[发明专利]一种基于等效零矢量的脉冲宽度调制方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于等效零矢量的脉冲宽度调制方法及装置，属于电力电子变流器技术领域。本发明根据空间矢量算法确定调制波空间矢量作用时间，采用时间相等的临近对称矢量代替调制波空间矢量中的零矢量，保证三相变流器电压输出的基础上达到降低变流器端口共模电压的效果。本发明完全保留了现有空间矢量计算部分，由电压指令计算通过空间矢量算法，得到载波信号，与现有的减小共模电压的矢量调制方法相比，大大节省了计算量，提高了效率。

技术领域

本发明涉及一种基于等效零矢量的脉冲宽度调制方法及装置，属于电力电子变流器技术领域。

背景技术

随着工业及新能源发电技术的快速发展，基于电压源型的两电平三相变流器得到广泛应用，如光伏逆变器、储能变流器、风电变流器、有源滤波器、驱动变频器等等。在任何电压源变流器中，由于其开关管动作的原因，共模电压均存在。需要注意的是尽管变流器输出的差模电压中不存在共模成分，由共模电压产生的共模电流还会流过负载。这个电流大小取决于系统、电路结构和接地器的共模阻抗，且要消耗输入功率，还将对负载产生破坏作用。

在使用光伏逆变器的光伏逆变系统中，电池板对地寄生电容、逆变器输出滤波元件和电网阻抗形成一个共模谐振回路，产生对地共模漏电流，将影响并网电流的质量，导致电磁干扰，会危害人身及设备安全，增大系统的额外损耗，加速光伏组件的老化过程；而且对地电流过大还会造成共模滤波器的饱和，降低滤波效果，同时也可能造成系统的损坏。为了保证人身和设备的安全，漏电流必须被抑制在一定的范围内。

在变频器广泛应用中，变频器产生的高频共模电压，会在电动机转轴上感应出高幅值轴电压，并形成轴承电流，使电动机的轴承在短期内损坏，缩短电动机使用寿命；高速开关的电力电子器件在每次动作时都会对供电电源产生很强的电磁干扰，影响其它控制系统或电子设备的正常运行；当变频器与电动机之间不可避免地采用长线电缆连接时，在电动机端会产生过电压，加剧了电动机绕组绝缘压力，使上述负面效应产生的影响进一步显著。上述负面效应的存在使系统可靠性下降，故障率增加，但这些往往被变频器的使用者所忽视，而它所带来的实际损失可能会超过交流变频调速系统自身的成本。因此，研究PWM变频器产生的负面效应及其解决方法具有重要的理论意义和实用价值。

为了抑制共模电压，目前主要方法为增加共模磁环或LC滤波回路，该类方法虽然在一定程度上能够抑制共模电压，但不能从根本上消除共模电压的危害，局限性较大，大大增加系统成本、体积和复杂。

从广泛引用的空间矢量调制算法上进行分析研究，逆变器允许存在8种开关状态，这时在电动机三相绕组或输出电压中性点处，将存在共模电压，即逆变器输出的零序电压，其大小由下式给出。

V_cm＝(V_a+V_b+V_c)/3 (1)

根据上式，如果电动机接三相对称正弦电压源，则V_cm＝0，系统中不存在由共模电压带来的危害。如接电压源变频器，共模电压大小根据逆变器中开关管所有允许的导通关断状态确定。如图2中(a)为例，逆变器三相输出均为-Udc/2，代入式(1)得出此时共模电压为-Udc/2；以图2中(b)为例，此时三相逆变器输出为-Udc/2，-Udc/2，+Udc/2，代入式(1)得此刻共模电压为-Udc/6；以下类推，可以得逆变器工作时所输出共模电压幅值的大小，如下式所示，可见共模电压具有四电平特性。

为了抑制共模电压，相关文献对无零矢量调试算法进行研究(NZPWM)，可将共模电压由原来的Udc/2降低到Udc/6，也即不使用零矢量S₀(0,0,0)和S₇(1,1,1)，使得逆变器输出共模电压只有幅值为Udc/6的状态，从而实现共模电压的抑制。