【導(dǎo)讀】化PWM成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的趨勢。但是傳統(tǒng)的SPWM法比較適合模擬。電路實現(xiàn)，不適應(yīng)于現(xiàn)代電力電子技術(shù)數(shù)字化的發(fā)展趨勢。電壓空間矢量脈寬。諧波少，控制方法簡單等優(yōu)點，而且易于實現(xiàn)數(shù)字化。后詳細分析了電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)的調(diào)制波。隨著電力電子裝置等非線性電力負荷的廣泛應(yīng)用,電網(wǎng)諧波問題日益嚴重。它不僅影響著電力用戶的用電質(zhì)量,也威脅著電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行。諧波抑制已成為當今電能質(zhì)量領(lǐng)域中的重要研究課題之一。研究了電壓空間矢量PWM控制技術(shù)在有源電力濾波器中的應(yīng)用。殊情況下的控制算法。利用軟件中的動態(tài)仿真工具SIMULINK對。在此基礎(chǔ)上，建立了SVPWM逆變器在有源電力濾波器中的仿真模

　　

【正文】 三角函數(shù)，數(shù)字實現(xiàn)時需要預(yù)先計算并存儲大 量數(shù)據(jù)。實際上，只要充分利用 V? 和 V? ，就可以使計算大為簡化。 無論 Vref 運動到哪一個扇區(qū)，在一個開關(guān)周期 Ts 內(nèi)， 它都可以由該扇區(qū)兩邊的基本電壓矢量與零矢量合成。其矢量合成方程如下： Vref Ts =Vx Tx +Vy Ty +V0 T0 （ 44） 其中： Ts =Tx +Ty +T0 式中： Tx 、 Ty 為每個扇區(qū)所對應(yīng)的電壓矢量作用時間。 本文下面將以第一扇區(qū)為例，詳細介紹電壓矢量作用時間的求解過程。 如圖 中， Vref 在 I 扇區(qū)，將第一扇區(qū)單獨畫出如下圖： 圖 參考電壓的合成與分解 則 Vref 可以表示為： VTTVTTV ssre f 2211 ?? （ 45） TTTT s 021 ??? （ 46） 式中， Ts 為 PWM 開關(guān)周期， T1 和 T2 分別為 V1 和 V2 在一個 PWM 開關(guān)周???TTs1TTs2V1V2? ?1001V? ?1102VVrefo安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 20 期的作用時間， T0 為零矢量的作用時間。 令 Vref 與 V1 間的夾角為 ? ，則 根據(jù)正弦定理可得： ???? s in32s in)3s in(OCOBOA ??? (47) 即： ???? s in)3s in (32s in 2211VTVTVT re fs ??? （ 48） 因為 6 個基本空間電壓矢量幅值相等： uVV dc3221 ?? （ 49） 將式 (49)代入 式（ 48），得第 1 扇區(qū)各矢量的作用時間為： ?????????????s in3)3s in (321uTVTTVTdcsre fdcsre fu （ 410） 又知在 ?? 坐標系中： ???????????sinc osVVVVrefref （ 411） 將式（ 411）代入式（ 410）中得： ??????????VuTTVVuTTdcsdcs???3)2123(321 （ 412） TTTT s 210 ??? （ 413） 同理可計算出 Vref 在其他扇區(qū)時所用基本矢量與零矢量的作用時間，其表達式為： 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 21 ???????????????????????????????????????TTTTVVkkkkuTTTkksdcskk`1013)1(c o s3)1(s i n3c o s3s i n3?????? （ 414） 式中， Tk 和 Tk1? 分別為基本矢量 Vk 和 Vk1? 在一個開關(guān)周期的 作用時間。 為了便于軟件設(shè)計定義了 X, Y, Z，從而得出各扇區(qū)基本矢量的作用時間如表 42 所示。 ?????????????????VTVVZVTVVYVVTXdcsdcsdcs)2323()2323(3????? (415) 表 42 各扇區(qū)基本矢量的作用時間 以上討論的是常規(guī) SVPWM 模式，此時電壓矢量端點軌跡位于正六邊形的內(nèi)切圓內(nèi)，屬于線性調(diào)制的范圍。但是如果電壓矢量的端點軌跡位于正六邊形的內(nèi)切圓外，此時 SVPWM 出現(xiàn)過調(diào)制暫態(tài)，如不采取措施，輸出電壓將會出現(xiàn)嚴重失真，影響電機的輸出轉(zhuǎn)矩。理論上可以 對端點超出正六邊形的部分進行壓縮，保持其相位不變，將其端點拉回至正六邊形的內(nèi)切圓內(nèi)。但是在實際運用中需對電壓矢量的端點軌跡是否超出正六邊形內(nèi)切圓進行判斷，再進行Tx 、 Ty 、 T0 的計算，具體工程實現(xiàn)比較麻煩。因此在此提出一工程實現(xiàn)方法：首先按照常規(guī)的方法計算出 Tx 、 Ty 后，接著判斷 TTT Syx ?? 是否成立，如成立，則 Tx 、 Ty 保持不變；如不成立，則設(shè)將電壓矢量端點軌跡端點拉回至正六邊形內(nèi)切圓內(nèi)時兩非零矢量作用時間分別為 Tx, 、 Ty, ，具體如下文： 在實際系統(tǒng)中當系統(tǒng)發(fā)生突變時，即電流發(fā)生較大突變時，數(shù)字電流環(huán)提供的參考電壓矢量很可能會超過逆變器輸出的最大電壓，為了保證合適的空間矢量調(diào)制方案，必須對其進行飽和判斷。 如果 Tx 十 Ty Ts ，以第一扇區(qū)為例，有如下比例關(guān)系： 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 22 TTTT 2,21,1? (416) 則可求得： ???????????TTTTTTTTTTss212,2211,1 （ 417） 然后可由此作為相鄰兩電壓空間矢量和零矢量的持續(xù)時間。 若 TTT Syx ?? ，則無需修正 ??????????TTTTTTTTs 2102211 （ 418） 矢量作用時間的切換點確定與 PWM 脈沖的生成 選擇具體的調(diào)制方案進行矢量調(diào)制，在實際系統(tǒng)中應(yīng)盡量減少開關(guān)狀態(tài)變化時引起的開關(guān)損耗，因此不同開關(guān)狀態(tài)的順序必須遵守下述原則： 每次切換開關(guān)狀態(tài)時只切換一個功率開關(guān)器件，以滿足最小開關(guān)損耗。按照這個原則，仍以第一扇區(qū)為例其調(diào)制順序為： 000100110111110100000，稱為對稱七段式 PWM 生成方式， 即每個開關(guān)周期都以零矢量（ 000）開始和結(jié)束，中間是（ 111），并且根據(jù)開關(guān)損耗最小的原則使每次開關(guān)切換時只有一個開關(guān)器件動作。對于第 I 扇區(qū)，一個周期內(nèi)生成的三相調(diào)制波形如圖 所示，其基本矢量切換點 Ta 、 Tb 、 Tc 的計算公式如下： ??????????????224)(2121TTTTTTTTTTbcabsa （ 419） tUU0U1U2U7U7U2U 1 U0 圖 扇區(qū)Ⅰ內(nèi)的 SVPWM 調(diào)制波形示意圖 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 23 圖 第一扇區(qū)的三相調(diào)制波形 圖中包括三角載波和三相輸出電壓波形及該扇區(qū)的電壓空間矢量序列，設(shè) Tcm1 、 Tcm2 、 Tcm3 分別為、與三角波進行比較以產(chǎn)生 P WM 波形的三個比較值，先假定三角載波幅值和周期相等，要保證各矢量持續(xù)的時間，應(yīng)如下計算比較值： ?????????????????????224)(24)(4)(321TTTTTTTTTTTTTTTyxyxscmxyxscmyxscm （ 420） 其中， Tx 、 Ty 為兩個非零矢量的作用時間， Tx 、 Ty 在不同扇區(qū)中對應(yīng)不同矢量的作用時間，具體對應(yīng)哪個矢量可由各扇區(qū)矢量順序確定。無論在哪一個扇區(qū)， Tx 都對應(yīng)最先作用的非零矢量時間 (如扇區(qū) I 中 Tx 等于 T1 )， Ty 則為另一個非零矢量的作用時間 (如扇區(qū) I 中 Ty 等于 T2 )。