[发明专利]一种预防三电平变流器相电压两电平跳变的方法

说明书

一种预防三电平变流器相电压两电平跳变的方法。当三电平变流器使用调制策略为载波反相层叠PWM时，同时生成两组相位相差180度的反相层叠三角载波；通过判断三相调制波的方向，在任一相调制波方向改变时选取两组三角载波中不会导致相电压两电平跳变的一组为实际比较三角载波；利用实际比较三角载波与三相调制波比较得到三电平变流器各功率器件的开关状态。本发明可预防三电平变流器载波反相层叠PWM下出现相电压两电平跳变，相比于三电平变流器使用载波反相层叠PWM的传统情况，提高了三电平变流器的安全性和可靠性。

技术领域

本发明涉及一种PWM控制方法。

背景技术

典型的三电平变流器如三电平NPC(Neutral Point Clamped)变流器，其拓扑结构如图1所示。定义三电平变流器直流侧电压为2E，通过控制三相桥臂各功率开关器件的通断，三电平变流器交流侧相电压可分别输出P、O、N三种电平状态，对应电压值分别为2E、E、0。相比于两电平变流器，三电平变流器可降低每个功率开关器件承受的电压应力，从而可以提升最大输出电压，且其谐波性能更加优越。基于以上优点，三电平变流器目前被普遍应用于中高压大功率电机的调速场合。

相电压两电平跳变指的是三电平变流器交流侧相电压由N电平直接跳变为P电平或由P电平直接跳变为N电平。对于大功率三电平变流器，要严格防止在稳态或动态运行过程中出现相电压两电平跳变，否则一相桥臂的四个串联功率开关器件同时动作易造成各器件动态压降不等而损坏，而且会带来更高的dv/dt。针对大功率三电平变流器的脉宽调制策略，必须要能防止相电压两电平跳变。

载波反相层叠PWM即POD法(phase-opposite disposition)，其是基于载波比较SPWM方法的一种。POD法的原理图如图2所示，POD法通过两个频率相同、相位相同，幅值等大反向的三角载波与三相调制波进行比较产生相应的PWM控制信号，由此控制三电平变流器各桥臂功率开关器件的开通或关断。POD法原理简单，易于实现，是一种经常使用的脉宽调制策略。

POD法利用三角载波与三相调制波比较产生相应的PWM控制信号，三相调制波的值为通过规则采样得到的采样值。在理想情况下，三相调制波的采样零点与三角载波的零点重合，此时POD法作用下不会出现相电压两电平跳变，如图3所示。但在实际工程应用中，由于无法保证三相调制波初始采样值为零，很可能存在调制波的零点与三角载波的零点不重合的情况，此时POD法作用下可能会出现相电压两电平跳变，如图4所示。

三电平变流器在POD法作用下可能出现相电压两电平跳变，降低了三电平变流器的安全性和可靠性，这限制了POD法在大功率三电平变流器中的使用。

发明内容

为克服传统载波反相层叠PWM法应用在三电平变流器存在的相电压两电平跳变缺陷，本发明提出一种预防三电平变流器相电压两电平跳变的方法。本发明通过同时生成两组相位相差180度的反相层叠三角载波，并在调制波方向变化时选择其中一组三角载波与调制波进行比较，从而在载波反相层叠PWM作用下预防了相电压两电平跳变，提高了三电平变流器在载波反相层叠PWM作用下的安全性和可靠性。

本发明对调制波的采样使用不对称规则采样方法，即采样频率为三角载波频率的两倍，在三角载波的零点和峰值点各采样一次。

本发明在三电平变流器所使用调制策略为载波反相层叠PWM时同时生成两组相位相差180度的反相层叠三角载波；通过判断三相调制波的方向，在任一相调制波方向改变时选取两组三角载波中不会导致相电压两电平跳变的一组为实际比较三角载波；利用实际比较三角载波与三相调制波比较得到三电平变流器各功率器件的开关状态，预防三电平变流器载波反相层叠PWM下出现相电压两电平跳变。

具体如下：

本发明三相调制波定义如下：

式(1)中，M为调制比，ω代表角速度，有ω＝2πf，f为三相调制波频率。