扇區(qū)的判斷波形，研究其原理是否正確，仿真的結(jié)果如下圖1.7、1.8所示。圖1.7大扇區(qū)判斷波形圖1.8小扇區(qū)判斷波形通過大、小扇區(qū)判斷波形圖可以看出，扇區(qū)的判斷原理正確，可以用于T型并網(wǎng)逆變器的仿真研究中。1.1.2矢量作用時(shí)間計(jì)算在SVPWM調(diào)制中，每個(gè)采樣周期內(nèi)，判斷出參考電壓矢量所在的大、小扇區(qū)之后，便可以找出合成參考電壓矢量的三個(gè)基本矢量?；臼噶渴桥c相鄰的三個(gè)矢量，也就是所在的小扇區(qū)三角形頂點(diǎn)的三個(gè)矢量[12]。以第一大扇區(qū)里的第六小扇區(qū)為例，當(dāng)在這個(gè)小扇區(qū)里時(shí)，合成的三個(gè)基本矢量為、、。設(shè)三個(gè)基本矢量為、、，其作用時(shí)間分別為、、，根據(jù)伏秒平衡原理[13]，有以下方程組關(guān)系：式（1.11）在求解方程組的時(shí)候，先將基本矢量、、和參考電壓矢量進(jìn)行實(shí)軸、虛軸的分解，然后就可以解出基本矢量的作用時(shí)間、、。以第一大扇區(qū)里的第六小扇區(qū)為例，結(jié)合公式（3-10），得：式（3-12）將式子（3-12）代入方程組（3-11），并且分解實(shí)部和虛部，得出以下方程組：式（1.13）定義為空間電壓矢量的調(diào)制比[14]，求解方程組（3-13）得出基本矢量作用時(shí)間、、。式（1.14）同理，參考上述方法可以求出參考電壓矢量在其他小扇區(qū)的基本矢量作用時(shí)間，如表1.4所示。表1.4參考電壓矢量在區(qū)域內(nèi)小扇區(qū)的基本矢量作用時(shí)間區(qū)域T1T2T3Ⅰ1Ⅰ2Ⅰ3Ⅰ4Ⅰ5Ⅰ6Ⅱ1Ⅱ2Ⅱ3Ⅱ4Ⅱ5Ⅱ6Ⅲ1Ⅲ2Ⅲ3Ⅲ4Ⅲ5Ⅲ6Ⅳ1Ⅳ2Ⅳ3Ⅳ4Ⅳ5Ⅳ6Ⅴ1Ⅴ2Ⅴ3Ⅴ4Ⅴ5Ⅴ6Ⅵ1Ⅵ2Ⅵ3Ⅵ4Ⅵ5Ⅵ61.1.3七段式時(shí)間分配在確定了參考電壓向量的區(qū)域并計(jì)算了基向量的運(yùn)行時(shí)間后，就應(yīng)該確定運(yùn)行時(shí)間，分配調(diào)整就是選擇基向量運(yùn)行的順序。在圖3-5中，零矢量控制有三組開關(guān)狀態(tài)，每個(gè)水平方向有兩組開關(guān)，中X方向和大矢量只有一組開關(guān)的最接近狀態(tài)。在每個(gè)采樣周期中，為了在X方向突然出現(xiàn)低頻，為了更好地降低開關(guān)器件的磨損率，需要在小向量完成后適當(dāng)分配。在第2章中，我們考察了T型三維電穩(wěn)定器的最簡(jiǎn)單操作方法，當(dāng)一個(gè)開關(guān)的理想狀態(tài)在狀態(tài)P和狀態(tài)N之間變化時(shí)，它必須完全通過狀態(tài)o。切換狀態(tài)，一相管壓下降。為了利用動(dòng)作的感覺，去除等量的直流電，本研究首次假設(shè)了七段矢量動(dòng)作的對(duì)稱優(yōu)先權(quán)[16]。在每個(gè)采樣周期中，小型叉車涉及的次數(shù)更多。為了簡(jiǎn)單保證合成基向量對(duì)應(yīng)的切換狀態(tài)和操作時(shí)間的一致性，為了將負(fù)低速向量作為七級(jí)向量，序列起始坐標(biāo)變換也可以根據(jù)每個(gè)小扇區(qū)的七級(jí)基本向量模式。例如扇區(qū)I2，主向量的運(yùn)算順序?yàn)閛n-oon-poo-oon-on，對(duì)應(yīng)的SVPWM波形如圖1.9所示。圖1.9扇區(qū)Ⅰ2的SVPWM波形利用同樣的七段式分配原理，將其他扇區(qū)的基本矢量作用順序也進(jìn)行排列，如表1.5所示，這是為了方便接下來對(duì)基本矢量的作用時(shí)間進(jìn)行七段式分配。表1.5每個(gè)小扇區(qū)矢量狀態(tài)順序表區(qū)域矢量狀態(tài)順序區(qū)域矢量狀態(tài)順序Ⅰ1oon-ooo-poo-ppo-poo-ooo-oonⅣ1nno-noo-ooo-oop-ooo-noo-nnoⅠ2onn-oon-ooo-poo-ooo-oon-onnⅣ2noo-ooo-oop-opp-oop-ooo-nooⅠ3oon-pon-poo-ppo-poo-pon-oonⅣ3nno-noo-nop-oop-nop-noo-nnoⅠ4onn-oon-pon-poo-pon-oon-onnⅣ4noo-nop-oop-opp-oop-nop-nooⅠ5oon-pon-ppn-ppo-ppn-pon-oonⅣ5nno-nnp-nop-oop-nop-nnp-nnoⅠ6onn-pnn-pon-poo-pon-pnn-onnⅣ6noo-nop-npp-opp-npp-nop-nooⅡ1non-oon-ooo-opo-ooo-oon-nonⅤ1ono-ooo-oop-pop-oop-ooo-onoⅡ2oon-ooo-opo-ppo-opo-ooo-oonⅤ2nno-ono-ooo-oop-ooo-ono-nnoⅡ3non-oon-opn-opo-opn-oon-nonⅤ3ono-onp-oop-pop-oop-onp-onoⅡ4oon-opn-opo-ppo-opo-opn-oonⅤ4nno-ono-onp-oop-onp-ono-nnoⅡ5non-npn-opn-opo-opn-npn-nonⅤ5ono-onp-pnp-pop-pnp-onp-onoⅡ6oon-opn-ppn-ppo-ppn-opn-oonⅤ6nno-nnp-onp-oop-onp-nnp-nnoⅢ1noo-ooo-opo-opp-opo-ooo-nooⅥ1onn-ono-ooo-poo-ooo-ono-onnⅢ2non-noo-ooo-opo-ooo-noo-nonⅥ2ono-ooo-poo-pop-poo-ooo-onoⅢ3noo-npo-opo-opp-opo-npo-nooⅥ3onn-ono-pno-poo-pno-ono-onnⅢ4non-noo-npo-opo-npo-noo-nonⅥ4ono-pno,-poo-pop-poo-pno-onoⅢ5noo-npo-npp-opp-npp-npo-nooⅥ5onn-pnn-pno-poo-pno-pnn-onnⅢ6non-npn-npo-opo-npo-npn-nonⅥ6ono-pno-pnp-pop-pnp-pno-ono七段式順序中，每個(gè)矢量作用時(shí)間的分配順序都是一樣的，均為。具體小扇區(qū)的基本矢量作用時(shí)間可以參考表3-4，將基本矢量的作用時(shí)間按照矢量作用順序進(jìn)行分配，這樣就完成了七段式時(shí)間分