[发明专利]一种三电平逆变器的虚拟空间矢量脉宽调制方法

说明书

一种三电平逆变器的虚拟空间矢量脉宽调制方法，涉及三电平逆变器开关方法，分别求取两相静止坐标系下电压矢量角度在不同范围值时的调节三相电压需要调节的占空比，根据电压矢量角度的不同对三相电压的占空比进行相应的调节。本发明具有能够降低负载电机开关噪声并保持中点电位平衡的优点。

技术领域

本发明涉及三电平逆变器开关方法，详细讲是一种能够降低负载电机开关噪声并保持中点电位平衡的三电平逆变器的虚拟空间矢量脉宽调制方法。

背景技术

我们知道，中点箝位型三电平逆变器在中高压、大功率电机驱动场合得到广泛应用，这种拓扑结构存在的一个很明显的问题是中点电位不平衡。中点电位不平衡不仅会使三电平逆变器输出波形的谐波含量大大增加，而且很有可能导致开关管过压击穿，是中点箝位型三电平逆变器应用必须解决的功能性问题。现有的中点电位不平衡解决方法可以分为自平衡法、硬件方案和基于脉宽调制的方法。

自平衡法研究了自平衡效应的机理，指出了自平衡效应依赖于开关频率和电流谐波，并提出了增强自平衡能力的方法。基于自平衡的中点电位控制方法仅仅能减小中点电位的直流偏移，需要较大的直流侧电容来减小中点电位的交流脉动。另外，这种方法缺乏理论解释，存在不确定因素，相对于主动控制方法的可靠性较低，所以实际中更倾向于使用硬件方案或基于脉宽调制的主动控制方法。

硬件方案通过辅助的变流器或采用直流电源完全消除中点电位的直流偏移和交流脉动。基于硬件的中点电位平衡方法不需要对开关方法做出更改，是所有的中点电位控制方法中最有效的一种，但是这种方法会在较大程度上增加成本，也会增加逆变器的体积，在很多应用场合难以接受。

基于脉宽调制的方法通过调整开关方法来消除中点电位的直流偏移和交流脉动，分为空间矢量脉宽调制和正弦脉宽调制。空间矢量脉宽调制分为最近三矢量脉宽调制(NTVPWM)、虚拟空间矢量脉宽调制(NTV²PWM)和混合调制。基于NTVPWM的中点电位控制方法会受到功率因数和调制系数的限制，NTV²PWM虽然不受功率因数和调制系数的限制，但是每个开关周期三相总的开关次数会增加到4次，相同开关损耗下开关周期较长，导致负载电机开关噪声增大，逆变器输出电流波形的谐波含量增加。混合调制算法通过混合NTVPWM和NTV²PWM来解决中点电位平衡和输出谐波增多的矛盾。基于正弦脉宽调制的中点电位控制方法和基于空间矢量脉宽调制的方法比较相似，这里不再介绍。

总的来说，通过脉宽调制方法实现所有功率因数和调制系数下的中点电位平衡已经不是难题，但是各种调制方法在实现中点电位平衡的同时所带来的副作用一直没能引起足够的重视，比如增加开关噪声和电流谐波。因为NTV²PWM平衡中点电位不受功率因数和调制系数的限制，所以本发明选择NTV²PWM为原型，提出了一种能够降低开关噪声的改进的NTV²PWM。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种能够降低负载电机开关噪声并保持中点电位平衡的三电平逆变器的虚拟空间矢量脉宽调制方法。

本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：

一种三电平逆变器的虚拟空间矢量脉宽调制方法，其特征在于包括如下步骤：

A、当两相静止坐标系下电压矢量角度θ∈(0°,60°)时方法如下：

(1)选择ONN或PPO为需要调节的电压矢量，并确定共模电压调节量：

系数r和r₁的表达式为：

(2)考虑中点电位的不平衡计算三相需要调节的占空比Δd_a,Δd_b和Δd_c：