CN110504854A - 一种适用于双调制波载波调制的死区补偿方法 - Google Patents

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Abstract

一种适用于双调制波载波调制的死区补偿方法，包括以下步骤：S1：令dq旋转坐标系下的待输出电压为Vd与Vq，在转abc三相静止坐标系时，采用补偿后的变换角度θ'进行变换，以补偿死区效应引起的相位偏移；S2：考虑死区时间对调制波分解量Δd进行限幅，超过限值时取边界值，获得新的调制波分解量Δd'，并计算得到分解后的正、负调制波Vx+与Vx‑；S3：根据相电流ix的方向，对分解后的正、负调制波Vx+与Vx‑进行死区幅值补偿，获得新的正、负调制波Vx+'与Vx‑'。本发明利用了双调制波载波调制的特点，并以上述步骤对死区引起的相位偏移与幅值偏移进行了补偿，以减少死区效应，提高波形的稳定性。

Description

一种适用于双调制波载波调制的死区补偿方法
技术领域
本发明涉及逆变器控制技术领域，具体涉及一种适用于双调制波载波调制的死区补偿方法。
背景技术
多电平技术解决了功率器件直接串联的均压问题，具有du/dt小，波形质量高，开关频率低，效率高等优点，一直被广泛应用于中高压大容量变流系统中。三电平逆变器，包括中点箝位型(Neutral-point-clamped，NPC)三电平逆变器,如图1所示，T型三电平逆变器，如图2所示，是最为成熟的多电平拓扑，在交流驱动、机车牵引、有源滤波、新能源发电与储能等领域有着广泛的应用。
三电平逆变器的调制方式种类繁多，包括空间矢量调制、正弦脉宽调制、选定谐波消除调制、双调制波载波调制等。其中，双调制波载波调制的调制波分解如图3所示，公式可表示为：
其中，Vx的下标x可为a或b或c，表示三相中具体某一相调制波；Δd>0表示调制波的分解量Vx+与Vx-表示分解后的正调制波与负调制波。
通过上述双调制波载波调制，能够实现一些性能优异的调制方法。例如，中国专利号ZL201611267826.X，《基于双调制波载波调制的三电平逆变器中点电位反馈控制方法》，实现了三电平逆变器中点电位的任意调节，消除了中点不平衡引起的输出电压波形畸变和基波偏离，消除了中点电位的低频波动。
为了防止直流侧电压直连贯穿短路，造成逆变器损毁，上述所有调制方式在开关状态发生变化时都必须加入一个死区时间。死区时间将引起死区效应，具体表现为逆变器输出电压的幅值偏移与相位偏移、低次谐波放大、以及运行稳定性下降等。当死区时间变长、开关频率较高时，三电平逆变器的死区效应将十分明显，必须加以补偿。
双调制波载波调制与传统三电平调制方式有较大区别，一般的死区补偿方式无法沿用。如图4所示，考虑死区影响时，除一般死区效应造成的相位偏移与幅值偏移外，双调制波载波调制也有其特殊性：
一个开关周期内的开关状态变化四次，是常规调制方式变化次数的两倍，会严重放大死区效应；
当调制波分解量Δd增大时N和P状态之间的O状态将变小，而O状态过小将导致逆变器输出在P与N状态间直接跳变(见图3)，易导致开关管过压损坏。如图3所示，T2、T3均导通的稳定O状态持续时间仍将被死区进一步降低，若Δd限值不计死区仅按最小O状态持续时间考虑，上述故障仍可能发生。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种适用于双调制波载波调制的死区补偿方法，能够显著减轻死区效应的影响。
本发明的技术方案如下：
一种适用于双调制波载波调制的死区补偿方法，其特征在于，在包括以下步骤：
S1：令dq旋转坐标系下的待输出电压为Vd与Vq，在转abc三相静止坐标系时，采用补偿后的变换角度θ'进行变换，以补偿死区效应引起的相位偏移；
S2：考虑死区时间对调制波分解量Δd进行限幅，超过限值时取边界值，获得新的调制波分解量Δd'，并计算得到分解后的正、负调制波Vx+与Vx-；
S3：根据相电流ix的方向，对分解后的正、负调制波Vx+与Vx-进行死区幅值补偿，获得新的正、负调制波Vx+'与Vx-'。
本发明利用了双调制波载波调制的特点，并以上述步骤对死区引起的相位偏移与幅值偏移进行了补偿，以减少死区效应，提高波形的稳定性。
优选的，步骤S1中所述的补偿后的变换角度θ'计算公式为θ'＝θ-Dt*fb*π，其中为θ原变换角度，θ'为补偿后的变换角度，Dt为死区时间，fb为基波频率。补偿的效果是将理论输出超前了
优选的，步骤S2中所述的新的调制波分解量Δd'的计算公式为其中Vdc为直流母线的电压，Vx为三相中具体某一相调制波，Tmino为最小0状态的持续时间，Ts为逆变器的开关周期。
优选的，步骤S2中原始Δd根据双调制波载波调制的优化控制目标决定。
优选的，步骤S2中所述的正、负调制波Vx+与Vx-按双调制波载波调制获得，其计算过程为：当Vx＞0时，Vx+＝Vx+Δd'，Vx-＝-Δd'；当Vx＜0，Vx+＝Δd'，Vx-＝Vx-Δd'，其中Vx的下标x可为a或b或c。
更优选的，步骤S3中新的正、负调制波Vx+'与Vx-'的计算过程如下所示：当ix＞0时，当ix＜0时，其中ix为某一相的相电流。
