[发明专利]两电平变流器优化载波NSPWM方法及装置

说明书

本申请公开了一种两电平变流器优化载波NSPWM方法。针对两电平变流器，本发明通过在330°到30°、90°到150°、210°到270°空间角区域对三相正弦波叠加特定电压U₁，在其余区域对三相正弦波叠加特定电压U₂，得到优化载波NSPWM的三相调制波；通过在330°到30°、90°到150°、210°到270°空间角区域使用初值为K₁的上升载波，在其余区域使用初值为K₂的下降载波，得到优化载波NSPWM的调制载波；基于三相调制波与调制载波比较得到优化载波NSPWM的开关信号，从而实现优化载波NSPWM。相比传统NSPWM，本发明方法在抑制共模电压、降低开关频率的同时可以防止过电压、消除偶次谐波，并具备计算简单、实现方便的优点。

技术领域

本发明涉及PWM控制技术领域，尤其涉及一种两电平变流器优化载波NSPWM方法及方法。

背景技术

图1为两电平变流器的主电路拓扑。作为电能转换的关键设备，两电平变流器在新能源发电、电机驱动、电力无功补偿等领域得到了广泛应用。

定义两电平变流器由高到低输出的两种电平状态为1和0，直流侧电压为2E，则可将两电平变流器的空间矢量总结于图2。其中，各空间矢量对应的三相开关状态、矢量类型和幅值列于表1。

表1两电平逆变器各空间矢量对应的开关状态和幅值

共模电压为变流器输出中性点对地的参考电压。文献《二极管钳位型三电平逆变器共模电压抑制》(吴可丽.[J].电工技术学报,2015,30(24):110-117.)指出，共模电压会在电机的转轴上感应出高幅值的轴电压，破坏绝缘，缩短电机的使用寿命。此外，共模电压还会产生高频漏电流，产生电磁干扰，影响周围电气设备的正常工作。为在不增加额外硬件设备的情况下降低共模电压的不良影响，研究抑制共模电压的脉宽调制方法具有重要的实用意义。

表2列出了两电平变流器各空间矢量对应的共模电压幅值。由表2可知，相比零矢量111和000，非零矢量100、110、010、011、001、101具备更低的共模电压幅值。因此，可通过只利用非零矢量合成参考电压的脉宽调制方法来降低共模电压。

表2各空间矢量对应的共模电压幅值

文献《A near state PWM method with reduced switching frequency andreduced common mode voltage for three-phase voltage source inverters》(E.Un.[C].IEEE International Electric MachinesDrives Conference,2007:235–240.)通过使用与参考电压距离最近的三个非零矢量合成参考电压，提出了将共模电压幅值降至直流侧电压值六分之一的NSPWM(Near-state PWM，NSPWM)。文献《Performance analysis ofreduced common-mode voltage PWM methods and comparison with standard PWMmethods for three-phase voltage-source inverters》(Ahmet M.Hava.[J].IEEETransactions on Energy Conversion,2009,24(1):241–252.)对比了NSPWM、空间矢量PWM、有效零矢量PWM、最远矢量PWM的性能，指出NSPWM可在抑制共模电压的同时降低三相开关频率，并可在调制比大于0.61的区域取得较好的谐波控制效果。在此基础上，文献《一种具有共模电压抑制能力的改进型调制策略》(张兴.[J].电力电子技术,2015,49(8):89–92.)提出一种可降低变流器侧非单位功率因数条件下的器件开关损耗的改进型NSPWM方法，从而进一步提高了NSPWM的性能。