[发明专利]一种多目标的大功率逆变器共模电压抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多目标的大功率逆变器共模电压抑制方法，属多电平逆变器相关技术领域。

背景技术

随着高压大功率交流电动机变频调速系统的大量应用以及电力系统中直流输电、无功功率补偿、电力有源滤波器等应用发展的需要，多电平逆变器已经成为当前电力电子技术中备受人们关注的重要研究热点。但是随着高压大功率多电平逆变器的广泛应用，也发现了一些问题。多电平逆变器会产生很大的共模电压。共模电压会破坏电机绕组绝缘系统、产生电磁干扰(EMI)、产生轴承电流加快轴承损坏、威胁传输电缆等，它的危害已经变得不容忽视。

根据资料显示，高压大容量多电平逆变器在变频调速领域中的应用分布现状是：用于泵类的占40％；用于风机的占30％；用于压缩机、挤压机、传送带的占15％；用于其他负载的占15％。在我国，要想使高压变频调速器得到广泛的应用，除了要解决消除对电网和电动机的谐波污染、还要解决如何减小电动机的绝缘应力等，这都关系到共模电压的问题。共模电压的消除对电机的绝缘系统，输出电压的性能都有明显的改善，系统可以达到很高的性能，并且占地面积少，维护工作量少，对市电电网谐波污染小，自动化程度较高。

另外，随着现代工业技术的发展，电力系统中非线性负载大量增加，各种非线性和时变性电力电子装置如逆变器、整流器及各种开关电源大量应用，其负面效应也日益严重。电力电子装置的开关转换给市电电网造成了严重的谐波污染，使交流电网的电压和电流波形严重畸变，从而代替了传统的变压器等铁磁材料的非线性引起的谐波，成为谐波的主要谐波源。

国内外众多学者对于解决传动系统共模电压问题展开大量的研究，并提出了许多有效方案，主要有：隔离变压器阻断法、无源共模电压滤波器、有源共模电压滤波器；改进控制策略，但这些方法均有其不足之处。如隔离变压器阻断法具有造价大、效率低、体积大和重量高的缺点，并不是一种经济可行的方法。无源共模电压滤波器的差模等效电路和共模等效电路相同，当对差模滤波和共模滤波提出不同频率特性时，该滤波器便难于满足要求。有源共模电压滤波器多采用射极跟随器结构，限制了其在高压领域中的应用。公开号CN101573865公开了一种用于对开关放大器的共模电压进行控制的装置及方法所述系统包括：调制器，其用于接收输入信号，对所接收到的输入信号进行调制，并生成数字信号；H桥控制器，其用于接收数字信号，并生成用于对H桥电路的操作进行控制的控制信号；公告号CN2794029公开了一种带有能滤除共模电压的反馈有源低通滤波装置的变频器。

相比之下，基于控制策略改进的共模电压抑制方法有着简单、灵活、无需额外硬件的优势，必将成为未来最有竞争力的方法。在基于控制策略改进的共模电压抑制方法研究中，由于SPWM控制策略的固有特性，必然产生共模电压，故大多数学者重点针对SVPWM控制策略进行共模电压抑制研究，其方法是选择共模电压较小或为零的冗余矢量来合成矢量，使得变流器输出共模电压得到抑制或者消除。然而，该方法在获得较好共模电压特性的同时却使直流电压利用率降低和谐波含量增加。本发明解决了SVPWM控制策略进行共模电压抑制中出现的问题，使得抑制共模电压的同时系统性能不会受到影响。

发明内容

本发明的目的是，为了解决大功率变流器自身共模电压的危害，解决SVPWM控制策略进行共模电压抑制中出现的问题，使得抑制共模电压的同时系统性能不会受到影响。

本发明的技术方案是，在传统对称正弦调制信号上叠加一个直流分量来提高直流电压利用率，再利用共模电压定义，在叠加直流分量的基础上构造一种新型的调制信号，使得共模电压为零，从而既能完全消除共模电压，又能降低谐波含量和提高直流电压利用率。

首先，获取传统两电平对称SPWM正弦调制信号V₁′，V₂′，V₃′，表达式为：