一种NPC三电平逆变器区间扩展混合载波调制方法技术

本发明专利技术公开了一种NPC三电平逆变器区间扩展混合载波调制方法。对逆变器输出的基波周期内，对零序电压注入载波调制方法调制情况下的零序电压和参考电压的分布进行分析，将参考电压的工作区间分为中点电压不可控区间和中点电压可控区间；根据分布情况，将零序电压注入载波调制方法与双调制波载波调制方法进行混合构建混合载波调制方式对逆变器进行混合调制。本发明专利技术对零序电压注入载波调制方法的作用区间进行扩展，进行扩展混合载波调制，优化开关频率，确定最优扩展模式，在开关频率优化能力相同时实现电容电压波动幅值的最小化。力相同时实现电容电压波动幅值的最小化。力相同时实现电容电压波动幅值的最小化。

【技术实现步骤摘要】
一种NPC三电平逆变器区间扩展混合载波调制方法


[0001]本专利技术属于驱动电机的功率变换器调制领域的一种逆变器调制方法，其涉及一种基于混合载波调制的NPC三电平逆变器区间扩展混合载波调制方法，以实现NPC三电平逆变器开关频率与中点电压的均衡控制。

技术介绍

[0002]中点箝位(neutral
‑
point
‑
clamped，NPC)三电平逆变器广泛应用于光伏风力发电、牵引传动、超深井提升等领域，解决了中、高压大功率场合所面临的诸多问题。与两电平逆变器相比三电平逆变器开关器件的电压应力小,输出电压质量高，逆变效率高等优点。
[0003]传统的正弦脉宽调制方法与空间矢量脉宽调制方法(SVPWM)作用于NPC三电平逆变器会导致直流侧电容充、放电不平衡。因此中点电压平衡成为逆变器主要研究问题。基于载波调制解决该问题的控制方法主要有：零序电压注入载波调制(Zero Sequence Voltage Injection Carrier
‑
Based Pulse width Modulation，ZSV
‑
CBPWM)方法、双调制波载波调制(Double Modulation Wave Carrier
‑
Based Pulse width Modulation，DMW
‑
CBPWM)方法和混合载波调制(Hybrid Carrier
‑
Based Pulse width Modulation，HPWM)方法。其中，ZSV
‑
CBPWM方法通过向参考电压叠加零序电压来实现中点电压的平衡控制。采用三相对称的零序电压不仅提高了直流电压利用率还可以保持线电压不变。并且当零序电压呈现三倍基波频率变化形式时可以有效降低输出电压的谐波含量。DMW
‑
CBPWM方法通过特定的方式将单调制波分解为正、负调制波，解决了任意调制度和功率因数下电容电压低频波动的问题。缺点是逆变器开关频率大幅度增加。值得注意的是，传统DMW
‑
CBPWM虽然可以降低中点电压波动，但是会导致电容电压持续偏移。HPWM方法是多种载波调制方法共同作用的调制方法。根据各类调制方法的特点并以特定方式进行混合，进而实现中点电压与开关频率的均衡控制。缺点是受调制度与功率因数影响较大，将导致中点电压平衡能力或开关频率优化能力下降。
[0004]现如今学者们在ZSV
‑
CBPWM与DMW
‑
CBPWM的基础上提出了很多优化控制方法和混合调制方法，虽然能有在一定程度上降低中点电压的波动，但是逆变器开关频率和中点电压平衡性能间的存在一定的制约。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种NPC三电平逆变器区间扩展混合载波调制方法。本专利技术基于HPWM调制方法，解决了NPC三电平逆变器运行在高调制度或低功率因数工况时开关频率过高的问题，并且确定了最优扩展区间分布模式。在开关频率优化能力相同时实现电容电压波动幅值的最小化。
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]本专利技术设置了零序电压注入载波调制方法ZSV
‑
CBPWM与双调制波载波调制方法DMW
‑
CBPWM共同作用的混合载波调制，工作在高调制度或低功率因数时，使得逆变器开关频
率显著增加，通过扩展零序电压注入载波调制方法ZSV
‑
CBPWM方法的作用区间进而优化开关频率。
[0008]所述方法具体包含以下步骤：
[0009]1)在NPC三电平逆变器输出的基波周期内，对零序电压注入载波调制方法ZSV
‑
CBPWM调制情况下的零序电压和参考电压的分布进行分析，将参考电压的工作区间分为中点电压不可控区间和中点电压可控区间；
