一种特定谐波消除脉宽调制变模式控制方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种特定谐波消除脉宽调制变模式控制方法及其装置，用于NPC多电平变流器，包括在电网网压不平衡工况下，计算当前电压调制比m和相位角；将电压调制比与预设调制比阈值进行比较，若小于预设调制比阈值，则选择第一控制模式，若大于预设调制比阈值，则选择第二控制模式；第一控制模式用于控制变流器的输出电流平衡且全部奇数次谐波为0，第二控制模式用于控制n＝6j±1次谐波为0，j为正整数；依据选择的控制模式查询对应的预设开关角存储表，得到电压调制比对应的开关角度；依据相位角及得到的开关角度生成脉冲信号驱动变流器。本发明专利技术能够尽可能保证输出电流可控，且尽可能保证减小主要谐波，提高控制效果。

Variable mode control method and device for particular harmonic elimination pulse width modulation

The invention discloses a specific harmonic elimination PWM Variable mode control method and device for NPC multilevel converters, including in the power grid voltage under unbalanced conditions, the calculation of the current voltage modulation ratio and phase angle of the voltage m; modulation ratio and preset modulation ratio are compared to a threshold, if the modulation ratio is less than a preset threshold. The first choice of control mode, if the modulation ratio is greater than the preset threshold, then select second control mode; the first control mode is used to control the inverter output current balance and all odd harmonics is 0, second control mode is used to control n = 6J + 1 harmonic is 0, J is a positive integer; according to the control mode selection query preset switch angle storage table corresponding to the voltage modulation ratio of switch angles; on the basis of phase angle and the angle of generating pulse signal to drive converter switch. The invention can ensure that the output current is controllable as much as possible, and the main harmonic is reduced as much as possible, and the control effect is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种特定谐波消除脉宽调制变模式控制方法及其装置
本专利技术涉及变流器控制
，特别是涉及一种特定谐波消除脉宽调制变模式控制方法及其装置。
技术介绍
