[發(fā)明專利]一種具有最小開關(guān)損耗的三電平逆變器的非連續(xù)脈寬調(diào)制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810573510.6
• 申請(qǐng)日: 2018-06-06
• 公開（公告）號(hào): CN108832827B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王金平;翟飛;姜衛(wèi)東;李勁松;李來保
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/487
• 分類號(hào): H02M7/487;H02M1/12
• 代理公司: 34146 合肥中谷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 洪玲

本發(fā)明涉及一種具有最小開關(guān)損耗的三電平逆變器的非連續(xù)脈寬調(diào)制方法，首先在非連續(xù)脈寬調(diào)制的基礎(chǔ)上通過設(shè)定的鉗位規(guī)則選擇適當(dāng)?shù)你Q位方式，以達(dá)到最大化降低開關(guān)損耗的目的；其次對(duì)于中點(diǎn)電壓波動(dòng)引起的低頻諧波，提出了基于非連續(xù)脈寬調(diào)制的低頻諧波抑制算法，有效的消除了中點(diǎn)電壓波動(dòng)導(dǎo)致的低頻諧波分量；最后針對(duì)使用低頻諧波抑制算法導(dǎo)致中點(diǎn)電壓自平衡能力喪失的問題，還提出了基于非連續(xù)脈寬調(diào)制的主動(dòng)中點(diǎn)電壓控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)中點(diǎn)電壓的有效控制。本發(fā)明提出的調(diào)制方法不僅能有效的控制中點(diǎn)電壓的平衡，降低了系統(tǒng)的開關(guān)損耗，而且抑制了輸出線電壓上的低頻諧波分量，提高了逆變器的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)三電平逆變器的優(yōu)化控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于逆變器調(diào)制的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有最小開關(guān)損耗和抑制低頻諧波的三電平逆變器的非連續(xù)脈寬調(diào)制方法。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，尤其在大容量、高電壓場合，三電平拓?fù)涞膽?yīng)用越來越廣泛。隨之而來也出現(xiàn)了新的問題，功率管數(shù)量的增多導(dǎo)致控制算法復(fù)雜，同時(shí)伴隨著中點(diǎn)電壓偏移、開關(guān)損耗等問題，中點(diǎn)電壓平衡是能夠保證變流器安全可靠運(yùn)行的必要前提，中點(diǎn)電壓偏移、波動(dòng)不僅會(huì)造成變流器輸出電壓、電流的質(zhì)量降低，嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)斐芍绷鱾?cè)電容耐壓過高導(dǎo)致?lián)p耗，影響變流器系統(tǒng)的使用壽命。開關(guān)損耗是衡量變流器高效運(yùn)行的重要指標(biāo)之一。開關(guān)損耗的增加不可避免地導(dǎo)致功率器件的使用壽命。

為使三電平逆變器具有良好的輸出特性，高效的脈寬調(diào)制策略應(yīng)滿足以下三個(gè)要求：

1)具備良好的中點(diǎn)電壓平衡能力，同時(shí)中點(diǎn)電壓存在一定波動(dòng)時(shí)，也能具有較好的輸出特性；

2)盡可能的降低諧波，尤其是低頻諧波；

3)較小的開關(guān)損耗，以提高系統(tǒng)的效率；

中點(diǎn)電壓的波動(dòng)是三電平逆變器的關(guān)鍵問題之一。中點(diǎn)電壓波動(dòng)包含直流偏移和交流紋波。當(dāng)采用電壓開環(huán)控制策略時(shí)，中點(diǎn)電壓不平衡會(huì)導(dǎo)致輸出三相電流的正弦度變差；使用電流閉環(huán)控制能夠提高輸出電流質(zhì)量，但可能會(huì)加劇中點(diǎn)電壓不平衡。因此，為了保證三電平逆變器的安全、可靠運(yùn)行，需采用能實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電壓平衡的方法。開關(guān)損耗也是衡量逆變器高效運(yùn)行的重要指標(biāo)之一。開關(guān)損耗的增加不可避免地降低功率器件的使用。

目前常用的中點(diǎn)電位平衡的算法主要有兩種：基于零序分量注入的載波脈寬調(diào)制(CBPWM)方法和基于冗余矢量調(diào)整的空間矢量調(diào)制(SVPWM)方法。載波調(diào)制方法中零序電壓的計(jì)算、空間矢量調(diào)制方法中矢量合成規(guī)則的復(fù)雜性等均導(dǎo)致控制算法的計(jì)算復(fù)雜度大大提升；SVPWM方法通過矢量合成規(guī)則安排各矢量的作用時(shí)間，同樣計(jì)算量龐大，不易于實(shí)現(xiàn)；VSVPWM方法雖然具備中點(diǎn)電壓平衡能力，但任意開關(guān)周期內(nèi)都會(huì)有一相功率器件出現(xiàn)兩次開關(guān)動(dòng)作，增加了系統(tǒng)的開關(guān)損耗。

此外，由于功率管開關(guān)頻率的提高，功率管的開關(guān)損耗也隨之增加。在電力變換系統(tǒng)中，器件損耗(包括導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗)是影響系統(tǒng)效率至關(guān)重要的一環(huán)。現(xiàn)有的減小開關(guān)損耗的方法主要分為三類：

(1)減小換相區(qū)間內(nèi)開關(guān)上的電壓或電流(軟開關(guān)技術(shù))；

(2)改變開關(guān)時(shí)間間隔；

(3)改變調(diào)制方式。

利用軟開關(guān)技術(shù)，可以有效的減小功率管的開關(guān)損耗，但軟開關(guān)的應(yīng)用會(huì)增加成本，控制復(fù)雜，而且調(diào)制時(shí)受階段性限制。變流器的開關(guān)損耗與具體的調(diào)制方式有很大關(guān)系，改進(jìn)調(diào)制方式可以在一定程度上減小開關(guān)損耗。

因此，需要提供一種能同時(shí)降低系統(tǒng)開關(guān)損耗和控制中點(diǎn)電壓平衡的三電平逆變器的調(diào)制方法。

發(fā)明內(nèi)容