[发明专利]飞跨电容三电平逆变器的变开关频率PWM控制方法和系统

说明书

本发明公开了一种适用于飞跨电容三电平逆变器的变开关频率PWM控制方法和系统，属于电力电子领域。该方法包括：对逆变器的每一相，根据采集得到的对应相电流和该相对应的飞跨电容值，计算该相当前周期每一个分段内的电压纹波斜率；根据逆变器三相调制电压，计算当前周期每一个分段的作用时间；根据作用时间和电压纹波斜率，得到三相在当前周期每一个分段内的电压纹波，选择其中最大的电压纹波作为当前周期三相电压纹波峰值；根据该纹波峰值，对逆变器下一个控制周期进行更新，实现下一个控制周期内的电压纹波峰值控制。本发明方法在实时调整逆变器开关频率的同时，对飞跨电容电压纹波峰值进行了控制，减小了逆变器开关损耗和电磁干扰噪声峰值。

技术领域

本发明属于电力电子领域，更具体地，涉及一种适用于飞跨电容三电平逆变器的变开关频率PWM控制方法和系统。

背景技术

多电平逆变器适用于高压、大功率应用场合，其中，飞跨电容多电平逆变器只需要一个独立直流电源、易于扩展、控制灵活，在有源电力滤波、静止无功补偿器、中高压变频器等领域得到了广泛应用。调制技术是飞跨电容多电平逆变器的研究热点，主要分为载波脉宽调制和空间矢量脉宽调制。相比于空间矢量脉宽调制，载波脉宽调制操作简单而被广泛应用。而在载波脉宽调制中，载波移相调制由于具有电容电压平衡能力而被广泛应用。然而，当前的载波移相调制由于开关频率固定，输出电流的谐波主要集中分布在整数倍开关频率附近，引起了较高的电磁干扰峰值，为EMI滤波器设计带来了难度。

开关频率抖动的方法，可以将集中分布的开关次谐波进行扩频，降低其电磁干扰峰值。常见的开关频率抖动方法有：随机变开关频率PWM；混沌PWM；周期PWM；程控PWM。若直接将这些传统方法直接应用到飞跨电容三电平逆变器，无法兼顾对飞跨电容电压纹波峰值的控制。通常，为了输出较好的电压波形，需要将飞跨电容电压纹波峰值限定在一定范围内。也就是说，飞跨电容电压峰值直接关系到飞跨电容的设计选型。若应用传统的开关频率抖动方法，很容易恶化飞跨电容电压纹波峰值。在传统控制开关频率抖动方法下，为将飞跨电容电压纹波峰值限定在要求值以内，势必需要采用更大的飞跨电容值，这样会降低系统的功率密度。因此，有必要兼顾开关频率和电容电压纹波峰值的控制，设计新的变开关频率控制方法。

实际上，飞跨电容的电压纹波峰值可以在每个开关周期内进行准确计算，可以用时变的开关频率对三相电压纹波峰值进行控制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于飞跨电容三电平逆变器的变开关频率PWM控制方法和系统，其目的在于实时调整逆变器开关频率，以降低电磁干扰峰值的同时，对飞跨电容电压纹波峰值进行控制。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于飞跨电容三电平逆变器的变开关频率PWM控制方法，包括：

S1：采集当前控制周期每一个分段内的逆变器三相负载电流；

S2：对逆变器的每一相，根据采集得到的对应相电流和该相对应的飞跨电容值，计算该相当前控制周期每一个分段内的电压纹波斜率，并根据对应的逆变器三相调制电压，计算当前控制周期每一个分段的作用时间；

S3：根据当前控制周期每一个分段的作用时间和对应的电压纹波斜率，得到三相在当前控制周期每一个分段内的电压纹波，并选择其中最大的电压纹波作为当前控制周期三相电压纹波峰值；

S4：根据所述三相电压纹波峰值，对逆变器下一个控制周期进行更新，实现下一个控制周期内的电压纹波峰值控制。

进一步地，步骤S2根据采集得到的对应相电流和该相对应的飞跨电容值，计算该相当前周期每一个分段内的电压纹波斜率，具体为，根据以下表达式计算该相当前周期每一个分段内的电压纹波斜率：

其中，V_r为该相对应的飞跨电容电压值；i为逆变器该相负载电流；C为逆变器该相对应的飞跨电容值。