抑制高开关频率碳化硅逆变器低频谐波的双载波调制方法技术

本发明专利技术公开一种高开关频率碳化硅逆变器的低频谐波抑制调制方法，主电路连接有抑制低频谐波的双载波调制模块和电流极性提取模块，主电路中三相输出电流输入至电流极性提取模块，获得三相基波电流，三相基波电流和三相调制波输入到抑制低频谐波的双载波调制模块，该模块输出六只碳化硅功率开关器件的驱动信号至主电路，构成了整个抑制高开关频率碳化硅逆变器低频谐波的双载波调制方法的控制环路。采用双载波与调制波比较获得驱动信号，在上下管驱动信号之间加入驱动空缺区，不需要额外加入开通延时环节来获得死区，控制环路不存在开通延时导致的延时环节，加入电流极性提取模块，根据电流极性改变双载波的幅值，达到抑制高开关频率碳化硅逆变器低频谐波的目的。

Double carrier modulation method for suppressing low frequency harmonics of high switching frequency silicon carbide inverter

【技术实现步骤摘要】
抑制高开关频率碳化硅逆变器低频谐波的双载波调制方法
本专利技术涉及电力电子
，具体的说，是一种抑制高开关频率碳化硅逆变器低频谐波的双载波调制方法。
技术介绍
碳化硅功率开关器件的开关频率可以大于100kHz，能够进一步提高逆变器的功率密度，减小逆变器整机体积。若采用含有死区的传统调制方式，输出电压会产生与电流方向相关的误差电压脉冲，进而导致输出电流含有5次、7次等低频电流谐波。在传统调制方法中，普遍采用单一载波与调制波比较获得驱动信号。为防止碳化硅逆变器发生直通短路故障，通常通过开通延时环节在上下管驱动信号之间加入死区。但通过开通延时环节加入死区，控制环路会存在与死区时间相同的延时环节，影响碳化硅逆变器的闭环控制性能。死区对于传统低开关频率的逆变器影响较小，往往可以忽略其对输出电压的影响。但开关频率越高，死区导致的低频电流谐波越严重。因此，对于高开关频率碳化硅逆变器，急需一种能够减小调制延时并且抑制低频电流谐波的调制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术问题，提出一种抑制高开关频率碳化硅逆变器低频谐波的双载波调制方法，采用双载波与调制波比较获得驱动信号，在上下管驱动信号之间加入驱动空缺区，不需要额外加入开通延时环节来获得死区，并且控制环路不存在开通延时导致的延时环节，在此基础上，加入电流极性提取模块，根据电流极性改变双载波的幅值，达到抑制高开关频率碳化硅逆变器低频谐波的目的。本专利技术是以如下技术方案实现的：一种抑制高开关频率碳化硅逆变器低频谐波的双载波调制方法，高开关频率碳化硅逆变器主电路连接有抑制低频谐波的双载波调制模块和电流极性提取模块，高开关频率碳化硅逆变器主电路和两个模块进行信号交换，共同组成了抑制高开关频率碳化硅逆变器低频谐波的双载波调制方法，高开关频率碳化硅逆变器主电路中三相输出电流ia、ib、ic输入至电流极性提取模块，获得三相基波电流ia*、ib*、ic*，三相基波电流ia*、ib*、ic*和三相调制波ua*、ub*、uc*输入到抑制低频谐波的双载波调制模块，该模块输出六只碳化硅功率开关器件的驱动信号Sa+、Sa–、Sb+、Sb–、Sc+、Sc–至高开关频率碳化硅逆变器主电路，构成了整个抑制高开关频率碳化硅逆变器低频谐波的双载波调制方法的控制环路。优选的，在高开关频率碳化硅逆变器主电路拓扑中，Vdc和Cdc分别为高开关频率碳化硅逆变器的直流母线电压和直流母线电容；Qa+、Qa–、Qb+、Qb–、Qc+、Qc–为六只碳化硅功率开关器件；Sa+、Sa–、Sb+、Sb–、Sc+、Sc–分别为六只碳化硅功率开关器件的驱动信号；CSa、CSb、CSc为三相电流传感器，用于测得三相输出电流ia、ib、ic；La、Lb、Lc为三相滤波电感；Ra、Rb、Rc为三相负载电阻，在高开关频率碳化硅逆变器中Sa+、Sa–、Sb+、Sb–、Sc+、Sc–的高低电平状态控制Qa+、Qa–、Qb+、Qb–、Qc+、Qc–的开通关断状态，从而将直流电压Vdc变换为交流电压va、vb、vc，作用于三相滤波电感La、Lb、Lc和三相负载电阻Ra、Rb、Rc上，产生三相输出电流ia、ib、ic。