[发明专利]一种3的偶数倍载波比下三电平变流器同步调制方法

说明书

一种3的偶数倍载波比下三电平变流器同步调制方法。定义零序分量U₀＝(1‑(U_min+U_max))/2，所述方法通过三相正弦波叠加零序分量U₀得到三相调制波；同时生成两组相位相差180度的同相层叠三角载波，并在调制波相角0度、60度、120度、180度、240度、300度后第一个采样点处选择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；定义C为载波比，在保证载波比C为3的偶数倍整数的前提下，基于实际比较三角载波与三相调制波比较实现三电平变流器同步C/2+1次调制。本调制方法可以在3的偶数倍载波比下实现同步调制，且其具有计算简单，易于实现的优点。

技术领域

本发明涉及一种PWM调制方法，尤其涉及一种基于载波实现的同步调制方法。

背景技术

常见的三电平变流器有三电平ANPC(Active Neutral Point Clamped)变流器，其主电路拓扑如图1所示。相比于两电平变流器，三电平变流器具有输出功率大、器件电压应力低等优点；相比于级联H桥多电平拓扑，其具有电路结构简单、便于背靠背运行等优点。基于以上优点，三电平变流器在中高压变频调速系统得到了广泛的应用。

中高压变频调速系统在整个调速范围内具有载波比变化范围大的特点。为充分利用功率器件的开关频率，通常在载波比相对较高时采用异步调制，此时电压脉冲正负半周不对称造成的影响可以忽略；而在载波比较低时根据载波比的变化采用多种同步调制，从而提高输出电压的对称性，减少电流谐波畸变。SVPWM(Space Vector Pulse WidthModulation)具有开关序列设计灵活的优点，是一种在三电平变流器中广泛使用的调制方法。

三电平变流器下SVPWM的电压空间矢量分布如图2所示。定义三电平变流器直流侧电压为2E，则各电压空间矢量对应的幅值和类别总结于表1。

表1 SVPWM各电压空间矢量对应的幅值和类别

针对低载波比下同步SVPWM调制，文献《低载波比下三电平NPC逆变器同步SVPWM算法》(葛兴来.[J].电机与控制学报,2018,22(9):24-32.)指出输出电压满足同步可消除分数次谐波，满足三相对称可消除三倍频次谐波，满足半波对称可消除偶数次谐波，故同步调制应保证输出相电压波形满足同步、三相对称、半波对称，并对比分析了不同矢量序列的同步SVPWM的谐波性能。

同步SVPWM通过合理设计矢量序列，可降低输出电压谐波含量，并且其矢量序列设计较为灵活。但同步SVPWM在实现过程中需在固定采样点处计算各电压空间矢量的作用时间，运算量较大，实现较为复杂，不利于工程应用。

同步SPWM直接通过调制波与同相层叠三角载波比较实现同步调制，相比同步SVPWM，其计算简单、实现方便。但现有同步SPWM只能在3的奇数倍载波比下保证相电压波形满足同步、三相对称和半波对称，而在3的偶数倍载波比无法实现相电压波形满足同步、三相对称和半波对称的同步调制。上述不足使得现有同步SPWM所适用的同步调制段较少，相邻同步调制段对应的载波频率相差较大，限制了其使用。

发明内容

为克服同步SVPWM计算复杂，而现有同步SPWM不适用于3的偶数倍载波比下的缺点，本发明提出一种基于载波实现的3的偶数倍载波比下三电平变流器同步调制方法。本发明通过同时生成两组相位相差180度的同相层叠三角载波，并在调制波相角的0度、60度、120度、180度、240度、300度后第一个采样点处选择其中一组三角载波与调制波比较，使得输出相电压波形可在3的偶数倍载波比下满足同步、三相对称和半波对称。本发明拓宽了传统同步SPWM适用的同步调制段范围，且其计算简单，工程实现非常方便。