二极管钳位型(NPC，Neutralpointclamped)三电平变流器非常适合于中压大功率工业变流传动(如机车牵引、海上风电、冶金轧机、矿井提升机、船舶推进器等)领域，结合现有商用高压大功率半导体器件(如IGBT，IGCT，IEGT等)可实现变流器的高耐压、强过流性能。NPC三电平变流器的三相拓扑如图1所示，其中S1、S2、S3、S4为全控型开关器件，每一个开关器件都反并联一个续流二极管(D1～D4)，D5、D6为钳位二极管，直流侧电容C1＝C2，电容电压值均为Udc/2，变流器输出电流为io。特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)又称作开关点预置PWM调制，是通过在阶梯波上预置适当位置的“凹槽”来选择性地消除特定次谐波，由于可以完全消除低次谐波，在输出波形质量相同时具有较低开关频率，是解决因器件寿命、开关损耗、散热限制等因素造成的中压大功率变流场合器件开关频率只有几百赫兹进而引发的系列问题的有效方法。由电压波形的对称性可知输出电压本身只含奇数次谐波；同时，对于三相电压对称系统，由于线电压中3次谐波相互抵消，因此传统方法在建立消谐波非线性方程组时均是忽略3的整数倍奇次谐波，只考虑消除3的倍数次以外的奇数次谐波。但随着用户对变流器系统电网适应性要求的逐步提高，耐受电网电压不平衡度成为考核变流器系统的一项关键性能指标。而NPC三电平变流器的SHEPWM调制过程中，在电网不平衡工况下对于输出电流平衡控制和谐波抑制的控制效果较差，容易出现失控现象。因此，如何提供一种控制效果好的特定谐波消除脉宽调制变模式控制方法及其装置是本领域技术人员目前需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种特定谐波消除脉宽调制变模式控制方法及其装置，能够尽可能保证输出电流可控，且尽可能保证减小主要谐波，提高控制效果。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种特定谐波消除脉宽调制变模式控制方法，用于二极管钳位型NPC多电平变流器，包括：在电网网压不平衡工况下，计算当前的电压调制比m和相位角；将所述电压调制比与预设调制比阈值进行比较，若小于所述预设调制比阈值，则选择第一控制模式，若大于所述预设调制比阈值，则选择第二控制模式；其中，所述第一控制模式用于控制所述NPC多电平变流器的输出电流平衡且全部奇数次谐波为0，所述第二控制模式用于控制n次谐波为0，n＝6j±1，j为正整数；依据选择的控制模式查询对应的预设开关角存储表，得到所述电压调制比对应的开关角度；依据所述相位角以及得到的所述开关角度生成脉冲信号驱动所述NPC多电平变流器。优选地，所述第二控制模式具体包括第一子模式以及第二子模式，所述第一子模式用于控制所述NPC多电平变流器的输出电流平衡且n次谐波为0，所述第二子模式用于控制所述NPC多电平变流器的输出电压平衡且n次谐波为0。优选地，所述将所述电压调制比与预设调制比阈值进行比较，若小于所述预设调制比阈值，则选择第一控制模式，若大于所述预设调制比阈值，则选择第二控制模式的过程具体为：将所述电压调制比分别与第一预设调制比阈值以及第二预设调制比阈值进行比较；若小于所述第一预设调制比阈值，则选择第一控制模式；若大于所述第二预设调制比阈值，则选择第二控制模式。优选地，所述预设开关角存储表的获得过程为：通过非线性方程组求解函数fsolve()求解第一非线性方程组，来确定所述第一控制模式的条件下不同电压调制比对应的开关角度向量；所述第一非线性方程组为：通过所述非线性方程组求解函数fsolve()求解第二非线性方程组，来确定所述第二控制模式的条件下不同电压调制比对应的开关角度向量；所述第二非线性方程组为：其中，Udc为所述NPC多电平变流器直流侧电压。为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种特定谐波消除脉宽调制变模式控制装置，用于二极管钳位型NPC多电平变流器，包括：调制比确定模块，用于在电网网压不不平衡工况下，计算当前的电压调制比m和相位角；模式选择模块，用于将所述电压调制比与预设调制比阈值进行比较，若小于所述预设调制比阈值，则选择第一控制模式，若大于所述预设调制比阈值，则选择第二控制模式；其中，所述第一控制模式用于控制所述NPC多电平变流器的输出电流平衡且全部奇数次谐波为0，所述第二控制模式用于控制n次谐波为0，n＝6j±1，j为正整数；开关角查询模块，用于依据选择的控制模式查询对应的预设开关角存储表，得到所述电压调制比对应的开关角度；脉冲控制模块，用于依据所述相位角以及得到的所述开关角度生成脉冲信号驱动所述NPC多电平变流器；开关角存储表生成模块，用于获得所述预设开关角存储表。优选地，所述模式选择模块具体包括：第一选择单元，用于将所述电压调制比与第一预设调制比阈值进行比较，得到第一比较结果；第二选择单元，用于将将所述电压调制比与第二预设调制比阈值进行比较，得到第二比较结果；模式选择单元，用于依据所述第一比较结果与所述第二比较结果进行分析，若所述电压调制比小于所述第一预设调制比阈值，则选择第一控制模式，若所述电压调制比大于所述第二预设调制比阈值，则选择第二控制模式。