一种具有最小开关损耗的三电平逆变器的非连续脉宽调制方法技术

本发明专利技术涉及一种具有最小开关损耗的三电平逆变器的非连续脉宽调制方法，首先在非连续脉宽调制的基础上通过设定的钳位规则选择适当的钳位方式，以达到最大化降低开关损耗的目的；其次对于中点电压波动引起的低频谐波，提出了基于非连续脉宽调制的低频谐波抑制算法，有效的消除了中点电压波动导致的低频谐波分量；最后针对使用低频谐波抑制算法导致中点电压自平衡能力丧失的问题，还提出了基于非连续脉宽调制的主动中点电压控制，实现对中点电压的有效控制。本发明专利技术提出的调制方法不仅能有效的控制中点电压的平衡，降低了系统的开关损耗，而且抑制了输出线电压上的低频谐波分量，提高了逆变器的运行效率，实现三电平逆变器的优化控制。

【技术实现步骤摘要】
一种具有最小开关损耗的三电平逆变器的非连续脉宽调制方法
本专利技术属于逆变器调制的
，尤其涉及一种具有最小开关损耗和抑制低频谐波的三电平逆变器的非连续脉宽调制方法。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，尤其在大容量、高电压场合，三电平拓扑的应用越来越广泛。随之而来也出现了新的问题，功率管数量的增多导致控制算法复杂，同时伴随着中点电压偏移、开关损耗等问题，中点电压平衡是能够保证变流器安全可靠运行的必要前提，中点电压偏移、波动不仅会造成变流器输出电压、电流的质量降低，严重时，甚至会造成直流侧电容耐压过高导致损耗，影响变流器系统的使用寿命。开关损耗是衡量变流器高效运行的重要指标之一。开关损耗的增加不可避免地导致功率器件的使用寿命。为使三电平逆变器具有良好的输出特性，高效的脉宽调制策略应满足以下三个要求：1)具备良好的中点电压平衡能力，同时中点电压存在一定波动时，也能具有较好的输出特性；2)尽可能的降低谐波，尤其是低频谐波；3)较小的开关损耗，以提高系统的效率；中点电压的波动是三电平逆变器的关键问题之一。中点电压波动包含直流偏移和交流纹波。当采用电压开环控制策略时，中点电压不平衡会导致输出三相电流的正弦度变差；使用电流闭环控制能够提高输出电流质量，但可能会加剧中点电压不平衡。因此，为了保证三电平逆变器的安全、可靠运行，需采用能实现中点电压平衡的方法。开关损耗也是衡量逆变器高效运行的重要指标之一。开关损耗的增加不可避免地降低功率器件的使用。目前常用的中点电位平衡的算法主要有两种：基于零序分量注入的载波脉宽调制(CBPWM)方法和基于冗余矢量调整的空间矢量调制(SVPWM)方法。载波调制方法中零序电压的计算、空间矢量调制方法中矢量合成规则的复杂性等均导致控制算法的计算复杂度大大提升；SVPWM方法通过矢量合成规则安排各矢量的作用时间，同样计算量庞大，不易于实现；VSVPWM方法虽然具备中点电压平衡能力，但任意开关周期内都会有一相功率器件出现两次开关动作，增加了系统的开关损耗。此外，由于功率管开关频率的提高，功率管的开关损耗也随之增加。在电力变换系统中，器件损耗(包括导通损耗和开关损耗)是影响系统效率至关重要的一环。现有的减小开关损耗的方法主要分为三类：(1)减小换相区间内开关上的电压或电流(软开关技术)；(2)改变开关时间间隔；(3)改变调制方式。利用软开关技术，可以有效的减小功率管的开关损耗，但软开关的应用会增加成本，控制复杂，而且调制时受阶段性限制。变流器的开关损耗与具体的调制方式有很大关系，改进调制方式可以在一定程度上减小开关损耗。因此，需要提供一种能同时降低系统开关损耗和控制中点电压平衡的三电平逆变器的调制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题，提供了一种具有最小开关损耗的三电平逆变器的非连续脉宽调制(switchinglossminimizeddiscontinuouspulsewidthmodulation，SLMDPWM)方法，以期能在降低系统开关损耗的基础上实现中点电压的平衡控制和抑制输出线电压低频谐波，提高三电平逆变器效率，实现三电平逆变器的优化控制。