[发明专利]基于纹波电流峰值的NPC变流器随机开关频率调制方法

说明书

本发明公开的基于纹波电流峰值的NPC变流器随机开关频率调制方法，包括以下步骤：步骤1，根据载波脉冲宽度调制方法，得到三相调制波，随后设定固定开关周期，求解并输出a、b和c三相开关状态及其各自作用时间；步骤2，根据三相中纹波电流斜率的最大值和拐点值，确定有纹波电流最大值，求解满足纹波电流限制值的随机开关周期；步骤3，使用随机开关周期替代固定开关周期，并计算随机开关周期下三相开关各自作用时间，形成最终的调制波形。本发明调制方法根据比较得到纹波电流最大值，调整开关周期，使纹波电流的最大值满足随机开关周期下纹波电流有效值的限制值，从而有效降低变流器输出电流的谐波含量，有很好的实用价值。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于纹波电流峰值的三电平NPC变流器随机开关频率调制方法。

背景技术

近年来，三相电压源脉冲宽度调制(PWM)变流器是功率转换应用中使用最广泛的电力电子器件之一。空间矢量PWM(SVPWM)和不连续PWM(DPWM)是两种典型的调制方法。

长时间以来，对于三相变流器的PWM控制方式，开关周期是固定的。然而，简单的将开关周期处理为恒定值，对系统性能改进来说，会丧失重要的自由度。此外，由于频谱峰值接近开关频率的谐波，所以在这些频率附近，电磁干扰噪声峰值也将更大，从而使纹波电流问题变得更加严重。

随机PWM(RPWM)是目前使用最广泛的变化开关频率PWM(VSFPWM)方法。RPWM的原理是随机扩展变流器的开关周期，使频谱分布在比CSFPWM更广的范围内。RPWM在过去20年里得到了很好的发展，并且在很多应用领域得到了改进，这些改进的目标是有效降低变流器的输出纹波电流。在RPWM控制下，变流器的损耗和纹波电流通常是不可控的。最后，可控性的VSFPWM代替了随机PWM。

纹波电流是三相PWM变流器设计和控制的重要要求。与CSFPWM相比，VSFPWM可以通过增加开关周期的变量来实现更好的电流性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于纹波电流峰值的三电平NPC变流器随机开关频率调制方法，解决了现有变流器运行效率较低、变流器的输出纹波电流较高的问题。

本发明所采用的技术方案是，基于纹波电流峰值的三电平NPC变流器随机开关频率调制方法，包括以下步骤：

步骤1，根据载波脉冲宽度调制方法，得到三相调制波，随后通过空间矢量脉冲宽度调制策略，设定固定开关周期，求解并输出a、b和c三相开关状态及其各自作用时间；

步骤2，根据三相中纹波电流斜率的最大值和拐点值，确定有纹波电流最大值，求解满足纹波电流有效值的限制值的随机开关周期；

步骤3，使用步骤2的随机开关周期替代步骤1中的固定开关周期，并计算随机开关周期下三相开关各自作用时间，形成最终的调制波形。

本发明的特征还在于，

步骤1的具体步骤为：

步骤1.1，根据载波脉冲宽度调制方法，得到三相调制波表达式，如公式(1)，

其中U_m为三相相电压的幅值，U_a、U_b和U_c分别为对应三相a、b和c的相输出电压，ω为a、b和c各相相电压的角频率；

步骤1.2，通过步骤1.1得到的三相调制波合成参考电压矢量v_ref，具体如公式(2)，

步骤1.3，构造三电平NPC变流器的空间矢量V_S：

步骤1.3.1，根据三电平NPC变流器的拓扑结构，定义拓扑结构的开关函数S_x为：