[发明专利]一种开关频率半基波周期分段随机空间矢量脉宽调制方法

说明书

本发明公开了一种开关频率半基波周期分段随机空间矢量脉宽调制方法。该新型随机调制技术将整个基波周期拆分为前后两个半基波周期，通过引入偏移频率与随机频率的方式，并合理分配两者大小，对单个基波周期内的开关频率进行分段随机，从而优化开关频率分布，进一步削减高次谐波幅值。本发明公开的方法能在较窄的开关频率变化范围内进一步削弱开关频率及其整数倍附近谐波，实现高次谐波更好分散，进而可有效减少逆变器的电磁干扰，有助于随机调制技术的应用与推广。

技术领域

本发明公开了一种开关频率半基波周期分段随机空间矢量脉宽调制方法，属于发电、变电或配电的技术领域。

背景技术

近年来，随着新能源汽车、航空航天、船舰推进等领域的快速发展，各种先进电气设备大量使用，传统空间矢量脉宽调制(SVPWM，Space Vector Pulse Width Modulation)技术带来的缺陷被越来越多地关注，特别是电磁兼容性能已成为电气化交通领域的一个重要考察指标。采用传统SVPWM时，输出电压在开关频率及其整数倍处产生大量高次谐波，从而带来大量电磁噪声和干扰，影响系统电磁兼容性。

随机SVPWM技术通过随机改变开关信号周期，脉冲位置等参数，直接产生驱动信号，从源头控制电磁干扰源，能在不改变系统拓扑结构，不增加硬件成本的条件下实现高次谐波在较宽频率范围内良好分散，从而有效减少电磁干扰，提高系统的电磁兼容性。正因为如此，近年来它受到了广泛关注和深入研究。

根据随机调制技术中随机化对象的不同，可分为随机脉冲位置调制技术与随机开关频率调制技术两类。其中随机脉冲位置调制技术分散高次谐波能力有待提高，而随机开关频率调制技术因其良好的谐波分散效果得到了更为广泛的研究。

通常，随机开关频率的最大值与最小值在平均开关频率的两侧对称分布，其上限则受开关器件限制；若开关频率变化范围较宽，其下限也会很小，进而导致电流纹波增大，影响系统稳态性能。同时较宽的开关频率范围还会带来“频谱混叠”现象，使得开关频率与两倍开关频率间高次谐波叠加，增大电磁干扰。另外，在利用数字控制技术实现进行随机调制时，通常采样频率与开关频率保持一致。而在随机开关频率调制方式中，采样频率也会同步变化，若其变化范围较大，系统传递函数与频域特性也会随之大幅改变，相应地调节器参数的设计也要考虑采样频率变化影响。上述这些因素会使得随机开关频率调制的实际效果大打折扣，也增加了其工程应用难度。

目前，关于随机开关频率调制的研究多是在较宽的开关频率范围内进行的，但在实际应用中，电机驱动系统的软硬件局限性会在一定程度上限制开关频率变化范围，进而导致随机调制产生的高次谐波分散效果不佳，应用场合也相应受限。

针对这一问题，本发明提出了一种开关频率半基波周期分段随机空间矢量脉宽调制方法，该技术能够在开关频率变化范围较窄的情况下，进一步降低集中在开关频率及其整数倍附近的高次谐波幅值，以更好地抑制电磁噪声和干扰。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种开关频率半基波周期分段随机空间矢量脉宽调制方法，对传统全基波周期随机开关频率调制方法进行改进，分别对两个半基波周期的开关频率独立随机化，解决了传统调制方法在开关频率变化范围较窄的情况下高次谐波幅值较大的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种开关频率半基波周期分段随机空间矢量脉宽调制方法，包括如下若干步骤：

1.首先，根据静止坐标系下β轴电压矢量对基波周期进行划分；

2.然后，按照划分出的两个半基波周期确定偏移频率的符号位；

3.接着，根据随机数及偏移频率绝对值大小计算得到下一个开关周期的随机频率；

4.然后，将偏移频率、偏移频率符号位、随机频率和整个基波周期平均开关频率结合得到下一开关周期的开关频率；