[0010]所述的NPC三电平逆变器包括直流侧、交流侧和三相桥臂，直流侧包括两个支撑电容和输入电压，两个支撑电容串联后连接到直流侧的输入电压的两端，两个支撑电容之间处的电压作为中点电压；每相桥臂由四个功率开关管和两个箝位二极管组成，四个功率开关管串联，两个箝位二极管串联后再并联到中间的两个功率开关管上，交流侧包括三个负载分别连接到每相桥臂中间的两个功率开关管之间。
[0011]所述的中点电压不可控区间是指由于调制度过高或者功率因数过低等原因导致无法控制NPC三电平逆变器的中点电压到零的参考电压区间。
[0012]2)根据中点电压可控区间和中点电压不可控区间的分布情况，将零序电压注入载波调制方法ZSV
‑
CBPWM与双调制波载波调制方法DMW
‑
CBPWM进行混合构建混合载波调制方式对NPC三电平逆变器进行混合调制。
[0013]所述的步骤1)具体为：将单位基波周期内的正弦参考电压分为六个区域，每个区域间隔为60
°
；
[0014]在每个区域中，按照以下公式反求解计算获得中点电压不可控区间的位置角，再计算作为中点电压不可控区间的宽度θ2‑
θ1，从而确定中点电压不可控区间：
[0015][0016][0017][0018]其中，θ0表示零序电压的相位角分段阈值；θ1、θ2分别表示区域中中点电压不可控区间的两侧位置角，表示功率因数，θ表示参考电压的相位角，m表示调制度；
[0019]确定中点电压不可控区间的位置角和宽度即确定了中点电压不可控区间，根据中点电压不可控区间的位置角和宽度设置单位基波周期内的中点电压不可控区间为：
[0020]θ1+(n
‑
1)*60
°
≤θ≤θ2+(n
‑
1)*60
°
[0021]其中，n表示区域的序数；
[0022]区域中除了中点电压不可控区间以外的剩余部分作为中点电压可控区间。
[0023]在每个区域中，按照以下公式根据参考电压计算获得零序电压注入载波调制方法ZSV
‑
CBPWM的零序电压，且将零序电压分为两段：
[0024][0025][0026]其中，v
01
表示注入到参考电压的第一零序电压，v
02
表示注入到参考电压的第二零序电压；表示功率因数，θ表示参考电压的相位角，m表示调制度；
[0027]按照以下公式在区域内设置中点电压平衡的唯一零序电压，后续将零序电压v
0z
注入到正弦参考信号中，得到ZSV
‑
CBPWM的参考电压信号，表示为：
[0028][0029][0030]其中，θ0表示零序电压的相位角分段阈值；第一零序电压v
01
与第二零序电压v
02
相交于相位角分段阈值θ0。
[0031]当调制度m大于实现中点电压平衡的最大调制度m
cmax
，且功率因数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NPC三电平逆变器区间扩展混合载波调制方法，其特征在于：所述方法具体包含以下步骤：1)在NPC三电平逆变器输出的基波周期内，对零序电压注入载波调制方法ZSV
‑
CBPWM调制情况下的零序电压和参考电压的分布进行分析，将参考电压的工作区间分为中点电压不可控区间和中点电压可控区间；2)根据中点电压可控区间和中点电压不可控区间的分布情况，将零序电压注入载波调制方法ZSV
‑
CBPWM与双调制波载波调制方法DMW
‑
CBPWM进行混合构建混合载波调制方式对NPC三电平逆变器进行混合调制。2.根据权利要求1所述的一种NPC三电平逆变器区间扩展混合载波调制方法，其特征在于：所述的步骤1)具体为：将单位基波周期内的参考电压分为六个区域，每个区域间隔为60
°
；在每个区域中，按照以下公式反求解计算获得中点电压不可控区间的位置角，再计算作为中点电压不可控区间的宽度θ2‑
θ1，从而确定中点电压不可控区间：，从而确定中点电压不可控区间：，从而确定中点电压不可控区间：其中，θ0表示零序电压的相位角分段阈值；θ1、θ2分别表示区域中中点电压不可控区间的两侧位置角，表示功率因数，θ表示参考电压的相位角，m表示调制度；根据中点电压不可控区间的位置角和宽度设置单位基波周期内的中点电压不可控区间为：θ1+(n
‑
1)*60
°
≤θ≤θ2+(n
‑
1)*60
°
其中，n表示区域的序数；区域中除了中点电压不可控区间以外的剩余部分作为中点电压可控区间。3.根据权利要求1所述的一种NPC三电平逆变器区间扩展混合载波调制方法，其特征在于：所述的步骤2)，具体为：当参考电压的相位角位于中点电压可控区间内时，采用零序电压注入载波调制方法ZSV
‑
CBPWM进行调制；当参考电压的相位角位于中点电压不可控区间内时，采用双调制波载波调制方法DMW
‑
CBPWM和零序电压注入载波调制方法ZSV
‑
CBPWM进行混合调制，具体地是将中点电压不可...

【专利技术属性】
技术研发人员：林治臣，张国政，谷鑫，阎彦，史婷娜，
申请(专利权)人：浙江大学先进电气装备创新中心，
类型：发明
国别省市：