表 1 OPUS方法所需的平均开关频率

Tab.1 Needed mean switching frequency based on OPUS technique 半波周期内的独立开关角数 2q=6 2q=10 所控制谐波的次数 1,5,7 1,5,7,11,13 不可控制的最低谐波次数 11 17 在50HZ电网运行的逆变器所需的平均开关频率(Hz) 350 550

　　图3 OPUS方法的工作原理

Fig. 3 Principle of OPUS technique M1 M5 M7 设定值 0.7 0 0.2 30 0 实际值 0.699677 0.029501 0.200497 30.87010 0.0005516 4 MathCAD 仿真验证

　　取自由度2q=6，Ud­=1。由于三相逆变电路的线电压输出只考虑n (n=3k±1,k∈Z)次谐波，除去2个自由度用于控制基波后，还有4个自由度可用来控制5、7次谐波的幅值和相位。

　　先给定基波、5、7次谐波的幅度、相角6个初始参数，确立关于图3所示6个独立开关角自变量的方程式，联立求解可获得所需要的开关角a1、a2、a3、b1、b2、b3。然后用MathCAD对输出电压进行FFT分析。

取M1=0.7,M5=0.2,M7=0,，

解得：

求出开关角后，构建逆变器输出线电压uL12波形，其中：u1(x)=f(x), u2(x)=f(x+)

　　图 4 线电压波形

　　Fig. 4 Waveform of line-voltage

　　然后对输出线电压uL12进行FFT分析， 一个周期内取样211个点，分析后得图5所示幅频图：

　　图 5 输出线电压幅频图

　　Fig. 5 FFT analysis of the line-voltage

　　设定调制度M1=0.7，线电压基波幅值应为==0.7718604，由图6可得，实际线电压基波幅值为0.7715051，即实际调制度M1’=0.699677.

　　表2 实际值与设定值之间的对比

　　Tab.2 The deffience between the real vaule and setting value

　　表2对实验结果进行了统计分析。可以看出，结果令人满意，从而验证了该方法对基波和谐波幅值和相角的控制有效性。

　　同样的对于自由度数2q>6的求解算例，基本与上述算例的计算思想大体相同，不同的是增加了相应的开关角，用于控制其它低次谐波。

　　5 OPUS方法的DSP实现

　　TI公司的TMS320F2812 DSP是面向电力电子控制领域的专用DSP[4]。利用其事件管理器就可以产生基于OPUS控制方法的PWM波形，图6给出了相应的程序流程图。

图6 基于OPUS方法PWM波形程序流程图

　　Fig. 6 Program Flow Chart of PWM Waveform based-on OPUS Technique

　　仍取自由度2q=6，Ud­=1。M1=0.7, M5=0.2，

M7=0,。在加入死区时间的情况下，输出波形如图7所示：

　　图7 基于OPUS方法PWM波形

　　Fig. 7 PWM Waveform based-on OPUS Technique

将如图4所示的线电压波形数据导入MATLAB进行FFT分析，一个周期内取样个点，如图8所示：

　　图8 输出线电压的FFT分析

　　Fig. 8 FFT analysis of the line-voltage

　　表3 实际值与设定值之间的对比

Tab.3 The deffience between the real vaule and setting value M1 M5 M7 设定值 0.7 0 0.2 30 0 实际值 0.716 -0.5953 0.207 30.7699 0.00444 由表3可以看出，在加入死区时间为21的情况下，OPUS方法实现了对基波和指定谐波的幅值和相位的直接控制。

　　6 结论

　　理论分析和试验结果表明，OPUS方法能够在较低开关频率下，实现对输出电压基波、指定谐波幅值和相位的直接控制。该方法对解决当前大功率及超大功率逆变器的开关损耗及电磁干扰问题提供了一种新的思路。 参考文献[1] Zhang Hui., Braun Michael.A new partly unsymmetrical PWM technique for harmonic compensation[Z].10th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE) Toulouse. 2003

　　[2] Patel H. S., Hoft R. G.. Generalized techniques of harmonic elimination and voltage control in thyristor inverter: part II-Voltage control techniques[J].IEEE Trans. Ind. Appl, Sep./Oct. 1974,Vol. IA-10, No. 3,: 666~673.

　　[3] Sun J., Grotstollen H. Solving nonlinear equations for selective harmonic eliminated PWM using predicted initial values[C]. in Conf. Proc. IECON’92, Nov. 1992, 259~264.

　　[4] 徐科军,张瀚,陈智渊.TMS320X2812x DSP原理与应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2006 

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