一种三电平逆变器的最小开关损耗实现方法技术

本发明专利技术公开了一种三电平逆变器的最小开关损耗实现方法，先根据传感器采集的交流侧电压、交流侧电流、直流侧总电压数据，然后根据电流关系和电压矢量所处的区域选取共模电压系数k1和共模电压系数k2，并计算出基于最大电流相调制波钳位的等效调制波，最后采用双三角载波比较方法产生IGBT的驱动信号；在本发明专利技术中结合了基于最大电流相调制波钳位的策略，双三角载波比较方法实现了开关损耗最小的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子
，更为具体地讲，涉及一种三电平逆变器的最小开关损耗实现方法。
技术介绍
近年来，三电平逆变器得到了快速的发展，主要应用在三电平逆变器上的调制策略有正弦脉冲宽度调制(SPWM)、空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)、不连续脉冲宽度调制(DPWM)等。在SPWM和SVPWM中，开关管在每一个开关周期都在动作，因此产生了非常大开关损耗。虽然DPWM可以在一定程度上钳位开关管输出电平，使得开关损耗减小，但DPWM有很多类别的调制策略，这些策略在特定的调制比和功率因数角范围内能够较好的减小开关损耗，但是对所有的调制比和功率因数角范围内效果就不理想。本专利从开关损耗产生的原理出发，通过钳位最大电流相的调制波，从而最大程度的减小开关损耗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三电平逆变器的最小开关损耗实现方法，根据网侧电流绝对值大小关系和电压矢量所处的区域来调节共模电压系数以实现基于最大电流相调制波钳位的策略，本专利技术可以最大程度的减小三电平逆变器开关损耗。为实现上述专利技术目的，本专利技术一种三电平逆变器的最小开关损耗实现方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、通过电压电流传感器获取交流侧电压Ux(x＝a,b,c)、交流侧电流ix(x＝a,b,c)、直流侧总电压Udc；(2)、结合交流侧电流ix、交流侧电压Ux通过电压、电流控制得到三相电压控制信号ux(x＝a,b,c)；(2.1)、对交流侧电流ix、交流侧电压Ux变换到两相同步旋转坐标系(d,q)上，其公式如下：其中，θ为同步旋转坐标q轴的旋转角度；(2.2)、采用PI控制方法得到两相电压控制信号uq、ud，其控制方程如下：其中，KiP、KiL为比例调节增益和积分调节增益，为电流指令值，L是滤波器电感值；(2.3)、将步骤(2.2)中得到的两相电压控制信号uq、ud转换成三相电压控制信号ux，其公式为：其中，β＝arctan(-Ud/Uq)；定义m为三电平逆变器的调制比，其表达式为(3)、根据三相电压控制信号ux，结合调制比m，直流侧总电压Udc，同步旋转坐标q轴的旋转角度θ，交流侧电流ix，采用基于最大电流相调制波钳位的策略，计算出等效调制波umx(x＝a,b,c)；(4)、结合等效调制波umx，使用双三角载波比较方法产生IGBT的驱动信号；(4.1)、比较同一时刻，等效调制波umx与双三角载波的幅值大小，当umx大于正三角载波时，输出该状态下x相对应的IGBT的PWM信号P；(4.2)、比较同一时刻，等效调制波umx与双三角载波的幅值大小，当umx大于正三角载波小于负三角载波时，输出该状态下x相对应的IGBT的PWM信号O；(4.3)、比较同一时刻，等效调制波umx与双三角载波的幅值大小，当umx小于负三角载波时，输出该状态下x相对应的IGBT的PWM信号N。其中，所述的步骤(3)中，利用基于最大电流相调制波钳位的策略计算等效调制波的方法为：(2.1)、对求得的三相电压控制信号ux进行第一次的共模电压注入，第一次注入的共模电压为：其中，MAX为求最大值运算符，MIN为求最小值运算符，k1为第一次共模电压注入系数；用uaz、ubz和ucz表示注入uz1后的三相电压控制信号，其表达式为：(2.2)、将上式进行如下式所示的数值变换：其中，MOD为求余运算；(2.3)、对上式中的三相电压控制信号ux进行第二次的共模电压注入，第二次注入的共模电压为：其中，k2为第二次共模电压注入系数；(2.4)、将三相电压控制信号ux，以及第一次注入的共模电压uz1和第二次注入的共模电压uz2的对应相求和，得到统一不连续调制策略的等效调制波uma、umb和umc；进一步的，所述的共模电压系数k1和共模电压系数k2的选取方法为：(3.1)、确定电压矢量所属区域，其公式如下：Zone＝FLOOR((θMOD360°)/30°)+1其中，Zone表示电压矢量所在区域，Zone的取值为[1,12]，分别代表电压矢量所在的12个区域；FLOOR为向正无穷取整运算，MOD为求余运算，θ为同步旋转坐标q轴的旋转角度；(3.2)、当调制比大于预设阈值T时，k1、k2的值与电压矢量所在区域以及交流侧电流绝对值大小有如下