一种脉冲宽度调制方法、脉冲宽度调制系统及控制器技术方案

本申请提供了一种脉冲宽度调制方法、脉冲宽度调制系统及控制器，用于三相变流器的共模分量的变化速率随着变流器调制度的变化而改变，提升三相变流器的稳定性和谐波特性，并且实现灵活地自适应调节。本发明专利技术实施例方法包括：获取三相初始调制波及变流器调制度；根据预设调制参数和变流器调制度计算得到共模分量变化速率调节系数；根据预设的调制波最大限幅值、调制波最小限幅值、三相初始调制波和共模分量变化速率调节系数，计算得到三相初始调制波对应的调制波集合，从调制波集合中选取绝对值最小的调制波作为共模调制波；将三相初始调制波与共模调制波进行波形叠加，得到三相输出调制波。

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲宽度调制方法、脉冲宽度调制系统及控制器
本申请涉及电路
，尤其涉及一种脉冲宽度调制方法、脉冲宽度调制系统及控制器。
技术介绍
随着经济社会的发展，能源危机逐步凸显以及全球环境的逐渐恶化，发展和使用清洁替代能源已成为的能源行业的重要目标。伴随新能源发电、储能以及新能源汽车产业的不断发展，作为核心能源控制装置的变流器成为清洁能源应用的关键因素之一。在众多种类的变流器中，三相变流器是应用最为广泛的变流器之一，用于连接三相交流电力系统以及直流电力系统并实现两个系统之间能量传递。根据能量流向的不同又区分为整流和逆变两种工作状况，其中能量从直流系统传递到交流系统被称为逆变，而从交流系统传递到直流系统称为整流。转换效率和电能质量是三相变流器的两个关键技术指标，而调制方式直接影响着开关器件的通断状态，因此是影响其转换效率和电能质量的关键因素之一。常用的三相变流器的脉宽调制手段为脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)，即对开关网络中各器件的驱动脉冲的宽度进行控制。最直接的实现形式为将载波与调制波进行比较，以比较结果来控制开关器件的通断状态。PWM又可以分为连续脉冲宽度调制(ContinuousPulseWidthModulation，CPWM)和不连续脉冲宽度调制(DiscontinuousPulseWidthModulation，DPWM)，DPWM和CPWM相比，DPWM的开关次数更少，因此开关损耗较小，由此带来的益处即是能够提高变流器的能量转换效率。但是，采用的调制方式为DPWM时，谐波畸变率普遍高于CPWM的方式，注入谐波含量高，更容易引起系统谐振，并且三相变流器调制度越低时，DPWM注入的谐波含量越高，而三相变流器调制度较高时，DPWM和CPWM注入水平接近。因此在三相变流器调制度较低的同时，又要兼顾能量转换效率，就需要采用DPWM，此时，对DPWM的共模注入方法进行改进，降低其注入共模含量，从而降低由共模注入产生的谐波含量就成为了研究的重点。为了降低三相变流器采用DPWM时，由于共模注入产生的谐波含量，现有的两种技术分别为：一、对共模电压的上升率进行限制，以减少由于共模电压迅速变化而产生的谐波，等效延长共模电压变化时间并减少三相变流器的切换状态的时间；二、以直流母线电压为参考对象，量测直流母线电压计算出开关管钳位时间及对应的导通角度，及增加限幅度环节，根据直流母线电压、开关管钳位时间及相位信息计算出三相对应的共模调制电压，根据三相的基频正弦调制电压与共模调制电压计算出对应的最终调制电压。但是，方法一中如果限幅值取值太小，则无法明显减少三相变流器在DPWM下的切换状态的时间，效率提升的优势减小，若限幅值取值太大，则难以抑制高频谐波，实施起来不够灵活；根据实际测验，在三相变流器中决定共模调制电压大小的并不是直流母线电压，因此方法二不适用于三相变流器采用DPWM的场景中，而且计算过程比较复杂，计算耗时过长，在三相变流器这种开关频率较高的场合中不适用。
技术实现思路
本申请提供了一种脉冲宽度调制方法、脉冲宽度调制系统及控制器，用于三相变流器的共模分量的变化速率随着变流器调制度的变化而改变，提升三相变流器的稳定性和谐波特性，并且实现灵活地自适应调节。本专利技术第一方面提供一种脉冲宽度调制方法，应用于三相变流器，包括：获取三相初始调制波及变流器调制度；根据预设调制参数和所述变流器调制度计算得到共模分量变化速率调节系数，所述预设调制参数包括所述三相变流器的预置最大调制度、预置最小调制度、预置正负钳位状态之间共模量变化最小速率、预置正负钳位状态之间共模量变化最大速率与最小速率的差值及调制曲率参数；根据预设的调制波最大限幅值、调制波最小限幅值、所述三相初始调制波和所述共模分量变化速率调节系数，计算得到所述三相初始调制波对应的调制波集合，从所述调制波集合中选取绝对值最小的调制波作为共模调制波；将所述三相初始调制波与所述共模调制波进行波形叠加，得到三相输出调制波。