一种精确的预测单相电压源型逆变器输出谐波的方法技术

本发明专利技术公开了一种精确预测单相电压源型逆变器输出谐波的方法，其方法步骤为：逆变器模型进行调制优化，使之更加贴近于实际；分析调制优化过程，从时域上分析出数字化和死区效应对输出电压的影响；运用双重傅里叶级数在频域上对输出谐波进行计算；结合实际过程会存在的电流过零问题对算法进行优化，最终得到一个可以精确预测输出谐波的算法。本发明专利技术的有益效果：本发明专利技术能够精确的计算出电压源型逆变器的输出电压谐波的具体幅值和相位，以方便之后的谐波补偿，最终使电能质量得到提高，在充分考虑数字化和死区效应两个非线性因素对输出电压的影响后建立了一个更加贴近于实际的逆变器模型，可算出输出电压谐波的各次谐波的具体幅值和相位。幅值和相位。幅值和相位。

【技术实现步骤摘要】
一种精确的预测单相电压源型逆变器输出谐波的方法


[0001]本专利技术涉及电力电子功率器件
，尤其是一种精确预测单相电压源型逆变器输出谐波的方法。

技术介绍

[0002]在过去的几十年里，电压源逆变器在工业领域中有着广泛的应用，例如电机驱动、变频器、柔性输电和可再生能源的并网系统中。然而，由于数字控制器的使用和逆变器结构本身存在的死区效应，使输出谐波同时受这两个非线性因素的影响而变得更加复杂。为了更好的抑制谐波，提高输出电能质量，国内外的学者们对谐波抑制的方法进行了大量的研究。大致可以分为三类：控制器的使用、滤波器的设计以及基于精确谐波计算的反向补偿。但无论哪种方法，建立一个更贴近于实际的电压源型逆变器模型并能准确计算出输出谐波的含量，将有助于改善电能质量，减少谐波。
[0003]然而，由于现有的逆变器模型和对输出谐波的计算只能够定性的分析各次谐波的含量并不能满足精确计算的要求，从而使谐波的反向补偿方法的实际使用效果并不能达到预期的效果。
[0004]因此，针对上述问题提出一种精确预测单相电压源型逆变器输出谐波的方法。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种精确预测单相电压源型逆变器输出谐波的方法，以解决上述问题。
[0006]一种精确预测单相电压源型逆变器输出谐波的方法，其方法步骤为：
[0007]步骤1：逆变器模型进行调制优化，使之更加贴近于实际；
[0008]步骤2：分析调制优化过程，从时域上分析出数字化和死区效应对输出电压的影响；
[0009]步骤3：运用双重傅里叶级数在频域上对输出谐波进行计算；
[0010]步骤4：结合实际过程会存在的电流过零问题对算法进行优化，最终得到一个可以精确预测输出谐波的算法。
[0011]其中步骤1中的逆变器调制优化过程中为：调制波形u
im
经过一个采样周期为T
s
的数字控制器，得到一个的数字控制信号u
m
(kT
s
)；经过零阶保持器后，得到连续的调制波形u
m
；
[0012]当调制波幅值大于载波时，S1和S4打开，S2和S3关闭；否则，开关状态相反；否则，开关状态相反；为了防止同一时间，在同一桥臂上的两个管子同时导通，为此引入了死区时间Δt；当晶体管即将导通时加入死区时间，使其延迟开通。在此期间，同一臂的两个晶体管处于关断的状态，二极管续流；输出电压的极性取决于输出电流i
L
的方向；在死区时间内，如果i
L
＞0，电流流过二极管D2,D3，输出电压为
‑
V
dc
。反之，如果i
L
＜0，则电流流过二极管D1,D4，输出电压为V
dc
；实际逆变过程中数字控制器和死区时间影响下的输出电压u
o
；其中k为采样
的个数，V
dc
是电压源，L是电抗器，ZL为感性负载。
[0013]其中步骤3的输出谐波计算方法为：根据傅里叶变换理论，任何时变函数都可以表示为谐波分量的总和，接着运用双重傅里叶级数来计算输出电压，形式如下：
[0014][0015][0016][0017]然后求得调制波和载波的交点坐标为：
[0018][0019][0020]当使用数字控制器时，采样点固定在x
r
＝2pπ,x
f
＝(2p
‑
1)π，P是任意的自然数，采样时刻对应的调制波形相位角y
r
和y
f
可表示为：
[0021][0022][0023]其中N＝ω
c
/ω
m
定义为载波比，进一步推导可得：
[0024][0025][0026]从而可以得到交点坐标为：
[0027][0028][0029]将其带入到双重傅里叶级数中可以得到：
[0030][0031]用第一类贝塞尔函数进一步导出方程求出：
