[发明专利]基于纹波电流峰值的NPC变流器随机开关频率调制方法有效
申请号: | 201711432404.8 | 申请日: | 2017-12-26 |
公开(公告)号: | CN108054948B | 公开(公告)日: | 2019-10-11 |
发明(设计)人: | 李宁;高桐;曹志浩;张辉;周登科;何俊成;范聪 | 申请(专利权)人: | 西安理工大学;徐州天之源新能源科技有限公司 |
主分类号: | H02M7/5395 | 分类号: | H02M7/5395;H02M1/12 |
代理公司: | 西安弘理专利事务所 61214 | 代理人: | 许志蛟 |
地址: | 710048*** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | 本发明公开的基于纹波电流峰值的NPC变流器随机开关频率调制方法,包括以下步骤:步骤1,根据载波脉冲宽度调制方法,得到三相调制波,随后设定固定开关周期,求解并输出a、b和c三相开关状态及其各自作用时间;步骤2,根据三相中纹波电流斜率的最大值和拐点值,确定有纹波电流最大值,求解满足纹波电流限制值的随机开关周期;步骤3,使用随机开关周期替代固定开关周期,并计算随机开关周期下三相开关各自作用时间,形成最终的调制波形。本发明调制方法根据比较得到纹波电流最大值,调整开关周期,使纹波电流的最大值满足随机开关周期下纹波电流有效值的限制值,从而有效降低变流器输出电流的谐波含量,有很好的实用价值。 | ||
搜索关键词: | 基于 电流 峰值 npc 变流器 随机 开关 频率 调制 方法 | ||
【主权项】:
1.基于纹波电流峰值的三电平NPC变流器随机开关频率调制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,根据载波脉冲宽度调制方法,得到三相调制波,随后通过空间矢量脉冲宽度调制策略,设定固定开关周期,求解并输出a、b和c三相开关状态及其各自作用时间;具体步骤为:步骤1.1,根据载波脉冲宽度调制方法,得到三相调制波表达式,如公式(1),
其中Um为三相相电压的幅值,Ua、Ub和Uc分别为对应三相a、b和c的相输出电压,ω为a、b和c各相相电压的角频率;步骤1.2,通过步骤1.1得到的三相调制波合成参考电压矢量vref,具体如公式(2),
步骤1.3,构造三电平NPC变流器的空间矢量VS:步骤1.3.1,根据三电平NPC变流器的拓扑结构,定义拓扑结构的开关函数Sx为:
其中Sx中x分别表示a、b、c三相,数字2、1、0分别代表第x相桥臂对应输出的P、O、N三种状态;步骤1.3.2,由步骤1.3.1中可知,a、b、c三相的对应的相输出电压Ua、Ub和Uc可表示为:
其中Sa、Sb、Sc分别表示为三电平变流器a、b、c各相开关状态,Udc为直流侧总电压;步骤1.3.3,结合步骤1.3.1和步骤1.3.2,得到三电平NPC变流器的空间矢量VS为:
由公式(5)可得到27个空间矢量,均采用xyz(x,y,z=P,O,N)表示;步骤1.4,建立两相静止坐标系,即αβ坐标系,将步骤1.2中的参考电压矢量vref在αβ坐标系内进行分解,见公式(6):
其中θ为参考电压矢量vref与α轴的夹角,|vref|为参考电压矢量的模,Vα为|vref|在α轴上的电压值,Vβ为|vref|在β轴上的电压值;步骤1.5,根据步骤1.4中夹角θ的大小判断参考电压矢量vref所在的大扇区N:即当夹角0°<夹角θ<60°时,参考电压矢量vref位于第Ⅰ大扇区;当60°<夹角θ<120°时,参考电压矢量vref位于第Ⅱ大扇区;当120°<夹角θ<180°时,参考电压矢量vref位于第Ⅲ大扇区;当180°<夹角θ<240°时,参考电压矢量vref位于第Ⅳ大扇区;当240°<夹角θ<300°时,参考电压矢量vref位于第Ⅴ大扇区;当300°<夹角θ<360°时,参考电压矢量vref位于第Ⅵ大扇区;步骤1.6,通过引入两个等效角变量θ′和θ*,继续判断参考电压矢量vref位于步骤1.5中大扇区中所在的小区,设变量
θ′∈(0,2π);变量
θ*∈[0,π/3],设定调制比
则每个大扇区内分为6个三角形小区S1‑S6,每个小区的表达式为:
步骤1.7,设定固定开关周期,计算落入步骤1.6小区内的参考电压矢量vref作用的时间:步骤1.7.1,设合成参考电压矢量vref的三个空间矢量V1、V2、V3的作用时间分别对应为T1、T2、T3,Ts为固定开关周期,由伏秒平衡原则可得:
步骤1.7.2,由步骤1.7.1可知,在第Ⅰ大扇区内六个小区域S1‑S6的矢量作用时间分别为:
其中第Ⅰ、Ⅲ和Ⅴ大扇区内的矢量作用时间相同,而第Ⅱ、Ⅵ大扇区内需要将T2和T3相互替换;步骤1.8,通过步骤1.7可知,确定在第Ⅰ大扇区内六个小区域S1‑S6对应开关状态的输出序列为:S1:ONN‑OON‑OOO‑POO‑OOO‑OON‑ONN;S2:OON‑OOO‑POO‑PPO‑POO‑OOO‑OON;S3:ONN‑OON‑PON‑POO‑PON‑OON‑ONN;S4:OON‑PON‑POO‑PPO‑POO‑PON‑OON;S5:ONN‑PNN‑PON‑POO‑PON‑PNN‑ONN;S6:OON‑PON‑PPN‑PPO‑PPN‑PON‑OON;步骤2,根据三相中纹波电流斜率的最大值和拐点值,确定纹波电流最大值,求解满足纹波电流有效值的限制值的随机开关周期;具体为:步骤2.1,为了忽略变流器交流侧电压互感,设准占空比d′x=2dx‑1(x=a,b,c),其中d′x∈(‑1,1),则变流器三相VaVbVc输出平均电压为:
其中Vdc为变流器直流侧电压的平均电压,d′a、d′b和d′c分别为a、b和c三相对应的准占空比;步骤2.2,根据步骤1.7的区域划分,在第Ⅰ大扇区的小区S1内,根据戴维宁等效电路,各开关状态下,a相纹波电流斜率为:
b相纹波电流斜率为:
c相纹波电流斜率为:
公式中(11)‑(13)中,L为交流侧电感;步骤2.3,将步骤2.1中三相输出平均电压代入步骤2.2中变流器各相纹波电流斜率中,则a相纹波电流斜率为:
b相纹波电流斜率为:
c相纹波电流斜率为:
步骤2.4,根据步骤2.3得到的a、b、c三相的纹波电流斜率,比较三者数值的大小,选出数值最大对应的纹波电流斜率,然后计算此纹波电流变化曲线中的拐点x和y的值,如公式(17),
其中k1和k2分别为七段式SVPWM中前两段区域对应的电感电压降,t0/4和t1/2分别为前两段区域对应的时间;步骤2.5,根据步骤2.4的拐点值确定纹波电流最大值Irms‑max,计算随机开关周期Ts′,如公式(18):
其中,Ts是步骤1.7中的固定开关周期,Irms_require是纹波电流有效值的限制值,Irms‑max是纹波电流最大值;步骤3,使用步骤2的随机开关周期替代步骤1中的固定开关周期,并计算随机开关周期下三相开关各自作用时间,形成最终的调制波形。
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