[发明专利]一种两电平H桥变流器的开关频率调制方法

说明书

本发明公开了一种两电平H桥变流器的开关频率调制方法，根据变流器输出基波范围、基波调制控制精度、系统效率和功率器件损耗等因素确定开关频率总阈值区间[f_min，f_max]；综合相电流纹波电流有效值限制、峰值限制和加权因子确定所需开关频率的最小值f_N3；根据开关频率最小值f_N3和总阈值区间[f_min，f_max]确定满足要求的开关频率实时限制范围[f_min‑N，f_max‑N]；在开关频率实时限制范围[f_min‑N，f_max‑N]内，利用随机因子δ_random进行开关频率的随机化选择，最后将更新后的开关频率作用到两电平H桥变流器的脉冲宽度调制中。采用该开关频率调制方法能提高变流器的电磁兼容和振动噪声性能。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种两电平H桥变流器的开关频率调制方法。

背景技术

相比两电平三相全桥主回路结构，两电平H桥变流器拓扑可以提高电源电压利用率，有助于实现电力推进在船舶、轨道交通等大功率领域的应用。长期以来，在进行两电平H桥变流器的脉冲宽度调制时，开关频率通常被设置为某一固定值。固定开关频率虽然会简化变流器输出滤波器的设计，但会导致变流器输出开关频次谐波能量的集中，增大高频电磁干扰的噪声，引起高频振动噪声。

在不影响电能质量的前提下，为解决传统变流器固定开关频率造成的高频振动噪声和电磁兼容问题，众多学者通过利用开关频率这一重要自由度，提出了一系列的PWM调制方法。

2013年IEEE文献“Variable Switching Frequency PWM for Three-phaseConverters Based on Current Ripple Prediction”(“基于电流纹波预测的变开关频率三相变流器PWM研究”，2013年IEEE电力电子学报)针对三相全桥两电平变流器拓扑，根据开关频次电流纹波的解析表达式，通过限制电流纹波峰峰值和均方根值，提出了满足不同纹波要求的开关频率自适应调制方法。

中国发明专利“基于纹波电流峰峰值的NPC变流器随机开关频率调制方法”(CN108054948 B)和“一种三电平NPC变流器的随机开关频率调制方法”(CN108092541B)针对二极管嵌位型三电平变流器拓扑，根据多载波脉冲宽度调制方法，通过计算分析27个电压矢量的作用时间和序列，将满足电流纹波要求的开关频率控制方法拓展应用到高压大功率领域。

然而，现有的开关频率调制方法有以下缺点：

1，受调制控制精度、系统效率和功率器件温升等因素的限制，开关频率不能无限制的自适应调制，需要限制在一定的阈值范围内。

2，纹波电流的峰峰值和有效值分别对应变流器的电磁兼容和振动噪声特性，现有调制方法根据单一指标确定开关频率，没有实现开关频率的多目标优化控制。

3，现有调制方法实质依据电压给定，通过计算脉冲矢量和作用时间，进而针对纹波电流峰峰值或有效值进行的预测控制；从变流器输出基波频率维度观察，间隔基波周期的电压给定是相同的，这意味着通过现有调制方法计算的开关频率会以基波特征频率重复出现，并没有实现开关频率的随机化；开关频率有规律的变化会导致变流器产生新的振动噪声和电磁兼容问题，这违背了开关频率调制方法的初衷。

发明内容

发明目的是针对以上问题，提出一种简单可靠、适于工程应用的两电平H桥变流器的开关频率调制方法，适用于高性能、高功效电能质量变换场所，特别适于船舶电力推进、铁路轨道交通等低压大功率电能变换领域。