[發明專利]一種基于有效開關時間的三相四開關逆變器脈寬調制方法

有效

• 申請號: 201610398904.3
• 申請日: 2016-06-07
• 公開（公告）號: CN105932894B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 孫丹;蘇均攀;周文志
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于逆變器控制技術領域，具體涉及一種基于有效開關時間的三相四開關逆變器脈寬調制方法。

背景技術

隨著電力電子器件及其控制技術的迅速發展，電力電子逆變器在交流電機變頻調速、新能源發電等場合已得到廣泛應用。其中，功率開關器件及其驅動電路是逆變器的重要組成部分，同時也是最易發生故障的薄弱環節，是系統可靠性的重要制約因素。而一旦逆變器發生故障，如果不采取相關補救措施，將會引起系統二次故障而嚴重影響系統運行的安全。如果故障發生在交通運輸、航空航天等重要場合，將造成不可彌補的災難性事故。

實際應用中，為提高逆變器發生故障時系統運行的可靠性，有學者提出了故障后的替代電路。如圖1所示，通過在傳統三相六開關逆變器的拓撲結構上增加硬件開關，當逆變器某一相功率器件發生故障時，通過關斷故障相開關器件的觸發脈沖或者熔斷快速熔斷絲，同時觸發導通與該相連接的固態繼電器(SSR)使得故障相接至兩電容中間接點，逆變器重構得到三相四開關型逆變器拓撲結構。由于其硬件結構簡單，利用了逆變器剩余的功率開關器件保持系統不間斷運行，很好的提高了系統運行可靠性，因此三相四開關逆變器具有重要的研究價值。

目前，針對三相四開關逆變器的控制方法主要是空間矢量脈寬調制(SVPWM)，常規SVPWM算法在進行扇區判斷時默認電容電壓不發生波動。而在實際工程運用中，由于有一相負載電流周期性流過電容中性點，電容的充放電勢必會導致電容中點電壓的波動，特別是在低頻大電流工況下，電容電壓波動尤為嚴重。此時，基本電壓矢量如圖2所示，如果仍采用常規SVPWM方法，在扇區判斷時沒有考慮電容電壓的波動，基本矢量的選取將會出現錯誤，導致逆變器調制出的三相電壓不平衡，影響了系統的運行性能。

為解決因電容電壓波動帶來的逆變器調制出的電壓矢量出現偏差的問題，公開號為CN104539220A的中國發明專利提出了一種三相四開關逆變器自適應脈寬調制方法。利用該專利提出的方法，逆變器的觸發脈沖能夠根據電容電壓的波動進行實時調節，實現自適應脈寬調制控制。但是，利用該脈寬調制方法得到的是開關管在一個調制周期內開始觸發導通的時刻，并不能根據需要靈活地改變等效零矢量的構造方式，這也進一步限制了算法的靈活性。

為此，需要探索一種新的方法，既能夠簡化計算過程，并能根據需要靈活地改變等效零矢量的構造方式，又能夠根據電容電壓的實時波動情況，準確有效地調制出所需的目標電壓矢量，保證系統的穩定運行。

發明內容

由此，本發明提供了一種基于有效開關時間的三相四開關逆變器脈寬調制方法，該方法無需扇區判斷，同時將電容電壓的波動考慮了進來，并且能根據控制目標，靈活地改變等效零矢量的構造方式。

一種基于有效開關時間的三相四開關逆變器脈寬調制方法，包括如下步驟：

(1)采集三相四開關逆變器的直流母線電壓V_dc以及與直流電源負極相連的電容電壓V_c2；

(2)將所述逆變器的調制電壓轉換至靜止α-β坐標系下，得到電壓矢量V_αβ；

(3)根據直流母線電壓V_dc、電容電壓V_c2以及電壓矢量V_αβ，計算確定所述逆變器兩開關相上橋臂開關管對應的有效開關時間；

(4)在一個調制周期T_pwm內通過對所述有效開關時間進行移位以及拆分，可以靈活地改變等效零矢量的構造方式，從而得到逆變器兩開關相上橋臂各開關管對應的驅動信號，用以實現對逆變器的控制。

所述逆變器任一開關相的上橋臂開關管與下橋臂開關管，兩者驅動信號相位互補。

若所述逆變器A相故障使得兩電容中間接點作為故障相輸出，則通過以下公式計算B、C兩開關相上橋臂開關管對應的有效開關時間T_B和T_C：

其中：V_α和V_β分別為電壓矢量V_αβ的α軸分量和β軸分量，t_b和t_c分別為有效開關時間T_B和T_C對應的中間時間變量。

若所述逆變器B相故障使得兩電容中間接點作為故障相輸出，則通過以下公式計算A、C兩開關相上橋臂開關管對應的有效開關時間T_A和T_C：