[发明专利]一种两相对称负载下NPC三电平变流器混合DPWM调制方法

说明书

本发明公开了一种两相对称负载下NPC三电平变流器混合DPWM调制方法。该方法针对两相对称负载下NPC三电平变流器的四种传统DPWM调制策略中输出电流波动大的问题，分析此时各相电流的变化情况，由当前中性点电位对各扇区和27个开关状态的幅值与相位重新定义得到改进DPWM调制策略以优化输出电流质量并减小中点电压波动和开关损耗。同时，本发明进一步以输出电流波动量有效值最小为原则，计算参考矢量角θ在‑π/4～π/4范围内正箝位和负箝位状态在各小扇区的电流波动量，并由新得到的空间矢量图的对称性确定各箝位状态在整个空间矢量平面内的最佳作用区域，提出一种新的混合DPWM调制策略，在改进DPWM策略的基础上进一步优化输出电流质量。

技术领域

本发明属于驱动电机的功率变换器调制领域，其涉及一种两相对称负载下NPC三电平变流器混合DPWM调制方法，以解决变流器输出电流波动和中点电压较大的问题。

背景技术

与两电平变流器相比，中点箝位型三电平变流器具有相同直流电源供电时单开关器件承受电压应力小、输出电压质量高以及同开关频率下开关损耗小等诸多优点，在中高压大功率工业领域中得到广泛应用，如牵引传动、超深井提升等。

然而，若NPC三电平变流器驱动的三相负载中一相出现短路或驱动如两相异步电机等设备时，若不对调制策略进行改善，电流谐波含量和中点电压会显著上升并影响调制的稳定性。同时，在大功率驱动的场合开关损耗会显著增大，此时需降低开关频率以保证效率。但较低的开关频率会进一步引起电流谐波含量的增加。针对这些问题，调制策略作为改善输入输出性能的一种有效手段，近些年来得到了深入的研究。

Mcgrath B P,Holmes D G,Lipo T首先提出了应用于三电平变流器的四种传统DPWM空间矢量调制策略(DPWM0～DPWM3)并利用各矢量冗余开关状态，使得在一个周期内的一定区间总是只有两相桥臂开关动作，而另一相桥臂箝位于正母线或负母线电压(IEEETransactions on Industrial Electronics,vol.18,no.6,pp.1293-1301,2003年11月)。通过合理设置不同的箝位区间，可分别使这四种策略在不同功率因数下实现减小输出电压与电流的畸变率或减小开关损耗等目标。

针对两相负载下的调制，Tomaselli L C，Lazzarin T B等分析了两电平变流器空间矢量图变化并对传统空间矢量调制进行改进(IEEE Power Electronics SpecialistsConference，Recife，Brazil，2005年6月)。Charumit C，Kinnares V在此基础上分析了两相不对称负载的影响并将其作用效果叠加在各矢量中(Electric Power Systems Research,vol.79,no.7,pp.1127-1135,2009年2月)。Charumit C，Kinnares V结合上述分析，提出了两相负载下的两种DPWM调制策略，并结合开关损耗对传统分区改进，使开关损耗在各区间尽可能均衡(IEEE Transactions on Power Electronics,vol.30,no.4,pp.2191-2204,2015年4月)。

针对输出电流与中点电压的改善，主要是通过调整开关序列作用顺序来抑制其波动。Das S，Narayanan G，Pandey M提出一种混合调制策略，结合连续调制和DPWM调制得到新的开关序列，以减小谐波含量(IEEE Transactions on Power Electronics,vol.29,no.9,pp.4580-4591,2014年9月)。Xia C和Zhang G等较传统四种DPWM调制箝位在正或负母线电压不同，考虑了中点电压的波动，在低调制度下引入了一种零电平箝位状态并与传统DPWM调制策略混合在不同区域采用不同箝位方式及开关序列，减小了中点电压与输出电流谐波(IEEE Transactions on Power Electronics,vol.32,no.7,pp.5109-5121,2017年7月)。