[发明专利]一种基于有效开关时间的三相四开关逆变器脉宽调制方法

说明书

技术领域

本发明属于逆变器控制技术领域，具体涉及一种基于有效开关时间的三相四开关逆变器脉宽调制方法。

背景技术

随着电力电子器件及其控制技术的迅速发展，电力电子逆变器在交流电机变频调速、新能源发电等场合已得到广泛应用。其中，功率开关器件及其驱动电路是逆变器的重要组成部分，同时也是最易发生故障的薄弱环节，是系统可靠性的重要制约因素。而一旦逆变器发生故障，如果不采取相关补救措施，将会引起系统二次故障而严重影响系统运行的安全。如果故障发生在交通运输、航空航天等重要场合，将造成不可弥补的灾难性事故。

实际应用中，为提高逆变器发生故障时系统运行的可靠性，有学者提出了故障后的替代电路。如图1所示，通过在传统三相六开关逆变器的拓扑结构上增加硬件开关，当逆变器某一相功率器件发生故障时，通过关断故障相开关器件的触发脉冲或者熔断快速熔断丝，同时触发导通与该相连接的固态继电器(SSR)使得故障相接至两电容中间接点，逆变器重构得到三相四开关型逆变器拓扑结构。由于其硬件结构简单，利用了逆变器剩余的功率开关器件保持系统不间断运行，很好的提高了系统运行可靠性，因此三相四开关逆变器具有重要的研究价值。

目前，针对三相四开关逆变器的控制方法主要是空间矢量脉宽调制(SVPWM)，常规SVPWM算法在进行扇区判断时默认电容电压不发生波动。而在实际工程运用中，由于有一相负载电流周期性流过电容中性点，电容的充放电势必会导致电容中点电压的波动，特别是在低频大电流工况下，电容电压波动尤为严重。此时，基本电压矢量如图2所示，如果仍采用常规SVPWM方法，在扇区判断时没有考虑电容电压的波动，基本矢量的选取将会出现错误，导致逆变器调制出的三相电压不平衡，影响了系统的运行性能。

为解决因电容电压波动带来的逆变器调制出的电压矢量出现偏差的问题，公开号为CN104539220A的中国发明专利提出了一种三相四开关逆变器自适应脉宽调制方法。利用该专利提出的方法，逆变器的触发脉冲能够根据电容电压的波动进行实时调节，实现自适应脉宽调制控制。但是，利用该脉宽调制方法得到的是开关管在一个调制周期内开始触发导通的时刻，并不能根据需要灵活地改变等效零矢量的构造方式，这也进一步限制了算法的灵活性。

为此，需要探索一种新的方法，既能够简化计算过程，并能根据需要灵活地改变等效零矢量的构造方式，又能够根据电容电压的实时波动情况，准确有效地调制出所需的目标电压矢量，保证系统的稳定运行。

发明内容

由此，本发明提供了一种基于有效开关时间的三相四开关逆变器脉宽调制方法，该方法无需扇区判断，同时将电容电压的波动考虑了进来，并且能根据控制目标，灵活地改变等效零矢量的构造方式。

一种基于有效开关时间的三相四开关逆变器脉宽调制方法，包括如下步骤：

(1)采集三相四开关逆变器的直流母线电压V_dc以及与直流电源负极相连的电容电压V_c2；

(2)将所述逆变器的调制电压转换至静止α-β坐标系下，得到电压矢量V_αβ；

(3)根据直流母线电压V_dc、电容电压V_c2以及电压矢量V_αβ，计算确定所述逆变器两开关相上桥臂开关管对应的有效开关时间；

(4)在一个调制周期T_pwm内通过对所述有效开关时间进行移位以及拆分，可以灵活地改变等效零矢量的构造方式，从而得到逆变器两开关相上桥臂各开关管对应的驱动信号，用以实现对逆变器的控制。

所述逆变器任一开关相的上桥臂开关管与下桥臂开关管，两者驱动信号相位互补。

若所述逆变器A相故障使得两电容中间接点作为故障相输出，则通过以下公式计算B、C两开关相上桥臂开关管对应的有效开关时间T_B和T_C：

其中：V_α和V_β分别为电压矢量V_αβ的α轴分量和β轴分量，t_b和t_c分别为有效开关时间T_B和T_C对应的中间时间变量。

若所述逆变器B相故障使得两电容中间接点作为故障相输出，则通过以下公式计算A、C两开关相上桥臂开关管对应的有效开关时间T_A和T_C：