关系：(3.2.1)、当三相电流绝对值大小关系为|ia|＞|ib|＞|ic|时：当Zone＝1或2时，共模电压系数取值为k1＝1，k2＝1；当Zone＝3或4时，共模电压系数取值为k1＝0，k2＝1；当Zone＝5,6,7或8时，共模电压系数取值为k1＝0，k2＝0；当Zone＝9或10时，共模电压系数取值为k1＝1，k2＝0；当Zone＝11或12时，共模电压系数取值为k1＝1，k2＝1；(3.2.2)、当三相电流绝对值大小关系为|ia|＞|ic|＞|ib|时：当Zone＝1或2时，共模电压系数取值为k1＝1，k2＝1；当Zone＝3或4时，共模电压系数取值为k1＝1，k2＝0；当Zone＝5,6,7或8时，共模电压系数取值为k1＝0，k2＝0；当Zone＝9或10时，共模电压系数取值为k1＝0，k2＝1；当Zone＝11或12时，共模电压系数取值为k1＝1，k2＝1；(3.2.3)、当三相电流绝对值大小关系为|ic|＞|ia|＞|ib|时：当Zone＝1,2,3或4时，共模电压系数取值为k1＝0，k2＝0；当Zone＝5或6时，共模电压系数取值为k1＝1，k2＝0；当Zone＝7,8,9或10时，共模电压系数取值为k1＝1，k2＝1；当Zone＝11或12时，共模电压系数取值为k1＝0，k2＝1；(3.2.4)、当三相电流绝对值大小关系为|ic|＞|ib|＞|ia|时：当Zone＝1,2,3或4时，共模电压系数取值为k1＝0，k2＝0；当Zone＝5或6时，共模电压系数取值为k1＝0，k2＝1；当Zone＝7,8,9或10时，共模电压系数取值为k1＝1，k2＝1；当Zone＝11或12时，共模电压系数取值为k1＝1，k2＝0；(3.2.5)、当三相电流绝对值大小关系为|ib|＞|ic|＞|ia|时：当Zone＝1或2时，共模电压系数取值为k1＝1，k2＝0；当Zone＝3,4,5或6时，共模电压系数取值为k1＝1，k2＝1；当Zone＝7或8时，共模电压系数取值为k1＝0，k2＝1；当Zone＝9,10,11或12时，共模电压系数取值为k1＝0，k2＝0；(3.2.6)、当三相电流绝对值大小关系为|ib|＞|ia|＞|ic|时：当Zone＝1或2时，共模电压系数取值为k1＝0，k2＝1；当Zone＝3,4,5或6时，共模电压系数取值为k1＝1，k2＝1；当Zone＝7或8时，共模电压系数取值为k1＝1，k2＝0；当Zone＝9,10,11或12时，共模电压系数取值为k1＝0，k2＝0；(3.3)、当调制比小于预设阈值T时，k1、k2的值与电压矢量所在区域以及交流侧电流绝对值大小有如下关系：(3.3.1)、当三相电流绝对值大小关系为|ia|＞|ib|＞|ic|或者|ia|＞|ic|＞|ib|时：当Zone＝1或2时，共模电压系数取值为k1＝1，k2＝1；当Zone＝3时，共模电压系数取值为k1＝0.5，k2＝0；当Zone＝4时，共模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三电平逆变器的最小开关损耗实现方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、通过电压电流传感器获取交流侧电压Ux(x＝a,b,c)、交流侧电流ix(x＝a,b,c)、直流侧总电压Udc；(2)、结合交流侧电流ix、交流侧电压Ux通过电压、电流控制得到三相电压控制信号ux(x＝a,b,c)；(2.1)、对交流侧电流ix、交流侧电压Ux变换到两相同步旋转坐标系(d,q)上，其公式如下：其中，θ为同步旋转坐标q轴的旋转角度；(2.2)、采用PI控制方法得到两相电压控制信号uq、ud，其控制方程如下：uq=-(KiP+KiLs)(iq*-iq)-ωLid+Uqud=-(KiP+KiLs)(id*-id)-ωLiq+Ud]]>其中，KiP、KiL为比例调节增益和积分调节增益，为电流指令值，L是滤波器电感值；(2.3)、将步骤(2.2)中得到的两相电压控制信号uq、ud转换成三相电压控制信号ux，其公式为：其中，β＝arctan(‑Ud/Uq)；定义m为三电平逆变器的调制比，其表达式为(3)、根据三相电压控制信号u，结合调制比m，直流侧总电压Udc，同步旋转坐标q轴的旋转角度θ，交流侧电流ix，采用基于最大电流相调制波钳位的策略，计算出等效调制波umx(x＝a,b,c)；(4)、结合等效调制波umx，使用双三角载波比较方法产生IGBT的驱动信号；(4.1)、比较同一时刻，等效调制波umx与双三角载波的幅值大小，当umx大于正三角载波时，输出该状态下x相对应的IGBT的PWM信号P；(4.2)、比较同一时刻，等效调制波umx与双三角载波的幅值大小，当umx大于正三角载波小于负三角载波时，输出该状态下x相对应的IGBT的PWM信号O；(4.3)、比较同一时刻，等效调制波umx与双三角载波的幅值大小，当umx小于负三角载波时，输出该状态下x相对应的IGBT的PWM信号N。...