在一個載波周期中，三個比較值具體分配給哪一相可由各扇區(qū) PWM 波形確定， Tcm1 應(yīng)分配給輸出占空比最大的相， Tcm3 分配給占空比最小的相。 根據(jù)上述分析以及連續(xù)開關(guān)調(diào)制模式下各扇區(qū)的 PWM 波形可得出以下結(jié)論： 定義： ????????????????224)(TTTTTTTTTTybcxabyxsa （ 421） 則在不同的扇區(qū)內(nèi) A, B, C 三相對應(yīng)的開關(guān)時間可用 Tcm1 、 Tcm2 、 Tcm3 ，根據(jù)表 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 24 43 進行賦值。 表 43 切換點 Tcm1 、 Tcm2 、 Tcm3 的賦值表 扇區(qū)號 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Tcm1 Ta Tb Tc Tc Tb Ta Tcm2 Tb Ta Ta Tb Tc Tc Tcm3 Tc Tc Tb Ta Ta Tb 其他扇區(qū)的開關(guān)切換順序和切 換點，如表 44 所示： 表 44 各扇區(qū)的開關(guān)切換順序和切換點 扇區(qū) 開關(guān)切換順序 切換點 Ⅰ V0 V1 V2 V7 V2 V1 V0 Ta Tb Tc Ⅱ V0 V3 V2 V7 V2 V3 V0 Tb Ta Tc Ⅲ V0 V3 V4 V7 V4 V3 V0 Tc Ta Tb Ⅳ V0 V5 V4 V7 V4 V5 V0 Tc Tb Ta Ⅴ V0 V5 V6 V7 V6 V5 V0 Tb Tc Ta Ⅵ V0 V1 V6 V7 V6 V1 V0 Ta Tc Tb 通過各開關(guān)的切換，可以得到所希望的 PWM 波形。但一 切皆是自動進行無需人為干涉，只需做好 Ta Tb Tc 的賦值工作即可。 圖 給出了各扇區(qū)的 PWM 波形，這些波形統(tǒng)統(tǒng)由各扇區(qū)中 Tcm1 、 Tcm2 、安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 25 Tcm3 的計算值再通過與載波進行比較得來。 ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ 圖 參考電壓矢量 Vref 在各個扇區(qū)中的 SVPWM 波形 至此， SVPWM 技術(shù)的理論方面的工作基本結(jié)束，總結(jié)包括： （ 1）、參考電壓矢量 Vref 所在扇區(qū)的確立； （ 2）、相鄰兩個基本向量作用時間的計算； （ 3）、飽和情況下相鄰兩個基本向量作用時間的計算； （ 4）、矢量作用時間的切換點確定與 PWM 脈沖的生成。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 26 第五章 SVPWM 控制算法仿真 5. 1 MATLAB 動態(tài)仿真工具 SIMULINK 簡介 隨著控制理論和控制系統(tǒng)的迅速發(fā)展，對控制效果的要求越來越高，控制 算法也越來越復(fù)雜，因而控制器的設(shè)計也越來越困難。于是自然地出現(xiàn)了控制系統(tǒng)地計算機輔助設(shè)計技術(shù)。近 30 年來，控制系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)達到了相當高的水平，出現(xiàn)了很多的計算機輔助設(shè)計語言和應(yīng)用軟件。目前， MATLAB (Matrix Laboratory)是當今國際上最流行的控制系統(tǒng)輔助設(shè)計的語言和軟件工具。 MATLAB 是由 Math Works 公司開發(fā)的一種主要用于數(shù)值計算及可視化圖 形處理的高科技計算語言。它將數(shù)值 分析、矩陣計算、圖形處理和仿真等諸多強大功能集成在一個極易使用的交互式環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的總多科學(xué)提供了一種高效率的編程工具，集科學(xué)計算、自動控制、信號處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖象處理等于一體。 MATLAB 具有三大特點 : 功能強大：包括數(shù)值計算和符號計算，