[发明专利]基于选择谐波消除脉宽调制的直流母线电压波动采样方法

说明书

本发明公开了基于选择谐波消除脉宽调制的直流母线电压波动采样方法，其具体涉及的是三相交流电机驱动系统的控制；方法首先根据各种不同分频数时SHEPWM开关角度分布特性，确定同步处理区间；之后根据母线波动的周期性，使用重复预测器生成的滑动预测窗口对下一个处理区间内的直流母线电压波形进行预测；之后根据预测的母线电压波形与开关时刻估计下一个处理区间内的磁链误差，并相应地调整开关时刻以消除磁链误差；本发明中提出的方法能够保留SHEPWM的优良谐波特性，生成滑动预测窗口，得以在任意时刻预测出从该时刻开始将来一段时间内母线电压的波形，为补偿的实施提供条件。

技术领域

本发明涉及三相交流电机的控制技术领域，更具体的说，它涉及基于选择谐波消除脉宽调制的直流母线电压波动采样方法。

背景技术

选择谐波消除脉宽调制技术(SHEPWM)作为同步优化调制技术中的一种，能够在一定的每周期脉冲数下尽可能消除阶次较低的电压谐波成分，从而降低总体谐波电流损耗。从另一个角度考虑，使用这一技术可以实现一定的电流谐波总量限制一定的情况下尽量降低每一基波周期内各相的脉冲数，从而降低逆变器开关频率、减小开关损耗。因此，这一技术在大功率电机传动等要求开关频率低及损耗小的场合运用广泛。

在典型的交-直-交电机驱动结构中，直流母线电压往往存在周期性波动(例如，在高铁列车的电气传动系统中，由于是单相交流供电，使得直流母线电压中含有波动成分，波动的基频为输入单相交流电频率的两倍)。这一电压波动成分会引起牵引电机电流与转矩的波动，波动在逆变器输出基频与母线电压波动频率接近时显著增强，产生额外的损耗以及振动和噪音。常规处理方法包括在直流母线上增加LC滤波器、增大母线支撑电容、增加主动电力滤波器(APF)等。以上方法都会引入额外的硬件设备，显著增加系统体积重量以及成本。本发明在不增加额外硬件的基础上，提出了一种纯软件实现的消除直流母线电压的波动所引起的逆变器输出的额外谐波的方法。

针对SHEPWM采用软件实现补偿的困难主要有以下三点：1、由于数字控制系统特性，每一控制周期开始时刻加载的控制量必须在上一个控制周期内就计算得出，而选择谐波消除脉宽调制技术应用时开关频率较低，控制周期也较长，这样如果使用依据当前周期采样得到的直流母线电压计算得到的脉冲指令在下一周期内加载，将会引入等效1.5个控制周期的延时，严重影响控制性能、引入谐波，因此必须在前一周期提前知道下一周期内的母线电压；2、SHEPWM的实现过程中不存在载波的概念，导致传统基于载波周期的占空比补偿方法难以实施；3、选择谐波消除脉宽调制波形的产生与电压矢量的相位同步，因此电流控制环节输出的电压矢量相位必须平稳，否则会引起脉冲输出时序的混乱，这给反馈控制带来了很大困难。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于SHEPWM的直流母线电压波动采样方法，以削弱直流母线波动带来的谐波及其引起的损耗及转矩脉动。

本发明的技术方案如下：

基于选择谐波消除脉宽调制的直流母线电压波动采样方法，包括如下步骤：

101)电压矢量转换步骤：将标准矢量控制产生的给定电压矢量转换为极坐标下，得到极坐标下电压矢量；

102)采样预测步骤：由极坐标下电压矢量预测形成，从当前时刻延后一定的执行周期时间的给定电压矢量的波形，得到预测波形，并设置一定采样频率采集预测波形，得到处理区间；

103)同步处理步骤：选取不同的脉冲数模式的每相每基波周期脉冲数，并分别划分区间，形成每个区间位置与电压矢量的相位直接唯一相关；

104)区间补偿判断步骤：每一区间内只包括三种状态，其中有且只有两种状态有开关动作，另一种状态为保持开通或关断；有开关动作的状态需要进行区间误差补偿，状态为保持开通或关断则不需要区间误差补偿。