[发明专利]一种三电平NPC变流器的随机开关频率调制方法

说明书

本发明公开的一种三电平NPC变流器的随机开关频率调制方法，包括以下步骤：步骤1，根据载波脉冲宽度调制方法，得到三相调制波，随后通过空间矢量脉冲宽度调制策略，设定固定开关周期，求解并输出a、b和c三相开关状态及其各自作用时间；步骤2，根据纹波电流有效值的限制值，求解满足纹波电流限制值的随机开关周期；步骤3，使用步骤2的随机开关周期替代步骤1中的固定开关周期，并计算随机开关周期下三相开关各自作用时间，形成最终的调制波形。本发明调制方法根据预测的纹波电流有效值，调整开关周期，使纹波电流的有效值满足随机开关周期下纹波电流有效值的限制值，从而有效降低变流器输出电流的谐波含量，有很好的实用价值。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种三电平NPC变流器的随机开关频率调制方法。

背景技术

近年来，三相电压源的脉冲宽度调制(PWM)变流器是功率转换应用中使用最广泛的电力电子器件之一。空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)和不连续脉冲宽度调制(DPWM)是两种典型的调制方法。

长时间以来，对于三相变流器的脉冲宽度调制控制方式，开关频率是固定的。然而，简单的将开关频率处理为恒定值，对系统性能改进来说，会丧失重要的自由度。此外，由于频谱峰值接近开关频率的谐波，所以在这些频率附近，电磁干扰噪声峰值也将更大，从而使纹波电流问题变得更加严重。

随机脉冲宽度调制(RPWM)是目前使用最广泛的变化开关频率脉冲宽度调制(VSFPWM)方法。随机脉冲宽度调制(RPWM)的原理是随机扩展变流器的开关周期，使频谱分布在比CSFPWM更广的范围内。随机脉冲宽度调制(RPWM)在过去20年里有很好的发展，并且在很多应用领域得到了改进，这些改进的目标是有效降低变流器的输出纹波电流。在随机脉冲宽度调制控制下，变流器的损耗和纹波电流通常是不可控的；最后可控性的变化开关频率脉冲宽度调制(VSFPWM)代替了随机脉冲宽度调制。

纹波电流是三相PWM变流器设计和控制的重要要求，与CSFPWM相比，变化开关频率脉冲宽度调制可以通过增加开关周期的变量来实现更好的电流性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种三电平NPC变流器的随机开关频率调制方法，解决了现有变流器运行效率较低、变流器的输出纹波电流较高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种三电平NPC变流器的随机开关频率调制方法，包括以下步骤：

步骤1，根据载波脉冲宽度调制方法，得到三相调制波，随后通过空间矢量脉冲宽度调制策略，设定固定开关周期，求解并输出a、b和c三相开关状态及其各自作用时间；

步骤2，根据纹波电流有效值的限制值，求解满足纹波电流有效值的限制值的随机开关周期；

步骤3，使用步骤2的随机开关周期替代步骤1中的固定开关周期，并计算随机开关周期下三相开关各自作用时间，形成最终的调制波形。

步骤1具体操作为：

步骤1.1，根据载波脉冲宽度调制方法，得到三相调制波表达式，如公式(1)，

其中U_m为三相相电压的幅值，U_a、U_b和U_c分别为对应三相a、b和c的相输出电压，ω为a、b和c各相相电压的角频率；

步骤1.2，通过步骤1.1得到的三相调制波合成参考电压矢量v_ref，具体如公式(2)，

步骤1.3，构造三电平NPC变流器的空间矢量V_S：

步骤1.3.1，根据三电平NPC变流器的拓扑结构，定义拓扑结构的开关函数S_x为：