[发明专利]一种能够降低输出共模电压的三相电压型PWM变换器及其调制方法

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种能够降低输出共模电压的三相电压型PWM变换器及其调制方法。

二、背景技术：

三相电压型PWM变换器在太阳能、风能、燃料电池等可再生能源并网发电系统及三 相交流电机的控制系统中得到广泛应用。但传统三相电压型PWM变换器也带来了许多负 面效应，输出高频共模电压就是其中之一。它会在电动机转轴上感应出高幅值轴电压，并 形成轴承电流，使电动机的轴承在短期内损坏，缩短电动机使用寿命；或者引起并网漏电 流，影响可再生能源并网发电系统的可靠运行。

现有的抑制三相电压型PWM变换器输出共模电压的方法主要可以分为两类，一是采 用合理的PWM方式；二是改变主电路结构，并选择合适的PWM方式。

(1)采用合理PWM方式可以减少变换器输出的共模电压。其基本思想是不采用零矢量， 即在变换器输出的8个开关组合中，不使用(111)和(000)这两个零矢量，只用六个有效电压 空间矢量与其作用时间的线性组合去逼近期望的输出电压。三相PWM变换器8个输出的 电压空间矢量及其对直流母线中点O点的共模电压如表1所示。由表可见，当变换器输出 两个零矢量时，其共模电压最高，是6个有效电压空间矢量的3倍，如果使变换器不输出 零矢量，而只用6个有效电压空间矢量，可以取得一定的抑制共模输出电压的效果，但输 出差模电压的质量变差，输出电流波形也较差。

表1三相PWM变换器的8个电压空间矢量的它们相应的共模电压

(2)采用三相四桥臂的结构和不使用零矢量的方法。三桥臂的结构永远无法使输出共 模电压为零，但四桥臂的结构可以使变换器在输出六个有效电压空间矢量时共模电压为零。 其方法是通过多加的那一个桥臂输出的电压抵消另外三个桥臂输出的共模电压。其不足： ①增加了成本，不仅仅增加一个桥臂的开关器件，还要增加滤波元件，成本较高；②因不 采用零矢量，输出差模电压的质量变差，输出电流波形也较差。

三、发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种能够降低输出共模电压的 三相电压型PWM变换器及其调制方法，该方法在降低变换器输出共模电压的同时不影响 输出的差模电压和电流的质量，且硬件电路结构简单、成本低、调制方法易于实现。

本发明涉及的能够降低输出共模电压的三相电压型PWM变换器：包括正直流母线 (P)、负直流母线(N)和传统的PWM变换器(8)，在正直流母线(P)或负直流母线(N) 与传统PWM变换器(8)之间加一个双向全控开关(7)，所述的双向全控开关由IGBT、 MOSFET或其它电力电子器件组合而成，或者直接是一个双向的全控电力电子器件。当 PWM变换器输出电压空间矢量时，合理地控制这个双向全控开关7的开通和关断，就可 以降低PWM变换器输出的共模电压。双向全控开关7的开通和关断取决于PWM变换器 输出的零矢量。

本发明涉及的能够降低输出共模电压的三相电压型PWM变换器的调制方法，包括以 下方法：

PWM变换器(8)的采用单一零矢量的电压空间矢量调制(Space Vector Pulse Width  Modulation)，对于图1(a)所示的电路结构，PWM变换器(8)输出的单一零矢量为(111)， 对于图1(b)所示的电路结构，PWM变换器8输出的单一零矢量为(000)；当PWM变换器 (8)输出零矢量时，双向全控开关(7)关断，当PWM变换器(8)输出有效矢量时，双 向全控开关开通。

本发明较详细的调制方法，包括以下方法：

PWM变换器(8)采用单一零矢量的电压空间矢量调制，即在一个开关周期内用两个 有效矢量和一个零矢量与其作用时间的线性组合去逼近期望输出电压在一个开关周期的作 用效果；当双向全控开关(7)在正直流母线(P)与PWM变换器(8)之间时，变换器只 输出6个有效电压空间矢量(100、110、010、011、001、101)和零矢量(111)，而当变 换器输出零矢量(111)时，双向全控开关(7)关断，当变换器输出有效电压空间矢量时， 双向全控开关(7)开通；当双向全控开关(7)在负直流母线(N)与PWM变换器(8) 之间时，变换器只输出6个有效电压空间矢量(100、110、010、011、001、101)和零矢 量(000)，而当变换器输出零矢量(000)时，双向全控开关(7)关断，当变换器输出有 效电压空间矢量时，双向全控开关(7)开通。