优选的，在抑制低频谐波的双载波调制模块结构中，ua*、ub*、uc*为三相调制波；ia*、ib*、ic*为三相基波电流；Sela、Selb、Selc为三相选择开关，每相开关有4个端子；Opa、Opb、Opc为三相选择开关Sela、Selb、Selc的4号端子输出的信号；以a相选择开关为例，当2号端子的输入信号a相给定电流ia*>0时，4号端子将连接1号端子；反之，当ia*<0时，4号端子将连接3号端子；原始载波Cr0上移Δu*/2获得正载波Cr+，原始载波Cr0下移Δu*/2获得负载波Cr–，Δu*/2分别输入到Sela、Selb、Selc的1号端子，Δu*/2取反后分别输入到Sela、Selb、Selc的3号端子；三相给定电流ia*、ib*、ic*分别输入到Sela、Selb、Selc的2号端子；三相选择开关Sela、Selb、Selc的4号端子输出Opa、Opb、Opc；正载波Cr+与Opa叠加后ua*与比较，若ua*较大则输出Sa+为高电平，若ua*较小则输出Sa+为低电平；负载波Cr–与Opa叠加后ua*与比较，若ua*较大则输出Sa–为高电平，若ua*较小则输出Sa–为低电平；正载波Cr+与Opb叠加后ub*与比较，若ub*较大则输出Sb+为高电平，若ub*较小则输出Sb+为低电平；负载波Cr–与Opb叠加后ub*与比较，若ub*较大则输出Sb–为高电平，若ub*较小则输出Sb–为低电平；正载波Cr+与Opc叠加后uc*与比较，若uc*较大则输出Sc+为高电平，若uc*较小则输出Sc+为低电平；负载波Cr–与Opc叠加后uc*与比较，若uc*较大则输出Sc–为高电平，若uc*较小则输出Sc–为低电平。优选的，在电流极性提取模块中，包含了电流角度提取模块、CLARK变换模块、PARK变换模块、低通滤波器LP、PARK反变换模块、CLARK反变换模块；三相输出电流ia、ib、ic通过CLARK变换模块得到αβ静止坐标系下的电流iα和iβ；αβ静止坐标系下的电流iα和iβ通过PARK变换模块得到dq旋转坐标系下的电流id和iq；dq旋转坐标系下滤波后的电流id*和iq*通过PARK反变换模块得到αβ静止坐标系下的基波电流iα*和iβ*；αβ静止坐标系下的基波电流iα*和iβ*通过CLARK反变换模块得到三相基波电流ia*、ib*、ic*；低通滤波器LP用于滤除dq旋转坐标系下的电流id和iq的高频谐波，消除高频谐波对电流极性判断的影响；在电流角度提取模块中，id与给定值0相减；通过比例积分调节器PI后，与基准角度100π相加；进而通过积分环节1/s进行积分，通过取余模块最终获得在0到2π之间的角度θ。优选的，比例积分调节器PI的表达式为：式(2)中，kp为比例系数，ki为积分系数。优选的，CLARK变换模块的计算公式为：优选的，PARK变换模块的计算公式为：优选的，本专利技术中采用的低通滤波器LP公式为：式中，ωn为截止角频率，取为200πrad/s；ζ为阻尼比，取为0.707。优选的，PARK反变换模块的计算公式为：优选的，CLARK反变换的计算公式为：本专利技术与现有技术相比的有益效果为：1)与传统单载波的调制方法不同，本专利技术通过双载波与调制波比较获得驱动空缺区，代替传统开通延时产生的死区，避免直通短路的同时，能够有效减小高开关频率碳化硅逆变器的控制环路延时；2)本专利技术分析了双载波调制时的误差脉冲，通过对双载波的幅值进行调整，消除了误差脉冲，误差脉冲的消除能够有效抑制高开关频率碳化硅逆变器的低频电流谐波。附图说明图1高开关频率碳化硅逆变器主电路拓扑图；图2ia&g本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制高开关频率碳化硅逆变器低频谐波的双载波调制方法，其特征在于：高开关频率碳化硅逆变器主电路连接有抑制低频谐波的双载波调制模块和电流极性提取模块，高开关频率碳化硅逆变器主电路和两个模块进行信号交换，共同组成了抑制高开关频率碳化硅逆变器低频谐波的双载波调制方法，高开关频率碳化硅逆变器主电路中三相输出电流i

