[發明專利]三電平變流器輸出電壓諧波的分析方法

有效

• 申請號: 201510040851.3
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104660082B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 姜建國;李洪亮;羅*;喬樹通
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及電力電子功率變換器技術領域，特別涉及一種三電平變流器輸出電壓諧波的分析方法。

背景技術

與傳統兩電平逆變器相比，二極管鉗位式三電平逆變器具有開關管所承受的電壓應力小，輸出電壓諧波含量少等優點。在高壓大功率領域，三電平變流器得到了廣泛應用，擁有較好的發展前景。

電壓型變流器的輸出特性主要取決于調制算法。目前變流器的調制方法主要是脈沖寬度調制(PWM)，包含正弦脈沖寬度調制(SPWM)和空間矢量脈沖寬度調制(SVPWM)兩種。較SPWM調制算法而言，SVPWM以其電壓利用率高，輸出電壓諧波含量少等優點，在實際系統中得到了更為廣泛的應用。

然而無論采用何種調制方式，變流器輸出的都是含有豐富諧波含量的脈沖寬度調制波，而無論是四象限脈沖寬度調制整流器還是脈沖寬度調制逆變器都希望變流器輸出的是正弦波。因此對變流器輸出的PWM波形中各次諧波含量的分析就顯得尤為關鍵。有文獻對兩電平SVPWM變流器輸出的諧波含量進行了分析。由于輸出電壓矢量的數量決定了三電平SVPWM調制要比兩電平SVPWM調制復雜的多。所以并不能簡單將兩電平PWM諧波分析方法直接推廣到三電平中。

因此如何進行三電平脈沖寬度調制諧波的分析成為目前亟待解決的問題之一。

發明內容

本發明的技術方案解決的技術問題是變流器采用三電平脈沖寬度調制算法時，對其輸出電壓的諧波進行分析。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案，一種三電平變流器輸出電壓諧波的分析方法，包括：

在K、L坐標系下，確定參考電壓矢量所在的扇區；

在所述K、L坐標系下，基于伏秒平衡關系確定基本電壓矢量的作用時間，所述基本電壓矢量由所述三電平變流器輸出；

根據載波的一個載波周期內開關次數最少原則，推導出空間矢量脈沖寬度調制算法的基本電壓矢量的占空比；

根據所述占空比計算每個載波周期內的開通時刻和關斷時刻，并結合電壓波形的周期性，對所述電壓波形進行傅里葉分解，得到基波和各次諧波幅值。

可選的，L軸為水平方向，K軸沿所述L軸逆時針旋轉120°形成所述K、L坐標系。

可選的，所述在K、L坐標系下，確定參考電壓矢量所在的扇區包括：通過所述參考電壓矢量向所述K、L坐標系上的投影值確定所述參考電壓矢量所在的扇區。

可選的，所述在所述K、L坐標系下，基于伏秒平衡關系確定基本電壓矢量的作用時間包括：根據所述伏秒平衡關系列出電壓矢量和作用時間的關系，基于所述電壓矢量和作用時間的關系確定所述K、L坐標系下所述基本電壓矢量的作用時間，所述電壓矢量包括所述基本電壓矢量和所述參考電壓矢量。

可選的，所述根據載波的一個載波周期內開關次數最少原則，推導出空間矢量脈沖寬度調制算法的基本電壓矢量的占空比包括：根據一個所述載波周期內開關次數最少原則和空間矢量脈沖寬度調制算法，分配所述基本電壓矢量的作用順序，并確定所述基本電壓矢量的占空比。

可選的，所述根據所述占空比計算每個載波周期內的開通時刻和關斷時刻包括：結合所述占空比和空間矢量脈沖寬度調制算法確定每個相絕緣柵雙極型晶體管在各個載波周期內的開通時刻和關斷時刻；所述結合電壓波形的周期性，對所述電壓波形進行傅里葉分解，得到基波和各次諧波幅值包括：在一個調制波周期內結合所述開通時刻和關斷時刻對輸出的電壓波形進行傅里葉分解，得出所述基波和各次諧波的幅值。

可選的，調制波的波形為馬鞍波形，所述載波的波形為三角波形，所述調制波的周期大于所述載波的周期。

可選的，所述電壓波形由變流器輸出，所述電壓波形為脈沖寬度調制波形。

本發明采取以上技術方案，與現有技術相比，具有以下優點：

根據數字電路的特點，推導了基本電壓矢量的占空比。對三電平變流器輸出電壓諧波進行了傅里葉分析，比較巧妙的得到了基波和各次諧波的表達式。與傳統獲取三電平變流器輸出電壓諧波的方法相比，該方法計算簡單，避免了大量的數學運算。而且更適用于對數字電路輸出電壓諧波的分析。基波和諧波的數學表達式將為變流器控制、各種調制算法優劣對比、濾波器的設計等提供重要的理論依據。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的三電平變流器輸出電壓諧波的分析方法的流程圖；

圖2是本發明實施例提供的三電平逆變器主電路拓撲結構圖；

圖3是本發明實施例提供的三電平電壓空間矢量圖；

圖4是本發明實施例提供的圖3所示的扇區I中的矢量分布圖；