[发明专利]一种单相三电平变流器的半周期空间矢量脉冲调制方法

说明书

本发明公开了一种单相三电平变流器的半周期空间矢量脉冲调制方法，将每个PWM周期分成两个半周期中断，再分别进行电压矢量合成。根据给定电压与本中断周期的初始电压矢量的关系，把输出电压脉冲分为三种脉冲类型，同时将本周期内的脉冲跳变与中点均压的冗余矢量跳变融为一体，可有效降低开关损耗，同时还可实现对三电平中点电压的均衡控制；利用本发明提出的调制方法可有效降低调制控制延时，提高动态性能，降低电流谐波含量；本发明还可有效控制中高压系统中的电压变化率(dv/dt)，降低过高的dv/dt对电机绝缘以及敏感电子设备的影响。

技术领域

本发明属于电力电子与电力传动技术领域，具体涉及一种单相三电平变流器的半周期空间矢量脉冲调制方法。

背景技术

在中压大功率传动系统中，大容量高性能的变流器得到广泛应用。为了提高系统的容量等级，变流器多采用单相多电平的拓扑结构。脉宽调制(PWM，Pulse WidthModulation)方法是变流器的核心技术，直接影响了装置的性能指标。目前应用较多的PWM方法主要包括：基于载波的正弦PWM方法(SPWM)和基于空间矢量的PWM方法(SVPWM)。其中SPWM的基本原理是将n电平的n-1个具有相同频率和幅值的三角载波与调制波进行比较，得到相应的开关信号，但存在电压利用率较低、并难以灵活实现对中点箝位型逆变器的中点电压均衡控制的缺点；而SVPWM以电压空间矢量的概念为出发点，具有电压利用率高，易于数字化实现等优点，已在工程上广泛应用。但是，传统单相变流器的SVPWM方法依然存在无法兼顾开关损耗、直流均压、输出谐波特性、电压变化率(dv/dt)限制等多个指标的要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术的不足，提供一种不仅可有效优化开关器件的开关次数、降低开关损耗，还可实现对三电平中点电压均衡控制的单相三电平变流器的半周期空间矢量脉冲调制方法。

为实现上述目的，本发明所设计的单相三电平变流器的半周期空间矢量脉冲调制方法，具体步骤如下：

步骤一、在每个中断周期获得变流器期望输出的给定电压值V_ref，并根据变流器直流母线电压V_dc对给定电压V_ref进行归一化处理，归一化后的给定电压V^*为

V^*＝V_ref/V_dc (1)

归一化后的给定电压V^*的范围限制为-1≤V^*≤1；

步骤二、将上一个中断周期的终止矢量作为当前周期的初始矢量V_i，并与归一化后的给定电压V^*进行输出脉冲类型判断，脉冲类型分为三种，分别为脉冲类型1、脉冲类型2、脉冲类型3：

其中，V_th为归一化后的电压阈值，T_pmin为最小脉宽对应的时间，T_pwm为PWM的周期时间；

步骤三、根据输出脉冲类型，进行变流器输出开关矢量及矢量作用时间计算；

步骤四、根据最小脉冲宽度限制对应时间t_pmin对矢量作用时间进行限制，从而得到修正后的矢量作用时间；

步骤五、根据中点电压及输出交流电流方向进行开关矢量的冗余矢量选择；

步骤六、在每个中断周期开始时刻，将矢量占空比缓冲器的数据锁存到矢量寄存器中；在中断周期结束前，将当前周期计算的矢量占空比写入到矢量占空比缓冲器中；

步骤七、将占空比的数据值和三角载波计数器的值进行比较，并经过死区电路后产生相应的PWM调制脉冲。