[发明专利]一种大功率变频器的脉宽调制策略

说明书

本发明提供一种大功率变频器的脉宽调制策略，根据对角速度和调制角度的预测计算，得到下一个控制周期的调制预测值，并与当前调制值连接得到调制波，与载波比较实现脉宽调制。该方法消除了常规规则采样的调制波台阶，从而解决了低载频比下错误调制的问题。由于调制波更逼近于实际波形，改善了发波控制精度，并降低了输出谐波。

技术领域

本发明涉及一种变频器的处理方法，尤其是涉及一种大功率变频器的脉宽调制策略。

背景技术

大功率变频器已在工业生产中得到了广泛应用，例如矿山行业的刮板输送机、油气行业的压裂泵、管道泵、冶金行业的轧机以及轨道交通行业的牵引系统等。大功率变频器的功率等级一般不低于兆瓦级，其核心的电力电子开关器件大多为中压IGBT或IGCT。在现有的电力电子开关器件技术水平下，需要限制其开关频率，以避免开关损耗过大而导致器件失效。因此，大功率变频器的开关率通常低于1kHz，有些应用中甚至低于200Hz。

在常规的脉宽调制（PWM）策略中，以典型的正弦波脉宽调制为例，通常在一个载波周期或半个载波周期内，保持调制波不变，将调制波与载波进行比较，得到电力电子器件的开关控制信号。而在上述大功率变频器的低载频比工况下，该PWM策略存在误调制的情况，即当载波穿越调制波的相邻周期更新台阶时，会产生额外的开关动作，导致更高的开关损耗和窄脉冲问题，影响设备安全。而且，载频比越低，该问题越突出。

为解决低载频比的脉宽调制问题，目前通常采用特定谐波消除（SHE）PWM策略。SHE-PWM的基本原理是在电压波形的特定位置设置缺口，通过每半个周期中逆变器的多次换向，恰当地控制逆变器脉宽调制电压的波形，通过脉宽平均法把逆变器输出的方波电压转换为等效的正弦波，以消除某些特定次数的谐波。该调制策略本质上是一种离线式调制算法，其开关角度需预先离线计算好并存入数字控制器，以供在运行控制中使用。这种离线式计算方式决定了其动态特性差，在负载转矩突变等工况下的调制精度难以满足要求。

综上所述，对于大功率变频器，尤其是在载频比较低的情况下，现有的脉宽调制策略存在一定的不足之处。

发明内容

本发明提供了一种大功率变频器的脉宽调制策略，解决在低载频比时可实现较高精度的在线实时调制的问题，其技术方案如下所述：

一种大功率变频器的脉宽调制策略，包括下列步骤：

S1：计算当前控制周期的角速度和调制角度，并保存上个控制周期的角速度及三相电压调制预测值、、；

S2：预测下个控制周期的角速度：假设控制周期内加速度不变，根据当前角速度和上个周期的角速度，以向前差值的方式预测计算下个周期的角速度；

S3：预测下个控制周期的调制角度：根据控制周期和角速度，计算下个控制周期的调制角度增量预测值；

S4：根据当前调制角度，分别计算三相正弦电压调制值、、；结合预测调制角度增量，计算三相正弦电压调制预测值、、；

S5：计算零序注入电压，分别叠加于三相正弦电压调制预测值，得到三相电压调制预测值、、；

S6：将上个周期计算的每相电压调制预测值作为本周期调制波起点，下个周期的电压调制预测值作为调制波终点，将两点间的斜线与载波进行比较，即得到当前周期相应电力电子开关器件的控制指令。

进一步的，步骤S2中，所述角速度的公式为：。

进一步的，步骤S3中，所述下个控制周期的调制角度增量预测值，公式为：

其中，0≤k≤1，为调节系数。

进一步的，步骤S4中，所述三相正弦电压调制值、、，为：

其中，为调制系数；

所述三相正弦电压调制预测值、、，为：