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：本专利技术提供了一种具有最小开关损耗的三电平逆变器的非连续脉宽调制方法，包括以下步骤：步骤S1：利用电压传感器采集所述三电平逆变器直流侧上的上电容电压uC1、下电容电压uC2，三相输出相电流iA、iB、iC，三相输出相电压uA、uB、uC；步骤S2：根据钳位规则选择该三电平逆变器的最合适的钳位模式，以最大化降低开关损耗，所述钳位规则为：在不发生过调制的情况下，钳位电流最大相对应的电压；在发生过调制的情况下，钳位电流次大相对应的电压；步骤S3：引入基于非连续脉宽调制方式的低频谐波抑制算法，消除中点电压不平衡导致的低频谐波分量；步骤S4：采用基于非连续脉宽调制方式的主动中点电压控制，维持中点电压的平衡，弥补由于步骤S3引入的低频谐波抑制算法导致的中点电压自平衡能力丧失导致的中点电压逐渐偏移的问题。优选地，所述步骤S2中，根据钳位规则选择合适的钳位模式的方法，具体包括以下步骤：步骤S201：对采集的三电平逆变器的三相输出相电流、三相输出相电压进行排序，得到最大电流imax＝max(iA，iB，iC)，最小电流imin＝min(iA，iB，iC),中间电流imid＝mid(iA，iB，iC)，最大电压umax＝max(uA，uB，uC)，最小电压umin＝min(uA，uB，uC)和中间电压umid＝mid(uA，uB，uC)；步骤S202：为了最大程度地降低开关损耗，应钳位电流最大相对应的电压，以使该相尽可能不产生开关动作，因此，可根据以下钳位规则选择钳位模式，包括：①当imax和umin出现在同一相时，将umin钳位到负母线，称为DPWM_NB模式，计算此模式下注入的零序电压：uzsv_NB＝-udc/2-umin其中，udc表示直流侧总电压，uZSV_NB表示DPWM_NB模式下注入的零序电压；②当imax和umax出现在同一相时，将umax钳位到正母线，称为DPWM_PB模式，计算此模式下注入的零序电压：uzsv_PB＝udc/2-umax其中，uZSV_PB表示DPWM_PB模式下注入的零序电压。③当imax和umid出现在同一相时，将umid钳位到中线，但这种钳位方式的应用范围会受到调制度的限制，令u′X＝uX+uzsv_k(X＝A,B,C；k＝NB,PB,NP1,NP2,NP3)为注入零序电压后的三相电压，计算注入零序电压后的各相各电平的占空比。此时，受到调制度的限制，电流最大相无法被钳位，这时，为了尽可能的降低开关损耗，将电流次大相对应的电压钳位到中线；将某一相钳位到中线的模式称为DPWM_NP，计算此模式下注入的零序电压：所述步骤S3中，基于非连续脉宽调制方式的低频谐波抑制算法，包括以下步骤：步骤S311：在选择的最合适的钳位模式下，以负母线作为参考点，计算修正后的各相电压其中，表示X＝A,B,C相修正后的电压；步骤S312：对修正后的三相电压和进行排序，得到最大电压最小电压和中间电压在DPWM_PB、DPWM_NB和DPWM_NP模式下，将和所对应的相分别钳位到正母线、负母线和中点电压，获得相应的零序电压和并注入该零序电压。所述步骤S4中，基于非连续脉宽调制方式的主动中点电压控制方法，包括以下步骤：步骤S401：定义从中点流出的方向为中点电流的正方向，在一个控制周期内计算中点电流实际平均值：式中，为中点电流单位平均值，TS为一个控制周期的时间；步骤S402：和分别为DPWM_PB,DPWM_NP和DPWM_NB模式下中点电流的单位平均值，和满足下式：在DPWM_PB和DPWM_NB模式下，如果钳位模式的时间足够长，中点电压就能被有效调节；根据下式，在不同的条件下选择不同的调节方式即可实现主动中点电压控制，从而维持中点电压的平衡；式中，ΔuNP为中点电压波动量，iNP为一个开关周期内的平均中点电流，iNP＝iAdA,O+iBdB,O+iCdC,O，dA,O,dB,O,dC,O分别表示未注入零序电压时A相，B相，C相的O电平的占空比。