[发明专利]全周期低共模电压运行的控制方法、控制器及系统

说明书

本发明公开了一种全周期低共模电压运行的控制方法、控制器及系统。其中，该方法适用于T型三电平逆变器电机驱动系统，包括：当T型三电平逆变器电机驱动系统运行在非死区时间时，采用低共模电压的模型预测控制策略，实现低电压运行；当T型三电平逆变器电机驱动系统运行在死区时间并且开关状态切换发生在两个或者三个桥臂之间时，将三相开关管全部断开，保证桥臂只输出大矢量，实现低共模电压运行；其中，大矢量为PNN，PPN，NPN，NPP，NNP和PNP，且共模电压幅值为1/6倍的输入电压值。其具有控制简单，无复杂参数调节的优势，具有很高的实用价值。

技术领域

本发明属于电力电子控制领域，尤其涉及一种全周期低共模电压运行的控制方法、控制器及系统。

背景技术

T型三电平逆变器作为AC/DC接口变换器，将直流电变换为交流电。这种变换器拓扑结合了两电平拓扑的优点(如损耗小、开关器件少和运行简单等)和三电平NPC拓扑的优点(如开关损耗小和输出波形质量优等)在中低压领域如在光伏发电、电机驱动、直流输电等领域被广泛使用。特别是作为电机驱动装置，由于其输出电压波形质量优及控制的灵活性，为现代高性能PWM电机驱动提供了强有力的支持，带来了巨大的经济效益。但是许多问题也日益暴露出来，亟待解决。

T型三电平PWM逆变器驱动电机时，由于T型三电平逆变器开关状态的切换，三相输出电压之和不能为零，导致在电机的输入端产生高频的共模电压。高频的共模电压的频率与逆变器开关状态有关，幅值与直流侧的电压有关。

共模电压是T型三电平PWM逆变器电机驱动系统值得关注的问题。共模电压不仅增加了T型三电平逆变器开关器件的电压应力、交流侧电流谐波，还增加了电机负载的轴电压、轴电流，降低了电机的绕组绝缘能力。共模电压是导致感应电动机轴承损坏和产生EMI的主要原因。高EMI增加了系统损耗，降低了系统使用效率，缩短了电机使用寿命。调查统计发现电机轴承损坏导致的电机损坏占损坏总数的40％，而25％的电机轴承损坏是由于逆变器供电时共模电压引起的轴电流所导致的。

目前有许多学者针对共模电压降低进行了大量研究。A.V.Jouanne等学者提出了共模变压器法,在共模扼流圈同一磁心上缠绕一个终端连接阻尼电阻的第四绕组,来抑制共模EMI电流的振荡,进而消除电机端共模电压带来的其他负面效应。H7、H8拓扑通过增加开关器件的方法，改变系统的共模电压，使共模电压恒定。以上方法需要额外的无源器件，增加了系统成本、体积和损耗。

另一方面，随着嵌入式微处理器的高速发展，处理器运行速度越来越高，模型预测控制在电机驱动控制中得到了迅速发展。目前有许多学者采用模型预测控制策略实现T型三电平PWM逆变器电机驱动系统控制及降低系统的共模电压目标。模型预测控制具有不需要电流内环、调制模块，控制速度快等优点，提高了系统的性能。但是这种方法并没有考虑开关管切换时死区时间带来的影响。为了保证T型三电平逆变器的安全稳定运行，避免桥臂出现直通现象，死区时间必须加在驱动信号互补的开关管的驱动信号中。由于开关管状态的切换，在死区时间内共模电压会增高，影响电机的安全稳定运行。

因此，研究一种简单有效的控制方法，实现T型三电平逆变器电机驱动系统在非死区时间和死区时间内的全周期低共模电压的稳定运行具有重大意义。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种全周期低共模电压运行的控制方法，当T型三电平逆变器电机驱动系统运行在非死区时间时，采用低共模电压的模型预测控制策略，实现低电压运行；当T型三电平逆变器电机驱动系统运行在死区时间并且开关状态切换发生在两个或者三个桥臂之间时，将三相开关管全部断开，此时桥臂只输出大矢量，实现低共模电压运行。

本发明的一种全周期低共模电压运行的控制方法，适用于T型三电平逆变器电机驱动系统，包括：

当T型三电平逆变器电机驱动系统运行在非死区时间时，采用低共模电压的模型预测控制策略，实现低电压运行；