一种两电平逆变器优化VSVM方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种两电平逆变器优化VSVM方法。本发明专利技术以三相正弦波作为原始调制波，在第一空间角区域对A相正弦波取反、在第二空间角区域对B相正弦波取反、在第三空间角区域对C相正弦波取反，得到优化VSVM的实际调制波；在基准空间角区域首个采样点处对三角载波取反，得到优化VSVM的实际三角载波；定义所述实际调制波与所述实际三角载波的比较规则，将所述实际调制波与所述实际三角载波比较得到优化VSVM的PWM信号。本发明专利技术还提供了一种两电平逆变器优化VSVM装置，相比传统VSVM，本发明专利技术方法在降低共模电压的幅值和三次谐波分量的同时可以防止线电压两电平跳变，并具备计算简单、应用方便的优点。应用方便的优点。应用方便的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种两电平逆变器优化VSVM方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种PWM控制方法，尤其涉及一种利用载波实现的两电平逆变器优化VSVM方法。

技术介绍

[0002]两电平逆变器的主电路拓扑如图1。由于结构和控制简单、功率因数可调以及动态响应快等优点，两电平逆变器在轨道牵引、光伏发电、采矿冶金等领域得到了广泛应用。
[0003]定义两电平逆变器由高到低输出的两种电平状态为P和N，直流侧电压为2E，则可将两电平逆变器的空间矢量总结于图2。其中，各空间矢量对应的开关状态和幅值列于表1。
[0004]表1两电平逆变器各空间矢量对应的开关状态和幅值
[0005][0006]当两电平逆变器接电机运行时，三相绕组中性点与参考地之间的电势差称为共模电压。文献《不同空间矢量调制算法的共模电压抑制性能对比研究》(钟再敏.[J].电机与控制应用,2021,48(5):26
‑
33.)指出，共模电压是电机轴电压产生的主要来源，而严重的轴电压将击穿电机轴承油膜形成轴电流，对电机轴承产生电腐蚀，加速电机轴承老化，缩短电机的使用寿命。此外，共模电压还会对附近设备产生电磁干扰，引起保护装置误动作等。因此，研究降低共模电压的脉宽调制方法具有重要的工程应用意义。
[0007]表2列出了各空间矢量对应的共模电压幅值。由表2可知，相比零矢量NNN和PPP，非零矢量具备更低的共模电压幅值，故可通过只使用非零矢量合成参考电压的脉宽调制方法来降低共模电压。
[0008]表2各空间矢量对应的共模电压幅值<br/>[0009][0010]文献《Performance analysis of reduced common
‑
mode voltage PWM methods and comparison with standard PWM methods for three
‑
phase voltage
‑
source inverters》(Ahmet M.Hava.[J].IEEE Transactions on Energy Conversion,2009,24(1):241
–
252.)总结并对比了三类使用非零矢量合成参考电压的脉宽调制方法，分别为有效零矢量PWM(Active zero
‑
state PWM，AZSPWM)、最远矢量PWM(Remote
‑
state PWM，RSPWM)和最近矢量PWM(Near
‑
state PWM，NSPWM)。相比传统空间矢量PWM(Space vector PWM，SVPWM)，三类脉宽调制方法均可将共模电压的幅值降低三分之二。但在三类脉宽调制方法的作用下，共模电压的三次谐波分量并不为零，这给两电平逆变器的滤波器设计带来困难，会导致共模电感体积过大，增加系统成本和体积。
[0011]为在降低共模电压幅值的同时消除共模电压中的三次谐波分量，文献《A virtual space vector modulation technique for the reduction of common
‑
mode voltages in both magnitude and third
‑
order component》(Kai Tian.[J].IEEE Transactions on Energy Conversion,2016,31(1):839
–
848.)以控制共模电压平均值为零为设计前提，通过利用非零矢量合成虚拟矢量，提出了虚拟空间矢量调制(Virtual space vector modulation，VSVM)。相比AZSPWM、RSPWM和NSPWM，VSVM可以抑制共模电压中三次谐波分量，从而降低了滤波器设计难度。但在VSVM作用下，两电平逆变器输出线电压存在两电平跳变，即存在线电压直接由2E跳变至
‑
2E或由
‑
2E直接跳变至2E的问题。这可能导致电机端过电压，不利于电机的安全运行。此外，VSVM需计算各空间矢量的作用时间并需预置各空间角区域内的开关动作方式，其步骤繁琐、计算复杂，不利于工程应用。