本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术通过实时采样获本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有最小开关损耗的三电平逆变器的非连续脉宽调制方法，其特征按如下步骤进行：步骤S1：利用电压传感器采集所述三电平逆变器直流侧上的上电容电压uC1、下电容电压uC2，三相输出相电流iA、iB、iC，三相输出相电压uA、uB、uC；步骤S2：根据钳位规则选择该三电平逆变器的最合适的钳位模式，以最大化降低开关损耗，所述钳位规则为：在不发生过调制的情况下，钳位电流最大相对应的电压；在发生过调制的情况下，钳位电流次大相对应的电压；步骤S3：引入基于非连续脉宽调制方式的低频谐波抑制算法，消除中点电压不平衡导致的低频谐波分量；步骤S4：采用基于非连续脉宽调制方式的主动中点电压控制，维持中点电压的平衡，弥补由于步骤S3引入的低频谐波抑制算法导致的中点电压自平衡能力丧失导致的中点电压逐渐偏移的问题。

【技术特征摘要】
1.一种具有最小开关损耗的三电平逆变器的非连续脉宽调制方法，其特征按如下步骤进行：步骤S1：利用电压传感器采集所述三电平逆变器直流侧上的上电容电压uC1、下电容电压uC2，三相输出相电流iA、iB、iC，三相输出相电压uA、uB、uC；步骤S2：根据钳位规则选择该三电平逆变器的最合适的钳位模式，以最大化降低开关损耗，所述钳位规则为：在不发生过调制的情况下，钳位电流最大相对应的电压；在发生过调制的情况下，钳位电流次大相对应的电压；步骤S3：引入基于非连续脉宽调制方式的低频谐波抑制算法，消除中点电压不平衡导致的低频谐波分量；步骤S4：采用基于非连续脉宽调制方式的主动中点电压控制，维持中点电压的平衡，弥补由于步骤S3引入的低频谐波抑制算法导致的中点电压自平衡能力丧失导致的中点电压逐渐偏移的问题。2.根据权利要求1所述的一种具有最小开关损耗的三电平逆变器的非连续脉宽调制方法，其特征在于，所述步骤S2中，根据钳位规则选择合适的钳位模式的方法，包括以下步骤：步骤S201：对采集的三电平逆变器的三相输出相电流、三相输出相电压进行排序，得到最大电流imax＝max(iA，iB，iC)，最小电流imin＝min(iA，iB，iC),中间电流imid＝mid(iA，iB，iC)，最大电压umax＝max(uA，uB，uC)，最小电压umin＝min(uA，uB，uC)和中间电压umid＝mid(uA，uB，uC)；步骤S202：根据以下钳位规则选择钳位模式，包括：①当imax和umin出现在同一相时，将umin钳位到负母线，称为DPWM_NB模式，计算此模式下注入的零序电压：uzsv_NB＝-udc/2-umin其中，udc表示直流侧总电压，uZSV_NB表示DPWM_NB模式下注入的零序电压；②当imax和umax出现在同一相时，将umax钳位到正母线，称为DPWM_PB模式，计算此模式下注入的零序电压：uzsv_PB＝udc/2-umax其中，uZSV_PB表示DPWM_PB模式下注入的零序电压。③当i...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金平，翟飞，姜卫东，李劲松，李来保，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34