一种电能变换模块的开关频率调制方法技术

本发明专利技术公开了一种电能变换模块的开关频率调制方法，根据开关频率颗粒度要求计算每个基波电周期开关频率调制次数，并设置开关频率初始数组，实时采集第n个区间的相电流，通过计算相电流纹波电流的有效值和峰值得到影响系统指标的纹波电流值，根据纹波电流限制值计算纹波电流偏差和开关频率扰动步长，得到下个基波电周期该区间的开关频率理想设置值，根据开关频率总阈值区间确定满足要求的开关频率实时限制范围，在开关频率实时限制范围内，利用随机因子进行开关频率的随机化，得到下个基波电周期该区间的开关频率设置值。采用该开关频率调制方法能改善多相电能变换模块的电磁兼容和振动噪声性能。容和振动噪声性能。容和振动噪声性能。

【技术实现步骤摘要】
一种电能变换模块的开关频率调制方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种电能变换模块的开关频率调制方法，适用于高电磁兼容和振动噪声性能要求的场所，特别适于孤网直流电站、船舶电力推进等大功率电能变换领域。

技术介绍

[0002]随着电力电子和自动控制技术的发展，PWM脉冲宽度调制技术广泛应用于各种电能变换系统中。PWM调制的基本思想是通过伏秒平衡准则调节脉冲宽度，实现高频脉冲对参考基波波形的等效，但也给电能变换模块带来开关损耗、高频电流纹波和电磁干扰等挑战。
[0003]在不影响电能质量的前提下，为解决传统变流器固定开关频率造成的副作用，众多学者利用开关频率这一重要自由度，通过推导开关频次纹波电流和开关频率之间的关系式，提出了一系列的变开关频率PWM调制方法。中国专利技术专利“一种三电平NPC变流器的随机开关频率调制方法”(CN 108092541 B)针对二极管嵌位型三电平变流器，通过预测PWM脉冲电压变化，得到了以纹波电流为控制目标的开关频率自适应策略。然而，现有的开关频率自适应调制方法仍有以下缺点：
[0004]1，由于铁心材料存在磁化曲线饱和非线性的特性，电能变换系统在电机等负载侧的电感值会随线圈电流发生变化，因此，基于固定电感参数的电流纹波预测会存在误差；即使结合电感与电流变化关系曲线，实时更新预测电感参数，仍无法保证电流纹波的预测精度，这些因素直接影响开关频率自适应调制的效果。
[0005]2，随着12相、24相等多相大功率电机的发展，电机同一槽内绕制的A1、A2等不同三相电机的线圈，电磁耦合紧密；而目前基于开关频次纹波电流预测的调制方法只适用于低耦合的绕组，无法满足高耦合多相绕组的要求。

