[发明专利]避免三电平逆变器相电压两电平跳变的同步载波DPWM方法

说明书

一种避免三电平逆变器相电压两电平跳变的同步载波DPWM方法。所述方法通过在三相正弦波上叠加零序分量U_{0_p}＝1‑max得到可将相电压钳位于P电平的U_{i_p}；通过在三相正弦波上叠加零序分量U_{0_n}＝‑min‑1得到可将相电压钳位于N电平的U_{i_n}；通过在相角0到60度、120到180度、240到300度区域使用U_{i_n}或U_{i_p}、在其余区域使用U_{i_p}或U_{i_n}作为调制波，并利用调制波与特定方向的三角载波比较，分别实现同步载波DPWM I和同步载波DPWM IV；通过在相角30到90度、150到210度、270到330度区域使用U_{i_n}或U_{i_p}、在其余区域使用U_{i_p}或U_{i_n}作为调制波，并利用调制波与特定方向的三角载波比较，分别实现同步载波DPWM II和同步载波DPWM III。本发明同步载波DPWM方法能够有效降低开关频率并避免相电压两电平跳变，且其计算简单、实现方便。

技术领域

本发明涉及一种PWM控制方法。

背景技术

三电平中点钳位(neutral point clamped,NPC)逆变器的主电路拓扑如图1所示，其具备器件电压应力低，输出电压和电流质量高、结构简单等优势，因此在牵引传动、风力发电、挖掘盾构等领域得到了广泛应用。

通过控制各功率器件的通断，三电平NPC逆变器每相由高到低可输出P、O、N三种不同的电平状态，其共对应27个不同的电压空间矢量，如图2所示。图2中，诸如0度、180 度等角度代表相应度数的相角，每360度相角对应一个基波周期。以300度相角处的NOP 为例，其代表A相输出N电平、B相输出O电平、C相输出P电平。

三电平NPC逆变器各空间矢量依据幅值和输出电平状态可分类为零矢量、P型小矢量、 N型小矢量、中矢量和大矢量。定义三电平NPC逆变器直流侧电压为Udc，则各空间矢量的具体分类如表1所示。

表1三电平NPC逆变器各电压空间矢量分类

当三电平NPC逆变器应用于大功率电机的牵引传动系统时，其具备宽频率输出范围的特点。文献《一种基于平均误差电流矢量幅值的三电平逆变器输出波形质量评价方法》(张国政,阎彦,王志强,等.[J].中国电机工程学报,2017,37(21):6410-6417.)指出，随着输出基波频率的增大，在载波比较低时，采用传统的异步调制策略会导致逆变器输出波形中产生大量的谐波。因此，需要采用同步调制策略来保证逆变器输出波形的同步性与对称性，以达到提高逆变器输出波形质量的目的。除此之外，大功率三电平NPC逆变器各功率器件每次开关动作的开关损耗不可忽视，为降低开关损耗，必须尽可能的降低功率器件的开关频率。

针对可以降低开关频率的同步调制策略，文献《Space-vector-basedsynchronized three-level discontinuous PWM for medium-voltage high-power VSI》(Beig AR,Kanukollu S, Hosani K A,et al.[J].IEEE Transactions on IndustrialElectronics,2014,61(8):3891–3901.)在保证输出相电压波形满足同步、三相对称(three-phase symmetry，TPS)和半波对称(half-wave symmetry，HWS)的基础上提出了四种同步DPWM(synchronized DPWM，SDPWM)开关序列，分别定义为SDPWM I、SDPWM II、SDPWMIII和SDPWM IV，其均可以消除线电压中3 的倍数次谐波和偶次谐波，从而改善了输出波形质量。四种SDPWM开关序列对应的相电压钳位状态如图3所示，具体如下：