[發(fā)明專利]三相兩電平逆變器電流紋波最小有效值PWM方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011589554.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN112701952B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 談啟倫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/5395
• 分類號(hào): H02M7/5395;H02M7/483;H02M1/12;H02M1/14
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

本發(fā)明提供的一種三相兩電平逆變器電流紋波最小有效值PWM方法及系統(tǒng)，通過構(gòu)建電流紋波RMS預(yù)測(cè)模型，建立了電流紋波RMS與PWM的關(guān)系，通過計(jì)算結(jié)果來實(shí)時(shí)優(yōu)化零矢量分配；最后使用優(yōu)化后的零矢量分配因子計(jì)算三相的參考調(diào)制信號(hào)，生成輸出控制脈沖；在降低逆變器電流紋波RMS的同時(shí)，順帶降低電流THD和開關(guān)次數(shù)，有效提高了電流質(zhì)量，降低損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)脈寬調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域，更具體的，涉及一種三相兩電平逆變器電流紋波最小有效值PWM方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及，電壓源逆變器廣泛應(yīng)用于工業(yè)和家用電機(jī)與控制領(lǐng)域。由于三相兩電平電壓源逆變器的硬件成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制理論成熟，所以被最為廣泛的使用。目前用于控制逆變器的PWM技術(shù)主要七段式SVPWM方法、五段式SVPWM方法和諧波注入PWM技術(shù)。

其中，經(jīng)典的七段式SVPWM的簡(jiǎn)化算法(其中一種也被稱為均值零序電壓注入PWM)應(yīng)用最為廣泛，有電壓利用率高、諧波畸變率低、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低等優(yōu)點(diǎn)，但這些優(yōu)點(diǎn)都是相較于SPWM，并非沒有改進(jìn)空間。其理論并沒有分析PWM對(duì)電流紋波的影響，也沒有解釋對(duì)一些自由度(如矢量選擇、零矢量分配、開關(guān)周期和脈沖位置等)的應(yīng)用，使其還有進(jìn)一步完善的空間。三次諧波幅值系數(shù)為1/4的諧波注入PWM技術(shù)被證明為使電流諧波畸變率最小的PWM技術(shù)，但也有電壓利用率降低(約2％)的缺點(diǎn)。在接近最大的線性調(diào)制范圍(0.98～1)時(shí)會(huì)出現(xiàn)過調(diào)制，使電流THD增加。五段式SVPWM方法雖然降低了開關(guān)次數(shù)但明顯增大了電流紋波。

現(xiàn)有的PWM技術(shù)只是簡(jiǎn)單的運(yùn)用了調(diào)制過程中的自由度，如七段式SVPWM的零矢量作用時(shí)間一直平均分配，如五段式SVPWM雖然降低了開關(guān)次數(shù)但明顯增大了電流紋波，如諧波注入PWM注入的諧波保持系數(shù)不變?，F(xiàn)有的PWM技術(shù)沒有建立PWM與電流紋波的模型，沒有充分利用PWM過程中的自由度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服現(xiàn)有的控制逆變器的PWM技術(shù)存在較大電流紋波或較大電流THD的技術(shù)缺陷，提供一種三相兩電平逆變器電流紋波最小有效值PWM方法及系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

三相兩電平逆變器電流紋波最小有效值PWM方法，包括以下步驟：

S1：對(duì)調(diào)制給定量的電壓矢量和電角度進(jìn)行縮放計(jì)算和坐標(biāo)變換處理，得到三相期望相電壓；

S2：根據(jù)三相期望相電壓計(jì)算零矢量分配因子；

S3：根據(jù)零矢量分配因子，計(jì)算三相調(diào)制信號(hào)；

S4：獲取開關(guān)周期，在三相調(diào)制信號(hào)基礎(chǔ)上，生成最后的輸出脈沖。

上述方案中，步驟S2中的計(jì)算方法是基于電流紋波RMS預(yù)測(cè)模型的，此模型建立了電流紋波RMS與PWM的給定電壓矢量關(guān)系，計(jì)算最優(yōu)的零矢量分配因子；最后使用優(yōu)化后的零矢量分配因子計(jì)算三相的參考調(diào)制信號(hào)，生成輸出控制脈沖；在降低PWM電流紋波RMS的同時(shí)，順帶降低電流THD和開關(guān)次數(shù)，有效提高了電流質(zhì)量，降低損耗。

其中，所述步驟S1具體包括以下步驟：

S11：輸入為電機(jī)矢量控制策略下的d-q軸電流控制器輸出的電壓U_d、U_q和編碼器反饋的電角度θ；

S12：利用輸入電壓U_d、U_q和電角度θ，計(jì)算出三相期望相電壓，具體為：

其中，U_a、U_b、U_c即表示三相期望相電壓。