[发明专利]一种永磁直驱电力机车变流器中高压模块器件多模式调制方法

说明书

本发明涉及一种永磁直驱电力机车调制方法，具体为一种永磁直驱电力机车变流器中高压模块器件多模式调制方法，在电机低频段采用异步SPWM调制方法；随着电机转速的上升载波比逐渐减小时开始启用同步SPWM调制方法；当载波比低于11时启用特定消谐SHEPWM调制方法，从11分频过渡到7分频，7分频过渡到5分频，5分频过渡到3分频；当电机输入电压达到电机最大端电压时，最后由特定消谐SHEPWM调制方法过渡到单脉冲方波调制方法。本发明通过合理的调制策略有效解决了电力机车大功率器件在较低开关频率下谐波大、损耗大的问题，提高直流侧电压利用率可以达到1.15倍。

技术领域

本发明涉及一种永磁直驱电力机车调制方法，具体为一种永磁直驱电力机车 变流器中高压模块器件多模式调制方法。

背景技术

永磁直驱同步电机以其低速大扭矩、高功率密度、高功率因数、无齿轮箱维 修成本低等优点，越来越受到轨道交通领域的青睐。通常，永磁同步电机广泛采 用SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation，正弦脉宽调制)和SVPWM(Space Vector PulseWidth Modulation，空间矢量脉宽调制)调制技术，但在轨道交通牵引 系统中供电电压一般较高，牵引系统变流器受散热影响，普遍采用高压大功率模 块，开关频率一般只有几百赫兹，但电机输出调制波频率一般100Hz—300Hz， 受限于开关频率限制，SPWM和SVPWM同步调制技术在低载波比时，会产生 较大的低次谐波和电压误差，并且很难充分利用供电母线电压过渡到方波，此低 载波比调制技术很难应用到轨道交通。因此需要对永磁同步电机调制策略进行优 化。

针对直驱永磁电力机车变流器电压等级高，功率大，功率模块散热需求，要 在保证输出电压波形质量的前提下，以不提高开关频率，不增加系统损耗的前提 下，采用特定消谐的方式进行脉冲的产生，减小永磁电机谐波脉动转矩，保证模 块温升满足要求，提高系统运行的稳定性、可靠性。

专利CN104201969A中SHEPWM(Selective Harmonic Elimination Pulse WidthModulation，特定谐波消除脉宽调制)调制方法，开关角计算设定合理的目 标函数，通过数值迭代在全局范围内寻找特定调制比m的超越方程解，根据开 关轨迹的连续性，以前一调制比m值的方程组解作为当前调制比m值的迭代初 值求出当前m值的方程组解，从而得到整个调制比m范围内的开关角轨迹，将 离线计算的开关角存入DSP中，发波通过中断计算电压矢量角度与当前调制比 m和开关角度N所查出的SHEPWM角度表比较，强制置高或置低从而发出 SHEPWM达到消谐的目的。

专利CN104201969A所介绍的方法能实现特定次消谐的目的，但是需要通 过离线迭代求解超越方程，求解复杂，求解结果以表的型式存入DSP中，脉宽 调制以查表方式进行，DSP数字实现需要设置高速中断，高速中断优先级高于主 中断，高速中断每一个发波周期扫描一次存储的开关角，调制比m值步长选择 对离线计算结果精度产生影响。

发明内容

本发明为了解决轨道交通变流器中，大功率高压大器件模块受系统散热和自 身特性的影响，开关频率只有几百赫兹，电机高速时由于低载波比导致电流波形 畸变的问题，提供一种永磁直驱电力机车变流器中高压模块器件多模式调制方法， 同时对离线计算出的开关角进行分段多项式拟合，从而可以在程序中进行实时计 算。