优选地，所述开关角存储表生成模块具体包括：第一模式确定单元，用于通过非线性方程组求解函数fsolve()求解第一非线性方程组，来确定所述第一控制模式的条件下不同电压调制比对应的开关角度向量；所述第一非线性方程组为：第二模式确定单元，用于通过所述非线性方程组求解函数fsolve()求解第二非线性方程组，来确定所述第二控制模式的条件下不同电压调制比对应的开关角度向量；所述第二非线性方程组为：本专利技术提供了一种特定谐波消除脉宽调制变模式控制方法及其装置，用于二极管钳位型NPC多电平变流器，在电网电压不平衡工况下，根据当前计算得到电压调制比选择相应的控制模式，在电压调制比较低的情况下，选择控制输出电流平衡此时变流器处于完全可控状态，因此可以使全部奇数次谐波为0；电压调制比较高的情况下，表明变流器已经出现过压的情况，此时若想要保证变流器可控，则仅控制n次谐波为0，n＝6j±1，j为正整数；之后依据控制模式选择相应的开关角进而输出脉冲信号驱动NPC多电平变流器。可见，本专利技术在电网电压不平衡的情况下，能够保证变流器始终可控，且输出电流尽可能平衡，即使输出电流不平衡也能够保证主要次谐波为0，控制效果好。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为二极管钳位型三电平变流器的拓扑结构示意图；图2为本专利技术提供的一种特定谐波消除脉宽调制变模式控制方法的过程的流程图；图3为二极管钳位型三电平变流器在特定谐波消除脉宽调制中的输出单相电压理想波形图；图4为本专利技术提供的一种特定谐波消除脉宽调制变模式控制方法中的正负序电流控制过程的示意图；图5为本专利技术提供的一种特定谐波消除脉宽调制变模式控制装置的结构示意图。具体实施方式本专利技术的核心是提供一种特定谐波消除脉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特定谐波消除脉宽调制变模式控制方法，用于二极管钳位型NPC多电平变流器，其特征在于，包括：在电网网压不平衡工况下，计算当前的电压调制比m和相位角；将所述电压调制比与预设调制比阈值进行比较，若小于所述预设调制比阈值，则选择第一控制模式，若大于所述预设调制比阈值，则选择第二控制模式；其中，所述第一控制模式用于控制所述NPC多电平变流器的输出电流平衡且全部奇数次谐波为0，所述第二控制模式用于控制n次谐波为0，n＝6j±1，j为正整数；依据选择的控制模式查询对应的预设开关角存储表，得到所述电压调制比对应的开关角度；依据所述相位角以及得到的所述开关角度生成脉冲信号驱动所述NPC多电平变流器。

【技术特征摘要】
1.一种特定谐波消除脉宽调制变模式控制方法，用于二极管钳位型NPC多电平变流器，其特征在于，包括：在电网网压不平衡工况下，计算当前的电压调制比m和相位角；将所述电压调制比与预设调制比阈值进行比较，若小于所述预设调制比阈值，则选择第一控制模式，若大于所述预设调制比阈值，则选择第二控制模式；其中，所述第一控制模式用于控制所述NPC多电平变流器的输出电流平衡且全部奇数次谐波为0，所述第二控制模式用于控制n次谐波为0，n＝6j±1，j为正整数；依据选择的控制模式查询对应的预设开关角存储表，得到所述电压调制比对应的开关角度；依据所述相位角以及得到的所述开关角度生成脉冲信号驱动所述NPC多电平变流器。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二控制模式具体包括第一子模式以及第二子模式，所述第一子模式用于控制所述NPC多电平变流器的输出电流平衡且n次谐波为0，所述第二子模式用于控制所述NPC多电平变流器的输出电压平衡且n次谐波为0。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述电压调制比与预设调制比阈值进行比较，若小于所述预设调制比阈值，则选择第一控制模式，若大于所述预设调制比阈值，则选择第二控制模式的过程具体为：将所述电压调制比分别与第一预设调制比阈值以及第二预设调制比阈值进行比较；若小于所述第一预设调制比阈值，则选择第一控制模式；若大于所述第二预设调制比阈值，则选择第二控制模式。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设开关角存储表的获得过程为：通过非线性方程组求解函数fsolve()求解第一非线性方程组，来确定所述第一控制模式的条件下不同电压调制比对应的开关角度向量；所述第一非线性方程组为：通过所述非线性方程组求解函数fsolve()求解第二非线性方程组，来确定所述第二控制模式的条件下不同电压调制比对应的开关角度向量；所述第二非线性方程组为：其中，Udc为所述NPC...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯江华，许峻峰，张志学，王跃，罗文广，刘勇，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43