【技术特征摘要】
1.一种抑制高开关频率碳化硅逆变器低频谐波的双载波调制方法，其特征在于：高开关频率碳化硅逆变器主电路连接有抑制低频谐波的双载波调制模块和电流极性提取模块，高开关频率碳化硅逆变器主电路和两个模块进行信号交换，共同组成了抑制高开关频率碳化硅逆变器低频谐波的双载波调制方法，高开关频率碳化硅逆变器主电路中三相输出电流ia、ib、ic输入至电流极性提取模块，获得三相基波电流ia*、ib*、ic*，三相基波电流ia*、ib*、ic*和三相调制波ua*、ub*、uc*输入到抑制低频谐波的双载波调制模块，该模块输出六只碳化硅功率开关器件的驱动信号Sa+、Sa–、Sb+、Sb–、Sc+、Sc–至高开关频率碳化硅逆变器主电路，构成了整个抑制高开关频率碳化硅逆变器低频谐波的双载波调制方法的控制环路。


2.根据权利要求1所述的抑制高开关频率碳化硅逆变器低频谐波的双载波调制方法，其特征在于：在高开关频率碳化硅逆变器主电路拓扑中，Vdc和Cdc分别为高开关频率碳化硅逆变器的直流母线电压和直流母线电容；Qa+、Qa–、Qb+、Qb–、Qc+、Qc–为六只碳化硅功率开关器件；Sa+、Sa–、Sb+、Sb–、Sc+、Sc–分别为六只碳化硅功率开关器件的驱动信号；CSa、CSb、CSc为三相电流传感器，用于测得三相输出电流ia、ib、ic；La、Lb、Lc为三相滤波电感；Ra、Rb、Rc为三相负载电阻，在高开关频率碳化硅逆变器中Sa+、Sa–、Sb+、Sb–、Sc+、Sc–的高低电平状态控制Qa+、Qa–、Qb+、Qb–、Qc+、Qc–的开通关断状态，从而将直流电压Vdc变换为交流电压va、vb、vc，作用于三相滤波电感La、Lb、Lc和三相负载电阻Ra、Rb、Rc上，产生三相输出电流ia、ib、ic。


3.根据权利要求2所述的抑制高开关频率碳化硅逆变器低频谐波的双载波调制方法，其特征在于：在抑制低频谐波的双载波调制模块结构中，ua*、ub*、uc*为三相调制波；ia*、ib*、ic*为三相基波电流；Sela、Selb、Selc为三相选择开关，每相开关有4个端子；Opa、Opb、Opc为三相选择开关Sela、Selb、Selc的4号端子输出的信号；以a相选择开关为例，当2号端子的输入信号a相给定电流ia*>0时，4号端子将连接1号端子；反之，当ia*<0时，4号端子将连接3号端子；
原始载波Cr0上移Δu*/2获得正载波Cr+，原始载波Cr0下移Δu*/2获得负载波Cr–，Δu*/2分别输入到Sela、Selb、Selc的1号端子，Δu*/2取反后分别输入到Sela、Selb、Selc的3号端子；三相给定电流ia*、ib*、ic*分别输入到Sela、Selb、Selc的2号端子；三相选择开关Sela、Selb、Selc的4号端子输出Opa、Opb、Opc；
正载波Cr+与Opa叠加后ua*与比较，若ua*较大则输出Sa+为高电平，若ua*较小则输出Sa+为低电平；...

【专利技术属性】
技术研发人员：严庆增，肖浪涛，孙鹏霄，赵仁德，徐海亮，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37