本发明的有益效果为：本发明根据三电平逆变器双调制波载波调制的特点，对死区引起的相位偏移与幅值偏移进行了补偿，减小了死区效应，提高了波形质量与控制稳定性；本发明还考虑了死区造成的稳定O状态的脉宽衰减，保证了最小的稳定O状态，防止了稳定O状态过小造成的功率开关管损坏，提高了装置可靠性。
附图说明
图1是中点箝位型三电平逆变器相桥臂拓扑示意图。
图2是T型三电平逆变器相桥臂拓扑示意图。
图3是双调制波载波调制示意图。
图4是死区对双调制波载波调制的影响示意图。
图5是基于双调制波载波调制的死区补偿逻辑步骤示意图。
图6是死区补偿后双调制波载波调制的输出情况示意图。
具体实施方式
下面将通过实施例和附图对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图5所示，本发明技术方案的过程如下所示：
a.假设dq旋转坐标系下的待输出电压为Vd与Vq，在转abc三相静止坐标系时，将变换角度θ按公式θ'＝θ-Dt*fb*π进行补偿，并采用补偿后的变换角度θ'进行变换，得到Va、Vb、Vc。如图6所示，补偿的效果是将理论输出超前了
b.假设需要对上述步骤得到的Va相进行Δd的调制波分解，首先根据公式计算Δd的极限值，若Δd未超限，则Δd'＝Δd，如果超限，Δd按照极限值选取，该步骤效果是，保证了稳定O状态最小持续时间>Tmino。
c.根据调制波分解的原理，调制波分解量取Δd'，按公式进行调制波分解，得到Va+与Va-。
d.采集相电流ia的方向(ia>0为流出逆变器；ia<0为流入逆变器)，根据公式对正、负调制波Va+与Va-进行死区幅值补偿，获得新的正、负调制波Va+'与Va-'。如图6所示，补偿的效果是根据相电流的方向改变了P与N脉宽的时长，以保证死区逻辑后的实际输出与理论输出一致。
上述步骤b中原始Δd的选取根据双调制波载波调制的控制目标与相关要求选取。上述步骤d中关于ia方向的确定，由于实际传感器存在误差，电流过零点时补偿公式存在不确定性。作为改进方案，可以设定一定阈值，在电流绝对值较小时不予补偿。
以上所述实例的实施方式仅用来解释本发明，而不对本发明施加限制，凡在本发明的精神和原则之内，对本发明所做任何修改和改变，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于双调制波载波调制的死区补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：令dq旋转坐标系下的待输出电压为Vd与Vq，在转abc三相静止坐标系时，采用补偿后的变换角度θ'进行变换，以补偿死区效应引起的相位偏移；
S2：考虑死区时间对调制波分解量Δd进行限幅，超过限值时取边界值，获得新的调制波分解量Δd'，并计算得到分解后的正、负调制波Vx+与Vx-；
S3：根据相电流ix的方向，对分解后的正、负调制波Vx+与Vx-进行死区幅值补偿，获得新的正、负调制波Vx+'与Vx-'。
2.根据权利要求1中所述的一种适用于双调制波载波调制的死区补偿方法，其特征在于，步骤S1中所述的补偿后的变换角度θ'计算公式为θ'＝θ-Dt*fb*π，其中为θ原变换角度，θ'为补偿后的变换角度，Dt为死区时间，fb为基波频率。
3.根据权利要求2中所述的一种适用于双调制波载波调制的死区补偿方法，其特征在于，步骤S2中所述的新的调制波分解量Δd'的计算公式为其中Vdc为直流母线的电压，Vx为三相中具体某一相调制波，Tmino为最小0状态的持续时间，Ts为逆变器的开关周期。
4.根据权利要求1中所述的一种适用于双调制波载波调制的死区补偿方法，其特征在于，步骤S2中原始Δd根据双调制波载波调制的优化控制目标决定。
5.根据权利要求3中所述的一种适用于双调制波载波调制的死区补偿方法，其特征在于，步骤S2中所述的正、负调制波Vx+与Vx-按双调制波载波调制获得，其计算过程为：当Vx＞0时，Vx+＝Vx+Δd'，Vx-＝-Δd'；当Vx＜0，Vx+＝Δd'，Vx-＝Vx-Δd'，其中Vx的下标x可为a或b或c。
6.根据权利要求5中所述的一种适用于双调制波载波调制的死区补偿方法，其特征在于，步骤S3中新的正、负调制波Vx+'与Vx-'的计算过程如下所示：当ix＞0时，当ix＜0时，其中ix为某一相的相电流。
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Denomination of invention: A dead zone compensation method suitable for dual modulation wave carrier modulation

Granted publication date: 20230523

Pledgee: Zhejiang Hangzhou Yuhang Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Science and Technology City Branch

Pledgor: ZHEJIANG HRV ELECTRIC Co.,Ltd.

Registration number: Y2024980009884

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