三相交流电力系统和直流电力系统之间的能量传递，一般是通过三相变流器实现的，三相变流器的调制方式为DPWM情况下，变流器调制度比较高时，实现DPWM注入的共模分量较小，此时输出波形接近正弦波，既可满足降低损耗亦可满足输出电流畸变小的要求，此时应较少限制注入共模分量的变化速率，当变流器调制度逐渐降低时，实现DPWM注入的共模分量逐渐较大，此时输出波形畸变严重，应降低注入共模分量的变化速率，而共模分量的变化速度是由共模分量变化速率调节系数所决定的，共模分量变化速率调节系数是由预设调制参数和变流器调制度计算得来的，预设调制参数包括三相变流器的预置最大调制度、预置最小调制度、预置正负钳位状态之间共模量变化最小速率、预置正负钳位状态之间共模量变化最大速率与最小速率的差值及调制曲率参数，根据预设的调制波最大限幅值、调制波最小限幅值、三相初始调制波和共模分量变化速率调节系数，计算得到三相初始调制波对应的调制波集合，从调制波集合中选取绝对值最小的调制波作为共模调制波，最后，将三相初始调制波与共模调制波进行波形叠加，得到三相输出调制波，与现有技术的方法一相比，因为共模分量的变化速率由变流器调制度决定，随着变流器调制度变化而改变，没有限幅环节，因此可以避免限幅值取值不当造成的影响，提升了三相变流器的稳定性和谐波特性，与现有技术二相比，共模分量的变化速率由变流器调制度决定，实现了自适应调节。结合本专利技术第一方面，本专利技术第一方面第一实施方式中，所述根据预设调制系数和所述变流器调制度，计算得到共模分量变化速率调节系数，包括：获取所述三相变流器的预置最大调制度Mmax、预置最小调制度Mmin、预置正负钳位状态之间共模量变化最小速率Kb、预置正负钳位状态之间共模量变化最大速率与最小速率的差值Ka及调制曲率参数N，N大于0；将所述Mmax、Mmin、Kb、Ka、N及所述变流器调制度M带入公式计算得到共模分量变化速率调节系数K。在方案实施之前，需要预设调制系数，其中，最大调制度Mmax和最小调制度Mmin是三相变流器所容许的最大调制度(一般Mmax不超过1.15)和最小调制度(一般Mmin小于1)，是由变流器产品设计和应用场景所决定的，因此，最大调制度Mmax和最小调制度Mmin相当于两个固定的数值；正负钳位状态之间共模量变化最小速率Kb是由三相变流器所处的场景所决定的，也可以是用户自由设置的；正负钳位状态之间共模量变化最大速率与Kb的差值Ka，假设三相变流器所能允许的正负钳位状态之间共模量变化最大速率为1，那么Ka等于1-Kb；调制曲率参数N的取值是预先设置的，N为1的情况下，共模分量变化速率调节系数和变流器调制度之间为直线关系，N大于零且不等于1的情况下，共模分量变化速率调节系数和变流器调制度之间为曲线关系。在已知M、Mmax、Mmin、Kb、Ka及N的值的情况下，通过公式就能计算得出共模分量变化速率调节系数K的值，那么K的值是由M所决定，实现了通过变流器调制度M灵活地调节共模分量变化速率的目标。结合本专利技术第一方面第一实施方式，本专利技术第一方面第二实施方式中，所述根据预设的调制波最大限幅值、调制波最小限幅值、所述三相初始调制波和所述共模分量变化速率调节系数，计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲宽度调制方法，应用于三相变流器，其特征在于，所述方法包括：获取三相初始调制波及变流器调制度；根据预设调制参数和所述变流器调制度计算得到共模分量变化速率调节系数，所述预设调制参数包括所述三相变流器的预置最大调制度、预置最小调制度、预置正负钳位状态之间共模量变化最小速率、预置正负钳位状态之间共模量变化最大速率与最小速率的差值及调制曲率参数；根据预设的调制波最大限幅值、调制波最小限幅值、所述三相初始调制波和所述共模分量变化速率调节系数，计算得到所述三相初始调制波对应的调制波集合，从所述调制波集合中选取绝对值最小的调制波作为共模调制波；将所述三相初始调制波与所述共模调制波进行波形叠加，得到三相输出调制波。

【技术特征摘要】
