[發明專利]基于選擇諧波消除脈寬調制的直流母線電壓波動采樣方法

有效

• 申請號: 201810360319.3
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108712121B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 黃曉艷;趙碩豐;方攸同;吳立建
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P27/08
• 代理公司: 杭州橙知果專利代理事務所(特殊普通合伙) 33261
• 代理人: 杜放

本發明公開了基于選擇諧波消除脈寬調制的直流母線電壓波動采樣方法，其具體涉及的是三相交流電機驅動系統的控制；方法首先根據各種不同分頻數時SHEPWM開關角度分布特性，確定同步處理區間；之后根據母線波動的周期性，使用重復預測器生成的滑動預測窗口對下一個處理區間內的直流母線電壓波形進行預測；之后根據預測的母線電壓波形與開關時刻估計下一個處理區間內的磁鏈誤差，并相應地調整開關時刻以消除磁鏈誤差；本發明中提出的方法能夠保留SHEPWM的優良諧波特性，生成滑動預測窗口，得以在任意時刻預測出從該時刻開始將來一段時間內母線電壓的波形，為補償的實施提供條件。

技術領域

本發明涉及三相交流電機的控制技術領域，更具體的說，它涉及基于選擇諧波消除脈寬調制的直流母線電壓波動采樣方法。

背景技術

選擇諧波消除脈寬調制技術(SHEPWM)作為同步優化調制技術中的一種，能夠在一定的每周期脈沖數下盡可能消除階次較低的電壓諧波成分，從而降低總體諧波電流損耗。從另一個角度考慮，使用這一技術可以實現一定的電流諧波總量限制一定的情況下盡量降低每一基波周期內各相的脈沖數，從而降低逆變器開關頻率、減小開關損耗。因此，這一技術在大功率電機傳動等要求開關頻率低及損耗小的場合運用廣泛。

在典型的交-直-交電機驅動結構中，直流母線電壓往往存在周期性波動(例如，在高鐵列車的電氣傳動系統中，由于是單相交流供電，使得直流母線電壓中含有波動成分，波動的基頻為輸入單相交流電頻率的兩倍)。這一電壓波動成分會引起牽引電機電流與轉矩的波動，波動在逆變器輸出基頻與母線電壓波動頻率接近時顯著增強，產生額外的損耗以及振動和噪音。常規處理方法包括在直流母線上增加LC濾波器、增大母線支撐電容、增加主動電力濾波器(APF)等。以上方法都會引入額外的硬件設備，顯著增加系統體積重量以及成本。本發明在不增加額外硬件的基礎上，提出了一種純軟件實現的消除直流母線電壓的波動所引起的逆變器輸出的額外諧波的方法。

針對SHEPWM采用軟件實現補償的困難主要有以下三點：1、由于數字控制系統特性，每一控制周期開始時刻加載的控制量必須在上一個控制周期內就計算得出，而選擇諧波消除脈寬調制技術應用時開關頻率較低，控制周期也較長，這樣如果使用依據當前周期采樣得到的直流母線電壓計算得到的脈沖指令在下一周期內加載，將會引入等效1.5個控制周期的延時，嚴重影響控制性能、引入諧波，因此必須在前一周期提前知道下一周期內的母線電壓；2、SHEPWM的實現過程中不存在載波的概念，導致傳統基于載波周期的占空比補償方法難以實施；3、選擇諧波消除脈寬調制波形的產生與電壓矢量的相位同步，因此電流控制環節輸出的電壓矢量相位必須平穩，否則會引起脈沖輸出時序的混亂，這給反饋控制帶來了很大困難。

發明內容

本發明克服了現有技術的不足，提供一種基于SHEPWM的直流母線電壓波動采樣方法，以削弱直流母線波動帶來的諧波及其引起的損耗及轉矩脈動。

本發明的技術方案如下：

基于選擇諧波消除脈寬調制的直流母線電壓波動采樣方法，包括如下步驟：

101)電壓矢量轉換步驟：將標準矢量控制產生的給定電壓矢量轉換為極坐標下，得到極坐標下電壓矢量；

102)采樣預測步驟：由極坐標下電壓矢量預測形成，從當前時刻延后一定的執行周期時間的給定電壓矢量的波形，得到預測波形，并設置一定采樣頻率采集預測波形，得到處理區間；

103)同步處理步驟：選取不同的脈沖數模式的每相每基波周期脈沖數，并分別劃分區間，形成每個區間位置與電壓矢量的相位直接唯一相關；

104)區間補償判斷步驟：每一區間內只包括三種狀態，其中有且只有兩種狀態有開關動作，另一種狀態為保持開通或關斷；有開關動作的狀態需要進行區間誤差補償，狀態為保持開通或關斷則不需要區間誤差補償。