[发明专利]一种用于三电平NPC逆变器的动态混合调制方法

说明书

本发明公开了一种用于三电平NPC逆变器的新型动态混合调制方法，将DPWM、ZVPWM、VSVPWM三种算法进行结合，根据三电平NPC逆变器的不同工况和动态运行时间，实时调节电容电压均衡控制能力与开关次数优化能力，在中点电位平衡控制的前提下实现了动态过程开关次数最小化；采用统一单载波比较的方式生成PWM波，简化了调制方式，减小了系统运算量。另外，新型动态混合调制方法也可以适用于周期稳态工况，具有良好的通用性和适应性。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种用于三电平NPC逆变器的动态混合调制方法。

背景技术

随着电力电子技术和现代控制技术的飞速发展，多电平逆变器越来越广泛地应用在轨道交通、光伏发电、电机驱动等各个领域。三电平NPC逆变器作为一种典型的多电平逆变器，具有电能质量高、转换效率高、电磁兼容性好等优点，但直流侧支撑电容电压平衡和开关损耗减小始终是制约三电平NPC逆变器广泛应用的关键问题。

从1981年Nabae等人在A New Neutral-Point-Clamped PWM Inverter(IEEETransactions on Industry Applications)中提出三电平NPC逆变器拓扑结构以来，学者们围绕调制算法进行了深入研究。

目前三电平NPC逆变器调制策略从实现方式上主要可分为两类：一类是基于载波PWM(CB-PWM)，特点是实现方式简单，运算量小，但是物理概念不直观，逻辑分析比较困难。另一类是基于空间矢量PWM(SVPWM)，特点是物理概念清晰，但是实现方式复杂，运算量大。虽然二者实现方式不同，但本质上是一致的，即CB-PWM可以通过注入适当的零序电压分量完全等效为SVPWM算法，且运算量更小，更有利于工程实现。

CB-PWM主要包括正弦PWM(SPWM)、不连续PWM(下文简称DPWM)、零序电压注入PWM(下文简称ZVPWM)、双调制波PWM(DMPWM)以及混合PWM(CB-HPWM)。J.Shen等人在AComprehensive Study of Neutral-Point Self-Balancing Effect in Neutral-Point-Clamped Three-Level Inverters(IEEE Transactions on Power Electronics)中针对SPWM的电容电压自平衡机理进行分析，发现SPWM调制算法的电容电压自平衡能力依赖于采样频率，在采样频率较低时无法实现较好的电容电压均衡控制。J.Lee等人在NovelDiscontinuous PWM Method of a Three-Level Inverter for Neutral-Point VoltageRipple Reduction(IEEE Transactions on Industrial Electronics)中提出一种60°-DPWM，通过在调制波中注入不同的零序电压分量，同时实现电平钳位和电容电压平衡控制，但电容电压平衡效果与调制比和功率因数密切相关。C.Wang等人在Analysis andCalculation of Zero-Sequence Voltage Considering Neutral-Point PotentialBalancing in Three-Level NPC Converters(IEEE Transactions on IndustrialElectronics)中采用零序电压注入的方式对中点电压进行闭环控制，通过在调制波中叠加零序分量实现中点电流的补偿，但由于零序分量的幅值存在限制，中点电位在调制比高、功率因数低时会出现低频振荡。为完全消除中点电位的低频振荡，J.Pou等人在Fast-Processing Modulation Strategy for the Neutral-Point-Clamped Converter WithTotal Elimination of Low-Frequency Voltage Oscillations in the Neutral Point(IEEE Transactions on Industrial Electronics)中采用双调制波调制，通过增加中点电位控制自由度，将单个采样周期内的平均中点电流控制为零，消除了低频振荡，但开关次数有所增加。Z.Wang等人在Novel Carrier-Based PWM Strategy With Zero-SequenceVoltage Injected for Three-Level NPC Inverter(IEEE Journal of Emerging andSelected Topics in Power Electronics)中提出混合调制算法，将零序电压注入和双调制波进行有机结合，同时兼顾了电容电压平衡效果和开关次数，较大地提升了逆变器的性能。