[发明专利]单相逆变器随机PWM选择性谐波消除方法

说明书

本发明提供一种单相逆变器随机PWM选择性谐波消除方法，涉及单相逆变器脉宽调制技术领域。该方法将PWM电压脉冲置于开关周期后侧，从而简化了开关周期T_n+1的计算公式，不再需要计算占空比D_n+1，解决了参数T_n+1与D_n+1相互制约的矛盾；在此基础上，归纳出2种随机PWM选择性谐波消除方法思路，并推导出开关周期、有效随机数k及其对应开关频率极值的通用公式。该方法可以在不加数字滤波器的情况下实现逆变器输出电压频谱整形，具有算法简单、计算量小、易于实现的特点。

技术领域

本发明涉及单相逆变器脉宽调制技术领域，尤其涉及一种单相逆变器随机PWM选择性谐波消除方法。

背景技术

随机脉冲宽度调制(Random Pulse Width Modulation,RPWM)策略是抑制电力电子变换器电磁干扰，以及负载电磁振动和噪声的一种有效方法。如图1所示，根据脉冲位置的随机性可将RPWM分为：随机超前滞后、随机零矢量分布调制、脉冲中心随机位移、随机脉冲位置调制、随机移相脉宽调制、可变延时随机脉宽调制、不对称载波随机脉宽调制、单独随机脉冲位置和基于分形空间矢量调制等。但传统RPWM策略只能将功率谱中的谐波功率峰值均匀分散在一定频率范围内，不能有选择性的抑制特殊次谐波；例如，电机等负载的共振频率。

为了在RPWM策略中实现单相逆变器输出电压频谱整形，可以利用低通滤波器和带通滤波器降低指定频率范围内的谐波功率，但该类方法相对复杂，低通和带通数字滤波器计算量较大；而且指定频率范围内的谐波并没有被完全消除，只是在随机扩频过程中避开该频率段，即该频段内谐波含量仅在原有基础上没有再增加而已。

文献“三相逆变器随机空间矢量脉宽调制选择性电压谐波消除方法”提出一种随机PWM选择性谐波消除方法，是在逆变器输出电压的傅里叶级数中，利用前后项相互抵消的方式，选择性消除特定次频率谐波；理论上可以完全消除特定次谐波。该思路是在随机PWM策略中实现选择性电压谐波消除，主要针对高次谐波；而常见的SHEPWM主要针对5,7次等低次谐波，两者并不属于同一类方法。但该方法中开关周期T_n+1的计算公式比较复杂；而且需要首先计算占空比D_n+1。由于D_n+1按下一开关周期中点位置时刻计算，导致T_n+1与D_n+1互为条件，从而为该方法的具体实现带来困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种单相逆变器随机PWM选择性谐波消除方法，在实现单相逆变器随机PWM策略基本功能的基础上，实现对特定次谐波的选择性消除。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：单相逆变器随机PWM选择性谐波消除方法，包括以下步骤：

步骤1、将逆变器输出PWM电压脉冲置于开关周期后侧，简化逆变器开关周期T_n+1的计算公式，不再计算占空比D_n+1；

将PWM电压脉冲置于开关周期后侧；该PWM电压脉冲视为单相电压型逆变器输出电压u_AB与逆变器直流侧电压V_dc之和，其中，V_dc为常数；如果该PWM电压脉冲频谱中不含有特定次谐波频率f₀，那么单相电压型逆变器输出电压u_AB频谱中也不含该次谐波；

所述PWM电压脉冲第n周期表达式如下公式所示：

因此，该PWM电压脉冲的表达式如下公式所示：