[发明专利]一种具有连续脉冲数特性的最优PWM调制方法

说明书

本发明属于PWM调制技术领域，并具体公开了一种具有连续脉冲数特性的最优PWM调制方法。包括：以四分之一周期内的开关动作相位为自变量，分析各个脉冲数的磁链轨迹波形，根据磁链轨迹波形的周期性定义磁链单元，对应的开关序列即为脉冲单元；分析不同磁链单元边界磁链幅值大小，加入磁链幅值大小的限定条件后重新搜索开关表；列举各个脉冲数下脉冲单元的起始电平状态，计算不同的脉冲数下的脉冲单元进行组合需要额外增加的开关动作次数，形成额外开关动作表；确定待切换的脉冲单元需要增加的额外开关动作次数，并更新开关频率误差。本发明方法最大程度的利用了逆变器允许的开关频率，减少了调制产生的电流谐波，能减少系统损耗，提高逆变器效率。

技术领域

本发明属于PWM调制技术领域，更具体地，涉及一种具有连续脉冲数特性的最优PWM调制方法。

背景技术

在大功率牵引系统中，为控制开关损耗，系统通常运行在较低的开关频率下。为解决低开关频率下调制载波比较低，调制谐波较大的问题，通常会采用适用于低载波比的调制方法。同步的调制方法因其在低载波比下的优秀性能得到了广泛的应用。最优PWM以总电流谐波畸变率为优化目标函数，不考虑电机参数的变化，理论上能获取最小的电流谐波，故在大功率、低开关频率的应用场合备受青睐，然而，同步的最优PWM调制方法也存在着一些问题。其中，一个主要的问题是脉冲模式的局限性。最优PWM属于同步调制方法，对于同步最优PWM，仅有脉冲数为3、5、7和9的脉冲模式可供使用。脉冲模式的有限且不连续带来的一个问题是脉冲模式切换时开关频率的明显变化。例如脉冲数由5向3切换时，开关频率下降40％，此时，系统允许的开关频率将无法被充分利用，系统谐波相比脉冲模式切换之前将显著上升。

基于上述缺陷和不足，本领域亟需针对上述脉冲数离散，脉冲数切换时开关频率急剧变化的问题，提出一种新的随机脉冲模式方法，以解决脉冲模式切换引起的开关频率下降、电流谐波上升的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有连续脉冲数特性的最优PWM调制方法，其中结合脉冲数切换时开关频率急剧变化的特征及其低脉冲磁链的特点，相应的根据磁链轨迹波形的周期性对磁链进行分块，同时根据脉冲单元的起始电平状态计算不同的脉冲数下的脉冲单元进行组合需要额外增加的开关动作次数，进一步的根据候选脉冲单元的选择概率进行选择待切换的脉冲单元，并将本次开关频率误差作为下次脉冲单元选择计算过程中的上一次脉冲单元选择后得到的开关频率误差，从而有效避免了传统的最优PWM调制方法只能选择离散的脉冲数，即开关频率为电频率的整数倍，导致最大的开关频率没法被充分利用，在脉冲数切换时，开关频率的急剧变化导致谐波畸变率的急剧下降的问题，因而具有更优的电压谐波特性，降低了控制系统的损耗，提升了同等容量逆变器的基波功率的输出能力，尤其适用于低载波比的调制应用场合。

为实现上述目的，本发明提出了一种具有连续脉冲数特性的最优PWM调制方法，包括以下步骤：

S1以四分之一周期内的开关动作相位为自变量，搜索各个脉冲数下关于调制系数的开关表，分析各个脉冲数的磁链轨迹波形，并根据该磁链轨迹波形的周期性对称性和脉冲序列周期性对磁链进行分块，每块磁链定义为磁链单元，磁链单元对应的开关序列即为脉冲单元；具体而言，分析各个脉冲数的磁链轨迹波形，根据该磁链轨迹波形分析磁链的周期性，并根据磁链的周期性，以空间平面的负β轴为起点，每个周期的间隔划分为一块，每一块定义为磁链单元。如得出磁链具有60°周期性的结论，以空间平面的负β轴为起点，每60°划分为一块，每一块定义为磁链单元，在一个电周期内有6个磁链单元，其对应的的开关序列定义为脉冲单元。

S2分析同一调制系数下不同磁链单元边界磁链幅值大小，加入磁链幅值大小的限定条件后重新搜索开关表；

S3列举各个脉冲数下脉冲单元的起始电平状态，并据此计算不同的脉冲数下的脉冲单元进行组合需要额外增加的开关动作次数，形成额外开关动作表；