技术实现思路

[0012]为克服传统VSVM存在的线电压两电平跳变和实现复杂问题，本专利技术提出一种利用载波实现的两电平逆变器优化VSVM方法。本专利技术方法可将共模电压的幅值降低至直流侧电压值的六分之一，并可消除共模电压中三次谐波分量，故其具备优越的共模电压性能。在本专利技术方法作用下，逆变器输出线电压不会出现两电平跳变，从而提高了系统的可靠性。此外，本专利技术方法直接依据调制波与载波的比较结果得到各开关器件的PWM信号，其无需计算空间矢量作用时间，故还具备计算简单、应用方便的优点。
[0013]为了到达上述目的，本专利技术提供了一种两电平逆变器优化VSVM方法，包括以下步骤：
[0014]以三相正弦波作为原始调制波，在第一空间角区域对A相正弦波取反、在第二空间角区域对B相正弦波取反、在第三空间角区域对C相正弦波取反，得到优化VSVM的实际调制波；
[0015]在基准空间角区域首个采样点处对三角载波取反，得到优化VSVM的实际三角载
波；
[0016]定义所述实际调制波与所述实际三角载波的比较规则，将所述实际调制波与所述实际三角载波比较得到优化VSVM的PWM信号。
[0017]优选的，所述以三相正弦波作为原始调制波，通过在第一空间角区域对A相正弦波取反、在第二空间角区域对B相正弦波取反、在第三空间角区域对C相正弦波取反，得到优化VSVM的实际调制波的方法包括：
[0018]在第一空间角区域，令V
ar
＝
‑
V
a
，V
br
＝V
b
，V
cr
＝V
c
；
[0019]在第二空间角区域，令V
ar
＝V
a
，V
br
＝
‑
V
b
，V
cr
＝V
c
；
[0020]在第三空间角区域，令V
ar
＝V
a
，V
br
＝V
b
，V
cr
＝
‑
V
c
；
[0021]其中，V
a
、V
b
、V
c
代表线性调制比区域内最大值为K2，最小值为K1的三相正弦波，V
ar
、V
br
、V
cr
代表优化VSVM的三相实际调制波；所述第一空间角区域为：30
°
到90
°
和210
°
到270
°
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两电平逆变器优化VSVM方法，其特征在于，包括以下步骤：以三相正弦波作为原始调制波，在第一空间角区域对A相正弦波取反、在第二空间角区域对B相正弦波取反、在第三空间角区域对C相正弦波取反，得到优化VSVM的实际调制波；在基准空间角区域首个采样点处对三角载波取反，得到优化VSVM的实际三角载波；定义所述实际调制波与所述实际三角载波的比较规则，将所述实际调制波与所述实际三角载波比较得到优化VSVM的PWM信号。2.根据权利要求1所述的两电平逆变器优化VSVM方法，其特征在于，所述以三相正弦波作为原始调制波，通过在第一空间角区域对A相正弦波取反、在第二空间角区域对B相正弦波取反、在第三空间角区域对C相正弦波取反，得到优化VSVM的实际调制波的方法包括：在第一空间角区域，令V
ar
＝
‑
V
a
，V
br
＝V
b
，V
cr
＝V
c
；在第二空间角区域，令V
ar
＝V
a
，V
br
＝
‑
V
b
，V
cr
＝V
c
；在第三空间角区域，令V
ar
＝V
a
，V
br
＝V
b
，V
cr
＝
‑
V
c
；其中，V
a
、V
b
、V
c
代表线性调制比区域内最大值为K2，最小值为K1的三相正弦波，V
ar
、V
br
、V
cr
代表优化VSVM的三相实际调制波；所述第一空间角区域为：30
°
到90
°
和210
°
到270
°
；所述第二空间角区域为330
°
到30
°
和150
°
到210
°
；所述第三空间角区域为：90
°
到150
°
和270
°
到330
°
。3.根据权利要求2所述的两电平逆变器优化VSVM方法，其特征在于，所述通过在基准空间角区域首个采样点处对三角载波取反，得到优化VSVM的实际三角载波的方法包括：判断当前采样点是否为所述第一空间角区域、所述第二空间角、或所述第三空间角的首个采样点；若当前采样点为30
°
到90
°
、150
°
到210
°
或270
°
到330
°
空间角区域的首个采样点，设置V
carrier
＝T
carrier
；若当前采样点为90
°
到150
°
、210
°
到270
°
或330
°
到30
°
空间角区域的首个采样点，设置V
carrier
＝
‑
T
carrier
；其中，T
carrier
代表范围为K1到K2的三角载波，V
carrier
代表优化VSVM的实际三角载波。4.根据权利要求3所述的两电平逆变器优化VSVM方法，其特征在于，所述三角载波T
carrier
的定义如下：其中，t
c
代表三角载波周期，t
x
为范围在0到t
c
之间的时间变量，t
x
的计算方法为：t
x
＝t
‑
floor(t/t
c
)
×
t
c
其中，t代表时间，floor为向下取整函数。5.根据权利要求3所述的两电平逆变器优化VSVM方法，其特征在于，所述判断当前采样点是否为30
°
到90
°
、90
°
到150
°
、150
°
到210
°
、210
°
到270
°
、270
°
到330
°
或330
°
到30
°
空间角区域的首个采样点的方法包括：在30
°
到90
°
空间角区域，当V
carrier
值首次为K1或K2时，对应当前采样点为30
°
到90
°
空间角区域的首个采样点；在90
°
到150
°
空间角区域，当V
carrier
值首次为K1或K2时，对应当前采样点为90
°
到150
°
空间角区域的首个采样点；
在150
°
到210
°
空间角区域，当V
carrier
值首次为K1或K2时，对应当前采样点为150...

【专利技术属性】
技术研发人员：高瞻，周志达，耿程飞，赖娜，谢扬旭，吴轩钦，董瑞勇，刘海威，
申请(专利权)人：深圳市英威腾电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：