1.一种脉冲宽度调制方法，应用于三相变流器，其特征在于，所述方法包括：获取三相初始调制波及变流器调制度；根据预设调制参数和所述变流器调制度计算得到共模分量变化速率调节系数，所述预设调制参数包括所述三相变流器的预置最大调制度、预置最小调制度、预置正负钳位状态之间共模量变化最小速率、预置正负钳位状态之间共模量变化最大速率与最小速率的差值及调制曲率参数；根据预设的调制波最大限幅值、调制波最小限幅值、所述三相初始调制波和所述共模分量变化速率调节系数，计算得到所述三相初始调制波对应的调制波集合，从所述调制波集合中选取绝对值最小的调制波作为共模调制波；将所述三相初始调制波与所述共模调制波进行波形叠加，得到三相输出调制波。2.根据权利要求1所述的脉冲宽度调制方法，其特征在于，所述根据预设调制参数和所述变流器调制度计算得到共模分量变化速率调节系数，包括：获取所述三相变流器的预置最大调制度Mmax、预置最小调制度Mmin、预置正负钳位状态之间共模量变化最小速率Kb、预置正负钳位状态之间共模量变化最大速率与最小速率的差值Ka及调制曲率参数N，N大于0；将所述Mmax、Mmin、Kb、Ka、N及所述变流器调制度M带入公式计算得到共模分量变化速率调节系数K。3.根据权利要求2所述的脉冲宽度调制方法，其特征在于，所述根据预设的调制波最大限幅值、调制波最小限幅值、所述三相初始调制波和所述共模分量变化速率调节系数，计算得到所述三相初始调制波对应的调制波集合，从所述调制波集合中选取绝对值最小的调制波作为共模调制波，包括：获取预设的调制波最大限幅值vmax和调制度最小限幅值vmin；根据所述vmax、所述vmin、所述共模分量变化速率调节系数K及所述三相初始调制波中的第一相初始调制波va，计算得到所述va对应的调制波集合{vmax-va，K*(vmax/2+vmin/2-va)，vmin-va}，所述vmax-va为所述va对应的正钳位状态下的调制波变量，所述vmin-va为所述va对应的负钳位状态下的调制波变量，所述K*(vmax/2+vmin/2-va)为所述va对应的切换状态下的调制波变量；根据所述vmax、所述vmin、所述共模分量变化速率调节系数K及所述三相初始调制波中的第二相初始调制波vb，计算得到所述vb对应的调制波集合{vmax-vb，K*(vmax/2+vmin/2-vb)，vmin-vb}，所述vmax-vb为所述vb对应的正钳位状态下的调制波变量，所述vmin-vb为所述vb对应的负钳位状态下的调制波变量，所述K*(vmax/2+vmin/2-vb)为所述vb对应的切换状态下的调制波变量；根据所述vmax、所述vmin、所述共模分量变化速率调节系数K及所述三相初始调制波中的第二相初始调制波vc，计算得到所述vc对应的调制波集合{vmax-vc，K*(vmax/2+vmin/2-vc)，vmin-vc}，所述vmax-vc为所述vc对应的正钳位状态下的调制波变量，所述vmin-vc为所述vc对应的负钳位状态下的调制波变量，所述K*(vmax/2+vmin/2-vc)为所述vc对应的切换状态下的调制波变量；根据所述va、所述vb和所述vc对应的调制波集合，得到所述三相初始调制波对应的调制波集合{vmax-va，vmax-vb，vmax-vc，K*(vmax/2+vmin/2-va)，K*(vmax/2+vmin/2-vb)，K*(vmax/2+vmin/2-vc)，vmin-va，vmin-vb，vmin-vc}；对所述共模调制波集合中每一个调制波变量取绝对值，选择绝对值最小的调制波变量作为共模调制波。4.根据权利要求1至3中任一项所述的脉冲宽度调制方法，其特征在于，所述将所述三相初始调制波与所述共模调制波进行波形叠加，得到三相输出调制波，包括：将所述三相初始调制波中的每一相初始调制波分别与所述共模调制波进行一一对应的波形叠加，得到三相输出调制波。5.根据权利要求4所述的脉冲宽度调制方法，其特征在于，所述获取三相初始调制波及变流器调制度，包括：获取三相电网电压、三相电流及预设载波幅值；对所述三相电网电压进行锁相处理，得到旋转坐标系相位；根据所述旋转坐标系相位，对所述三相电流进行坐标变换，得到旋转坐标系电流；获取所述三相电流坐标变换的预设电流参考值，并计算所述预设电流参考值与所述旋转坐标系电流的差值，得到电流差值；通过比例积分PI调节器对所述电流差值进行处理，得到旋转坐标系调节分量；对所述旋转坐标系调节分量进行反坐标变换，得到三相初始调制波；获得所述三相初始调制波的调制波幅值，并根据所述调制波幅值和所述预置载波幅值的比值，得到变流器调制度。6.一种脉冲宽度调制系统，应用于三相变流器，其特征在于，所述系统包括：获取模块，用于获取三相初始调制波及变流器调制度；计算模块，用于根据预设调制参数和所述变流器调制度计算得到共模分量变化速率调节系数，所述预设调制参数包括所述三相变流器的预置最大调制度、预置最小调制度、预置正负钳位状态之间共模量变化最小速率、预置正负钳位状态之间共模量变化最大速率与最小速率的差值...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘方诚，辛凯，郭海滨，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44