[發(fā)明專利]三相二極管鉗位型三電平雙輸出逆變器的載波PWM調(diào)制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011232694.3
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112491290B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王汝田;艾蘭;劉闖;艾彤;蔡國偉;郭東波
• 申請（專利權(quán)）人: 東北電力大學(xué)
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02M7/5387;H02M1/08;H02M1/084;H02M1/088
• 代理公司: 吉林市達(dá)利專利事務(wù)所 22102
• 代理人: 陳傳林

1.一種三相二極管鉗位型三電平雙輸出逆變器的載波PWM調(diào)制方法，它包括：由20個功率開關(guān)器件和12個二極管組成的逆變器，每一相橋臂由6個功率開關(guān)S_x1～S_x6和4個二極管D_x7～D_x10組成，其中x∈{a，b，c}，逆變器中點與兩個功率開關(guān)S_o1、S_o2連接,分別控制兩組逆變器中點電壓O的輸出；逆變器的三相橋臂的輸出端分別與兩組三相負(fù)載相連，分別稱為逆變器1和逆變器2，能夠?qū)崿F(xiàn)兩組三相交流電的輸出；其特征是，還包括以下內(nèi)容：

1)逆變器1、逆變器2在一個開關(guān)周期內(nèi)交替工作，各工作1/2周期；逆變器1處于工作狀態(tài)時，功率開關(guān)S_x5、S_x6、S_o1處于導(dǎo)通狀態(tài)，功率開關(guān)S_o2處于關(guān)斷狀態(tài)，控制功率開關(guān)S_x1～S_x4的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)，使逆變器1輸出三種電壓，分別是+U_d/2、0、-U_d/2；逆變器2處于工作狀態(tài)時，功率開關(guān)S_x1、S_x2、S_o2處于導(dǎo)通狀態(tài)，功率開關(guān)S_o1處于關(guān)斷狀態(tài)，控制功率開關(guān)S_x3～S_x6的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)，使逆變器2輸出三種電壓，分別是+U_d/2、0、-U_d/2；

2)定義不同開關(guān)導(dǎo)通情況所對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)，逆變器1輸出的三種電壓+U_d/2、0、-U_d/2分別定義為狀態(tài)P、O、N，逆變器2輸出的三種電壓+U_d/2、0、-U_d/2分別定義為狀態(tài)P*、O*、N*；根據(jù)逆變器1、逆變器2各自所定義的狀態(tài)，定義OOO、PPP、NNN為逆變器1的零矢量；定義O^*O^*O^*、P^*P^*P^*、N^*N^*N^*為逆變器2的零矢量；定義POO、OON、OPO、NOO、OOP、ONO為逆變器1的正小矢量；定義P^*O^*O^*、O^*O^*N^*、O^*P^*O^*、N^*O^*O^*、O^*O^*P^*、O^*N^*O^*為逆變器2的正小矢量；定義PPO、NON、OPP、NNO、POP、ONN為逆變器1的負(fù)小矢量；定義P^*P^*O^*、N^*O^*N^*、O^*P^*P^*、N^*N^*O^*、P^*O^*P^*、O^*N^*N^*為逆變器2的負(fù)小矢量；定義PON、OPN、NPO、NOP、ONP、PNO為逆變器1的原中矢量；定義P^*O^*N^*、O^*P^*N^*、N^*P^*O^*、N^*O^*P^*、O^*N^*P^*、P^*N^*O^*為逆變器2的原中矢量；定義PNN、PPN、NPN、NPP、NNP、PNP為逆變器1的大矢量；定義P^*N^*N^*、P^*P^*N^*、N^*P^*N^*、N^*P^*P^*、N^*N^*P^*、P^*N^*P^*為逆變器2的大矢量；

3)分別給出逆變器1、逆變器2的空間矢量圖，以虛擬空間矢量調(diào)制為基礎(chǔ)，將每組逆變器劃分為6個大扇區(qū)，分別定義為A₁～F₁，A₂～F₂，每個大扇區(qū)分為5個小扇區(qū)，分別定義為A₁₁～F₁₅，A₂₁～F₂₅，并根據(jù)新定義的狀態(tài)標(biāo)注好各個矢量對應(yīng)的狀態(tài)；定義OOO、PPP、為零矢量，