[0032][0033]其中
[0034]从以上的公式可以求得经过数字化后的输出电压表达式。
[0035]其中死区时间坐标：
[0036][0037][0038]然后，可以得到死区时间误差电压系数ΔC
mn
的积分表达式为：
[0039][0040]该公式可以使用Jacobi
‑
Anger展开进一步推导出如下公式：
[0041][0042]其中
[0043]综上，输出电压的表达式可以表示为：
[0044]u
o
＝u
d
+Δu
Δt
[0045]通过上述算法可以精确的计算出各次谐波的具体幅值和相位，并且考虑实际中会存在电流过零的问题，将相应的脉冲进行反向消除后，可以时计算结果更加精确，最终通过实际实验验证了算法的准确性。
[0046]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术能够精确的计算出电压源型逆变器的输出电压谐波的具体幅值和相位，以方便之后的谐波补偿，最终使电能质量得到提高，在充分考虑数字化和死区效应两个非线性因素对输出电压的影响后建立了一个更加贴近于实际的逆变器模型，基于双重傅里叶级数开发的算法可以很准确的算出输出电压谐波的各次谐波的具体幅值和相位。
附图说明
[0047]图1为本专利技术的电压源型逆变器结构拓扑原理图；
[0048]图2和图3为本专利技术的死区效应示意图；
[0049]图4至图10为本专利技术的逆变器调制过程示意图。
具体实施方式
[0050]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0051]如图1并结合图2至图10所示，一种精确预测单相电压源型逆变器输出谐波的方法，其方法步骤为：
[0052]步骤1：逆变器模型进行调制优化，使之更加贴近于实际；
[0053]步骤2：分析调制优化过程，从时域上分析出数字化和死区效应对输出电压的影
响；
[0054]步骤3：运用双重傅里叶级数在频域上对输出谐波进行计算；
[0055]步骤4：结合实际过程会存在的电流过零问题对算法进行优化，最终得到一个可以精确预测输出谐波的算法。
[0056]其中步骤1中的逆变器调制优化过程中为：调制波形u
im
经过一个采样周期为T
s
的数字控制器，得到一个的数字控制信号u
m
(kT
s
)；经过零阶保持器后，得到连续的调制波形u
m
；
[0057]当调制波幅值大于载波时，S1和S4打开，S2和S3关闭；否则，开关状态相反；否则，开关状态相反；为了防止同一时间，在同一桥臂上的两个管子同时导通，为此引入了死区时间Δt；当晶体管即将导通时加入死区时间，使其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种精确预测单相电压源型逆变器输出谐波的方法，其特征在于：其方法步骤为：步骤1：逆变器模型进行调制优化，使之更加贴近于实际；步骤2：分析调制优化过程，从时域上分析出数字化和死区效应对输出电压的影响；步骤3：运用双重傅里叶级数在频域上对输出谐波进行计算；步骤4：结合实际过程会存在的电流过零问题对算法进行优化，最终得到一个可以精确预测输出谐波的算法。2.如权利要求1所述的一种精确预测单相电压源型逆变器输出谐波的方法，其特征在于：其中步骤1中的逆变器调制优化过程中为：调制波形u
im
经过一个采样周期为T
s
的数字控制器，得到一个的数字控制信号u
m
(kT
s
)；经过零阶保持器后，得到连续的调制波形u
m
；当调制波幅值大于载波时，S1和S4打开，S2和S3关闭；否则，开关状态相反；否则，开关状态相反；在同一桥臂上的两个管子同时导通，引入死区时间Δt；当晶体管即将导通时加入死区时间，使其延迟开通；同一臂的两个晶体管处于关断的状态，二极管续流；输出电压的极性取决于输出电流i
L
的方向；在死区时间内，如果i
L
＞0，电流流过二极管D2,D3，输出电压为
‑
V
dc
；反之，如果i
L
＜0，则电流流过二极管D1,D4，输出电压为V
dc
；实际逆变过程中数字控制器和死区时间影响下的输出电压u
o
；其中k为采样的个数，V
dc
是电压源，L是电抗器，ZL为感性负载。3.如权利要求1所述的一种精确预测单相电压源型逆变器输出谐波的方法，其特征在于：其中步骤3的输出谐波计算方法为：根据傅里叶变换理论，任...

【专利技术属性】
技术研发人员：张智雄，
申请(专利权)人：武汉高仕达电气有限公司，
类型：发明
国别省市：