[发明专利]一种三相NPC-H桥五电平逆变器的脉宽调制方法

说明书

本发明公开了一种三相NPC‑H桥五电平逆变器的脉宽调制方法，确定开关角数量；建立以加权总谐波电压畸变率、桥臂功率均衡的基波电压非线性约束条件为基础的初始/最终优化目标函数；通过遗传算法求解初始优化目标函数得到相应调制比的初始开关角度值；求解最终优化目标函数得到最终开关角度值；循环计算，比较所有的加权总谐波电压畸变率，选择、存储相应调制比的最优开关角度值，以及根据NPC‑H桥逆变器控制产生相应的PWM信号；本发明消除了逆变器输出的部分边带谐波、抑制了低次谐波，降低了总谐波电流THD；均衡了开关器件的动作频率和导通时间，稳定了直流母线中点电压；大幅减小了共模电压和共模电流幅值。

技术领域

本发明属于NPC(中点钳位)型多电平逆变器技术领域，具体涉及一种三相NPC-H桥五电平逆变器的脉宽调制方法。

背景技术

三相NPC-H桥五电平逆变器由3个3H桥构成，每个3H桥由1个独立的电源供电、2个电容分压、4个钳位二极管和8个开关器件(含反并联二极管)构成，每个3H桥可5电平电压输出。该拓扑结构简单、易于模块化设计，适用于中高压大功率变频器、多支路光伏并网逆变器等。NPC-H桥五电平逆变器的调制方法包括层叠PWM(Phase disposition pulse-widthmodulation，PD-PWM)、多电平空间矢量PWM(Space vector pulse-width modulation，SVPWM)和多电平SHEPWM(Selective harmonic elimination pulse-width modulation，SHEPWM)等。其中PD-PWM无法自然实现各个开关器件的功率均衡，需要周期性的循环驱动脉冲序列。多电平SVPWM应用于多电平逆变器时，当输出电压电平数大于5时，电压矢量选择和作用时间计算都非常复杂。多电平SHEPWM在计算各功率器件开关角度时，只是以基波电压调制比和指定谐波消除为约束条件，并未考虑直流母线中点电压平衡。

逆变器输出共模电压幅值越大，系统传导损耗越大、电磁兼容性越差。目前抑制共模电压的研究主要基于PD-PWM和多电平SVPWM等。现有方法中采用多电平SHEPWM抑制共模电压是通过消除若干3倍频电压谐波而实现，相当于增加了若干非线性等式约束条件，开关角度的求解结果很可能无解或收敛到唯一的一组解，对于全频域的谐波电流抑制效果一般。

同步优化脉宽调制(Synchronous optimal pulse-width modulation，SOPWM)需要设定特定函数优化目标，不仅仅是逆变器输出电压，而是综合逆变器输出电流、加权共模电压等作为一个整体数学模型来考虑，通过特定函数最小化求解最优开关角度值。SOPWM调制方法在保持直流母线中点电压自平衡特性的前提下，大幅减小电流谐波及共模电压幅值，可有效地解决低开关频率时，NPC-H桥五电平逆变器输出低次谐波电流、共模电压幅值过大等问题。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足，设计一种三相NPC-H桥五电平逆变器的脉宽调制方法，在满足总谐波电流和加权共模电压最小化的同时，能有效保持直流母线中点电压自平衡特性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三相NPC-H桥五电平逆变器的脉宽调制方法，包括以下步骤：

步骤S10，根据控制系统性能要求确定开关器件在基波周期内的开关角数量；

步骤S20，考虑3倍次谐波对输出共模电压的影响，建立加权总谐波电压畸变率和桥臂功率均衡的基波电压非线性约束条件；

步骤S30，根据非线性约束条件在调制比区间内通过遗传算法求解相应调制比的初始开关角度值：

步骤S301，根据步骤S20得到的非线性约束条件建立初始优化目标函数，确定初始开关角度值的边界和线性不等式约束条件；