【技术特征摘要】
1.一种三电平逆变器的最小开关损耗实现方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、通过电压电流传感器获取交流侧电压Ux(x＝a,b,c)、交流侧电流ix(x＝a,b,c)、直流侧总电压Udc；(2)、结合交流侧电流ix、交流侧电压Ux通过电压、电流控制得到三相电压控制信号ux(x＝a,b,c)；(2.1)、对交流侧电流ix、交流侧电压Ux变换到两相同步旋转坐标系(d,q)上，其公式如下：其中，θ为同步旋转坐标q轴的旋转角度；(2.2)、采用PI控制方法得到两相电压控制信号uq、ud，其控制方程如下：uq=-(KiP+KiLs)(iq*-iq)-ωLid+Uqud=-(KiP+KiLs)(id*-id)-ωLiq+Ud]]>其中，KiP、KiL为比例调节增益和积分调节增益，为电流指令值，L是滤波器电感值；(2.3)、将步骤(2.2)中得到的两相电压控制信号uq、ud转换成三相电压控制信号ux，其公式为：其中，β＝arctan(-Ud/Uq)；定义m为三电平逆变器的调制比，其表达式为(3)、根据三相电压控制信号u，结合调制比m，直流侧总电压Udc，同步旋转坐标q轴的旋转角度θ，交流侧电流ix，采用基于最大电流相调制波钳位的策略，计算出等效调制波umx(x＝a,b,c)；(4)、结合等效调制波umx，使用双三角载波比较方法产生IGBT的驱动信号；(4.1)、比较同一时刻，等效调制波umx与双三角载波的幅值大小，当umx大于正三角载波时，输出该状态下x相对应的IGBT的PWM信号P；(4.2)、比较同一时刻，等效调制波umx与双三角载波的幅值大小，当umx大于正三角载波小于负三角载波时，输出该状态下x相对应的IGBT的PWM信号O；(4.3)、比较同一时刻，等效调制波umx与双三角载波的幅值大小，当umx小于负三角载波时，输出该状态下x相对应的IGBT的PWM信号N。2.根据权利要求1所述的一种三电平逆变器的最小开关损耗实现方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，利用基于最大电流相调制波钳位的策略计算等效调制波的方法为：(2.1)、对求得的三相电压控制信号ux进行第一次的共模电压注入，第一次注入的共模电压为：uz1=-k1×MAX(ua,ub,uc)-(1-k1)×MIN(ua,ub,uc)-(1-2k1)×Udc2]]>其中，MAX为求最大值运算符，MIN为求最小值运算符，k1为第一次共模电压注入系数；用uaz、ubz和ucz表示注入uz1后的三相电压控制信号，其表达式为：uaz=ua+uz1ubz=ub+uz1ucz=uc+uz1]]>(2.2)、将上式进行如下式所示的数值变换：uxz1*=(uxz+Udc/2)MOD(Udc/2)-Udc/4,(x=a,b,c)]]>其中，MOD为求余运算；(2.3)、对上式中的三相电压控制信号ux进行第二次的共模电压注入，第二次注入的共模电压为：uz2=-k2×MAX(uaz1*,ubz1*,ucz1*)-(1-k2)×MIN(uaz1*,ubz1*,ucz1*)-(1-2k2)×Udc4;]]>其中，k2为第二次共模电压注入系数；(2.4)、将三相电压控制信号ux，以及第一次注入的共模电压uz1和第二次注入的共模电压uz2的对应相求和，得到统一不连续调制策略的等效调制波uma、umb和umc；uma=ua+uz1+uz2umb=ub+uz1+uz2umc=uc+uz1+uz2.]]>3.根据权利要求2利用基于最大电流相调制波钳位的策略计算等效调制波的方法，其特征在于，所述的共模电压系数k1和共模电压系数k2的选取方法为：(3.1)、确定电压矢量所属区域，其公式如下：Zone＝FLOOR((θMOD360°)/30°)+1其中，Zone表示电压矢量所在区域，Zone的取值为[1,12]，分别代表电压矢量所在的12个区域；FLOOR为向正无穷取整运算，MOD为求余运算，θ为同步旋转坐标q轴的旋转角度；(3.2)、当调制比大于预设阈值T时，k1、k2的值与电压矢量矢量所在区域以及交流侧电流绝对值大小有如下关系：(3.2.1)、当三相电流绝对值大小关系为|ia|＞|ib|＞|ic|时：当Zone＝1或2时，共模电压系数取值为k1＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，魏旻，邹见效，郑宏，徐红兵，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51