[发明专利]一种具有最小开关损耗的三电平逆变器的非连续脉宽调制方法

说明书

本发明涉及一种具有最小开关损耗的三电平逆变器的非连续脉宽调制方法，首先在非连续脉宽调制的基础上通过设定的钳位规则选择适当的钳位方式，以达到最大化降低开关损耗的目的；其次对于中点电压波动引起的低频谐波，提出了基于非连续脉宽调制的低频谐波抑制算法，有效的消除了中点电压波动导致的低频谐波分量；最后针对使用低频谐波抑制算法导致中点电压自平衡能力丧失的问题，还提出了基于非连续脉宽调制的主动中点电压控制，实现对中点电压的有效控制。本发明提出的调制方法不仅能有效的控制中点电压的平衡，降低了系统的开关损耗，而且抑制了输出线电压上的低频谐波分量，提高了逆变器的运行效率，实现三电平逆变器的优化控制。

技术领域

本发明属于逆变器调制的技术领域，尤其涉及一种具有最小开关损耗和抑制低频谐波的三电平逆变器的非连续脉宽调制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，尤其在大容量、高电压场合，三电平拓扑的应用越来越广泛。随之而来也出现了新的问题，功率管数量的增多导致控制算法复杂，同时伴随着中点电压偏移、开关损耗等问题，中点电压平衡是能够保证变流器安全可靠运行的必要前提，中点电压偏移、波动不仅会造成变流器输出电压、电流的质量降低，严重时，甚至会造成直流侧电容耐压过高导致损耗，影响变流器系统的使用寿命。开关损耗是衡量变流器高效运行的重要指标之一。开关损耗的增加不可避免地导致功率器件的使用寿命。

为使三电平逆变器具有良好的输出特性，高效的脉宽调制策略应满足以下三个要求：

1)具备良好的中点电压平衡能力，同时中点电压存在一定波动时，也能具有较好的输出特性；

2)尽可能的降低谐波，尤其是低频谐波；

3)较小的开关损耗，以提高系统的效率；

中点电压的波动是三电平逆变器的关键问题之一。中点电压波动包含直流偏移和交流纹波。当采用电压开环控制策略时，中点电压不平衡会导致输出三相电流的正弦度变差；使用电流闭环控制能够提高输出电流质量，但可能会加剧中点电压不平衡。因此，为了保证三电平逆变器的安全、可靠运行，需采用能实现中点电压平衡的方法。开关损耗也是衡量逆变器高效运行的重要指标之一。开关损耗的增加不可避免地降低功率器件的使用。

目前常用的中点电位平衡的算法主要有两种：基于零序分量注入的载波脉宽调制(CBPWM)方法和基于冗余矢量调整的空间矢量调制(SVPWM)方法。载波调制方法中零序电压的计算、空间矢量调制方法中矢量合成规则的复杂性等均导致控制算法的计算复杂度大大提升；SVPWM方法通过矢量合成规则安排各矢量的作用时间，同样计算量庞大，不易于实现；VSVPWM方法虽然具备中点电压平衡能力，但任意开关周期内都会有一相功率器件出现两次开关动作，增加了系统的开关损耗。

此外，由于功率管开关频率的提高，功率管的开关损耗也随之增加。在电力变换系统中，器件损耗(包括导通损耗和开关损耗)是影响系统效率至关重要的一环。现有的减小开关损耗的方法主要分为三类：

(1)减小换相区间内开关上的电压或电流(软开关技术)；

(2)改变开关时间间隔；

(3)改变调制方式。

利用软开关技术，可以有效的减小功率管的开关损耗，但软开关的应用会增加成本，控制复杂，而且调制时受阶段性限制。变流器的开关损耗与具体的调制方式有很大关系，改进调制方式可以在一定程度上减小开关损耗。

因此，需要提供一种能同时降低系统开关损耗和控制中点电压平衡的三电平逆变器的调制方法。

发明内容