[发明专利]一种多电平逆变器通用脉宽调制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种多电平逆变器通用脉宽调制方法。

背景技术

近年来，逆变器供电技术广泛应用于交流电机传动领域，通过逆变器可以有效实现电动机变频和调幅电压控制。对于中大功率传动装置，如电机机车和船舶推进等，相对传统的两电平电压源型逆变器，多电平逆变器的应用具有很多优势：较低的功率开关应力、较低的逆变器输出电压谐波失真、较低的输出电压脉动和较少的电磁干扰。多电平逆变器的研究较多关注三种拓扑结构：串联的H桥多电平逆变器、中性点钳位的多电平逆变器和基于开相交流电机的双逆变器。同时，针对多电平逆变器的脉宽调制技术主要有：正弦波脉宽调制技术、谐波可选择抑制的脉宽调制技术和空间矢量脉宽调制技术。

其中，空间矢量脉宽调制技术具有稳定的逆变器开关频率，应用较为广泛。但是，多电平逆变器的应用也存在一些问题需要进一步解决：脉宽调制技术实现算法复杂、较大的调制技术计算负荷、逆变器直流侧的电容电压不平衡和存在共模电压和共模电流干扰问题等。

在现有的多电平逆变器供电技术中，共模电压问题会造成电机轴电压，轴承电流和感应的电磁干扰，目前已经有相关研究人员针对该问题进行了大量的研究，但是目前的解决技术都较为复杂或者计算量较大。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的缺陷，提供一种实现简单，扩展性和移植性较好，能够有效抑制奇数次多电平逆变器的共模信号，从而提高多电平逆变器安全和工作性能的通用脉宽调制方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，包括以下步骤：

a.参考输入电压标幺化：对于N次电平逆变器，单一的多电平逆变器基值选取为V_nmax/2，其中V_nmax为最大电平数所对应的的电压矢量幅值；开相电机的双逆变器基值选取为3V_nmax/4，线性调制范围为[-1,1]；

b.两电平空间矢量脉宽调制占空比计算：首先将三相静止坐标系下的参考输入电压转换为两相静止坐标系下的参考输入电压，转换公式如下：

式中，V_α和V_β为两相静止坐标系下的参考输入电压，V_a,pu、V_b,pu和V_c,pu分别为三相静止坐标系下的参考输入电压标幺值；

在一个采样周期T_s内，由零电压矢量和相邻的两个基本电压矢量V_k、V_k+1合成参考电压矢量V_sref，计算公式如下：

上式中，k为扇区参考电压矢量所在的扇区号，T_k、T_k+1为两个基本电压矢量的作用时间，D_k、D_k+1为基本电压矢量对应时间的占空比，D_k＝T_k/T_s，D_k+1＝T_k+1/T_s；T₀为零电压矢量的作用时间，D₀为零电压矢量对应时间的占空比，参考电压矢量V_sref也能够表示为V_α和V_β的复数形式：V_sref＝V_α+jV_β；

所有非零电压矢量幅值为：

根据上面公式推导出零电压矢量和两个基本电压矢量的占空比：

其次，根据上式计算出三个时间占空比，并由如下公式计算出三相占空比：

c.参考电压矢量所在层数计算：通过以上步骤得到的标幺化占空比，即调制波，三相参考电压的最大幅值被约束到[-1,1]的线性区间内，当前参考电压矢量所在电压平面内的层数为：i＝a,b,c；式中，int代表取整运算；N为逆变器的总电平数；D_i为前述步骤计算出的占空比；

根据以上公式计算得到的层数和调制波，对调制波在不同的层进行矢量压缩，压缩后的调制波按照两电平脉宽调制进行斩波，完成斩波操作后获得脉宽调制波；压缩后的占空比计算公式如下：D′_i＝N·D_i+2Lv_i-N-1,i＝a,b,c；