技术实现思路

[0006]专利技术目的是针对以上问题，提出一种简单可靠、适于工程应用的电能变换模块的开关频率调制方法。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电能变换模块的开关频率调制方法，基于顺序连接的数组储存长度计算环节、纹波电流计算环节、开关频率梯度更新计算环节和开关频率随机计算环节组成的调制系统，步骤为：
[0008]步骤1，根据开关频率颗粒度θ
cell
要求，通过数组储存长度计算环节计算每个基波电周期开关频率调制次数N，并设置实时开关频率初始数组f
1,2,...N
：
[0009]步骤1.1，根据开关频率颗粒度θ
cell
要求，利用式N＝2π/θ
cell
计算每个基波电周期开关频率调制次数N；
[0010]步骤1.2，设置实时开关频率初始数组f
1,2,...N
＝[f
ideal
,f
ideal
,...f
ideal
]，其中f
ideal
为电能变换模块理想开关频率；
[0011]步骤2，实时采集某三相第n个区间的相电流，其中1≤n≤N，滤波得到该区间的开
关频次电流纹波，通过纹波电流计算环节计算得到相电流纹波电流的有效值i
ripple_rms
和峰值i
ripple_max
，最后根据系统指标要求得到纹波电流值i
ripple
；
[0012]步骤3，比较纹波电流值i
ripple
和纹波电流限制值i
limit
，通过开关频率梯度更新计算环节计算纹波电流偏差i
err
和开关频率扰动步长a，得到下个基波电周期该区间的开关频率理想设置值f
n0
，根据开关频率总阈值区间[f
min
,f
max
]确定满足要求的开关频率实时限制范围[f
min
‑
n
,f
max
‑
n
]，其中f
min
为电能变换模块开关频率最小值，f
max
为电能变换模块开关频率最大值，f
min
‑
n
为开第n个区间的开关频率最小值，f
max
‑
n
为第n个区间的开关频率最大值；
[0013]步骤4，在开关频率实时限制范围内，通过开关频率随机计算环节利用随机因子δ
random
进行开关频率的随机化，得到下个基波电周期该区间的开关频率设置值f
n
。
[0014]进一步，所述的步骤2具体包括：
[0015]步骤2.1，实时采集第n个区间的a、b、c三相电流i
a
、i
b
和i
c
，其中1≤n≤N；
[0016]步骤2.2，高通滤波得到该区间的a、b、c三相开关频次电流纹波i
ripple_a
、i
ripple_b
和i
ripple_c
，表示为：
[0017][0018]步骤2.3，根据i
ripple_a
、i
ripple_b
和i
ripple_c
计算得到相电流纹波电流的有效值i
ripple_rms
和峰值i
ripple_max
，计算式为：
[0019][0020]步骤2.4，根据系统指标要求得到纹波电流值i
ripple
。
[0021]更进一步，所述的步骤2.4中分两种情况：单一指标限制时纹波电流值i
ripple
＝αi
ripple
‑
max
+(1
‑
α)i
ripple
‑
rms
，其中α为指标分配因子，若仅考虑纹波电流的有效值要求则设置α＝0，若仅考虑纹波电流的峰值要求则设置α＝1；有效值和峰值双指标限制时纹波电流值i
ripple
＝max(i
ripple
‑
max
,i
ripple
‑
rms
)。
[0022]再进一步，所述的步骤3具体包括：
[0023]步骤3.1，比较纹波电流值i
ripple
和纹波电流限制值i
limit
，若i
ripple
＞i
limit
，转至步骤3.2，否则按照如下流程：设置f
min
‑
n
＝f
n
，f
max
‑
n
＝f
max
，然后转至步骤4，其中f
n
为基波电周期该区间的开关频率设置值，f
max
为电能变换模块开关频率最大值，f
min
‑
n
为开第n个区间的开关频率最小值，f
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电能变换模块的开关频率调制方法，基于数组储存长度计算环节(1)、纹波电流计算环节(2)、开关频率梯度更新计算环节(3)和开关频率随机计算环节(4)组成的调制系统，其特征在于：步骤为步骤1，根据开关频率颗粒度θ
cell
要求，通过数组储存长度计算环节(1)计算每个基波电周期开关频率调制次数N，并设置实时开关频率初始数组f
1,2,...N
：步骤1.1，根据开关频率颗粒度θ
cell
要求，利用式N＝2π/θ
cell
计算每个基波电周期开关频率调制次数N；步骤1.2，设置实时开关频率初始数组f
1,2,...N
＝[f
ideal
,f
ideal
,...f
ideal
]，其中f
ideal
为电能变换模块理想开关频率；步骤2，实时采集某三相第n个区间的相电流，其中1≤n≤N，滤波得到该区间的开关频次电流纹波，通过纹波电流计算环节(2)计算得到相电流纹波电流的有效值i
ripple_rms
和峰值i
ripple_max
，最后得到纹波电流值i
ripple
；步骤3，比较纹波电流值i
ripple
和纹波电流限制值i
limit
，通过开关频率梯度更新计算环节(3)计算纹波电流偏差i
err
和开关频率扰动步长a，得到下个基波电周期该区间的开关频率理想设置值f
n0
，根据开关频率总阈值区间[f
min
,f
max
]确定满足要求的开关频率实时限制范围[f
min
‑
n
,f
max
‑
n
]，其中f
min
为电能变换模块开关频率最小值，f
max
为电能变换模块开关频率最大值，f
min
‑
n
为开第n个区间的开关频率最小值，f
max
‑
n
为第n个区间的开关频率最大值；步骤4，在开关频率实时限制范围内，通过开关频率随机计算环节(4)利用随机因子δ
random
进行开关频率的随机化，得到下个基波电周期该区间的开关频率设置值f
n
。2.根据权利要求1所述的一种电能变换模块的开关频率调制方法，其特征在于，所述的步骤2具体包括：步骤2.1，实时采集第n个区间的a、b、c三相电流i
a
、i
b
和i
c
，其中1≤n≤N；步骤2.2，高通滤波得到该区间的a、b、c三相开关频次电流纹波i
ripple_a
、i
ripple_b
和i
ripple_c
，表示为：i
ripple_a
＝HPF(i
a
)i
ripple_b
＝HPF(i
b
)；i
ripple_c
＝HPF(i
c
)步骤2.3，根据i
ripple_a
、i
ripple_b
和i
ripple_c
计算得到相电流纹波电流的有效值i
ripple_rms
和峰值i
ripple_max
，计算式为：步骤2.4，根据系统指标要求得到纹波电流值i
ripple
。3.根据权利要求2所述的一种电能变换模块的开关频率调制方法，其特征在于，所述的步骤2.4中单一指标限制时纹波电流值i
ripple
＝αi
ripple
‑
ma...

【专利技术属性】
技术研发人员：何忠祥，毛台，郑海滨，李汶卒，赵彦琦，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：