4)根據(jù)逆變器1、逆變器2虛擬空間矢量圖，按式(1)～式(10)分別計算各自工作周期內(nèi)的占空比；當(dāng)每組逆變器參考電壓矢量位于各個大區(qū)第1小區(qū)，占空比公式為式(1)、式(6)；當(dāng)每組逆變器參考電壓矢量位于各個大區(qū)第2小區(qū)，占空比公式為式(2)、式(7)；當(dāng)每組逆變器參考電壓矢量位于各個大區(qū)第3小區(qū)，占空比公式為式(3)、式(8)；當(dāng)每組逆變器參考電壓矢量位于各個大區(qū)第4小區(qū)，占空比公式為式(4)、式(9)；當(dāng)每組逆變器參考電壓矢量位于各個大區(qū)第5小區(qū)，占空比公式為式(5)、式(10)；占空比式(1)～式(10)為：

式(1)～式(10)中，有n∈{1，2，3，4，5，6}，且當(dāng)n＝6時，令n+1＝1；d₁₁，d₁₂，d₁₃為逆變器1在每個小扇區(qū)所對應(yīng)的三個有效矢量的占空比，d₂₁，d₂₂，d₂₃為逆變器2在每個小扇區(qū)所對應(yīng)的三個有效矢量的占空比；V₁₀、V₂₀分別為逆變器1、逆變器2的零矢量；V_1Ln、V_2Ln分別為逆變器1、逆變器2的大矢量；V_1Sn、V_2Sn分別為逆變器1、逆變器2的虛擬小矢量，由一個正小矢量和一個負(fù)小矢量各占二分之一合成；V_1Mn、V_2Mn分別為逆變器1、逆變器2的虛擬中矢量，由兩個正小矢量和原中矢量各占三分之一合成；

5)根據(jù)載波調(diào)制的對稱特性，列出一個完整開關(guān)周期內(nèi)雙輸出逆變器的開關(guān)狀態(tài)排列；在前1/2周期內(nèi)，逆變器1先工作1/4周期，緊接著逆變器2工作1/4周期；后1/2周期，逆變器2先工作1/4周期，緊接著逆變器1工作1/4周期；

6)根據(jù)步驟5)得到的開關(guān)狀態(tài)排列及各個狀態(tài)對應(yīng)的作用時間，與載波相結(jié)合，計算出相應(yīng)的調(diào)制波；

1當(dāng)某一相開關(guān)狀態(tài)排列為NOOOPN^*O^*O^*O^*P^*時，調(diào)制波為式(11)：

2當(dāng)某一相開關(guān)狀態(tài)排列為OOOPPO^*O^*O^*P^*P^*時，調(diào)制波為式(12)：

3當(dāng)某一相開關(guān)狀態(tài)排列為NNOOON^*N^*O^*O^*O^*時，調(diào)制波為式(13)：

在式(11)～式(13)中，u_Sx1、u_Sx2、u_Sx5、u_Sx6分別為某一相橋臂的功率開關(guān)S_x1、S_x2、S_x5、S_x6所對應(yīng)的調(diào)制波，u_max1、u_mid1、u_min1和u_max2、u_mid2、u_min2如式(14)、式(15)所示：

其中，u_a-ref1、u_b-ref1、u_c-ref1分別為逆變器1三相各自的參考電壓，u_a-ref2、u_b-ref2、u_c-ref2分別為逆變器2三相各自的參考電壓；

7)根據(jù)步驟6)得到調(diào)制波為一條與載波橫軸平行的直線，將這條直線與載波作比較，在直線與載波的交點做垂線，這條垂線對應(yīng)著開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷的轉(zhuǎn)換時刻，以此得到每相功率開關(guān)S_x1、S_x2、S_x5、S_x6的驅(qū)動信號；

8)每相功率開關(guān)S_x3、S_x4的驅(qū)動信號可以通過以下邏輯獲得：

9)根據(jù)電路的工作原理以及載波調(diào)制時各組逆變器的工作情況，確定功率開關(guān)S_o1、S_o2的導(dǎo)通狀態(tài)并以脈沖信號直接給出所需的驅(qū)動信號；

10)根據(jù)步驟1)～步驟9)能夠獲得雙輸出逆變器20個功率開關(guān)的驅(qū)動信號，以此完成載波調(diào)制，使電路輸出兩組三相對稱的交流電壓。