CN111953188B - 一种飞跨电容型三电平逆变器零共模电压调制方法及系统 - Google Patents

一种飞跨电容型三电平逆变器零共模电压调制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种飞跨电容型三电平逆变器零共模电压调制方法及系统，方法包括：根据三相电压信号va，vb，vc构造零共模电压调制所需要的参考波信号Vr1，Vr2，Vr3，Vr4；在前一半载波周期和后一半载波周期使用不同的参考波信号与单载波进行比较生成驱动信号；根据三相电压信号的正负关系分为6个区域，产生的驱动信号在不同区域，按前后半个载波周期分别驱动每相桥臂开关管的开断，实现零共模电压调制和飞跨电容电压的平衡。本发明的方法使飞跨电容型三电平逆变器系统的共模电压为零，同时抑制了飞跨电容电压的低频波动。

Description

一种飞跨电容型三电平逆变器零共模电压调制方法及系统
技术领域
本发明属于电力电子领域，更具体地，涉及一种飞跨电容型三电平逆变器零共模电压调制方法及系统。
技术背景
飞跨电容型三电平逆变器是一种经典的多电平变换器，相比于传统的两电平变换器具有输出谐波小、电压跳变低、电压应力减半等优势，在中高压变频调速、光伏并网等领域得到了应用。
飞跨电容型三电平逆变器每相桥臂有4个开关管，通过上桥臂中点与下桥臂中点连接一个飞跨电容来实现正零负三种电平中零电平的产生，电容电压一般为直流母线电压的一半，然而实际使用中电容电压常因为调制策略的影响而不能维持稳定，含有低频的波动，这不仅会减少电容的寿命，也会对逆变器输出波形质量产生影响。
逆变器一般都有共模电压的问题，三电平逆变器在常规的SVPWM(空间矢量PWM调制)下的共模电压峰值最高可达直流母线电压的二分之一，逆变器输出的共模电压会造成共模电磁干扰、损坏电机轴承和定子绝缘、引起保护装置误动作等影响，因此有效降低逆变器输出共模电压对系统稳定性和可靠性有重要影响。
发明内容
针对于现有技术的改进需求，本发明提供了一种飞跨电容型三电平逆变器零共模电压调制方法及系统，其目的在于解决飞跨电容型三电平逆变器共模电压问题，有效消除共模电压，同时通过脉冲顺序的调整抑制飞跨电容电压的低频波动。
为实现上述目的，提出了一种飞跨电容型三电平逆变器零共模电压调制方法，该方法包括如下步骤：
(1)根据三相电压信号va，vb，vc构造零共模电压调制所需要的参考波信号参考波信号Vr1，Vr2，Vr3，Vr4；
(2)在前一半载波周期和后一半载波周期使用不同的参考波信号与单载波进行比较生成驱动信号；
(3)根据三相电压信号的正负关系分为6个区域，产生的驱动信号在不同区域，按前后半个载波周期分别驱动每相桥臂开关管的开断，实现零共模电压调制和飞跨电容电压的平衡。
进一步地，所述步骤(1)还包括如下子步骤：
(1-1)根据三相电压信号va，vb，vc，得到3个过渡信号：
Figure GDA0003139024240000021
(1-2)根据3个过渡信号得到它们需要注入的零序成分Vz＝-0.5·(Vmax+Vmin)，其中Vmax和Vmin分别是3个过渡信号中的最大值和最小值，将零序成分分别与过渡信号相加得到新的过渡信号V1'＝V1+Vz，V2'＝V2+Vz，V3'＝V3+Vz；
(1-3)对新的过渡信号进行降序排序得到参考波信号Vr1，Vr2，Vr3，参考波信号Vr4＝Vr1-Vr2+Vr3。
进一步地，步骤(2)中具体比较规则是：
在前一半载波周期，使用参考波Vr1，Vr2，Vr3与载波进行比较生成驱动信号Vg1，Vg2，Vg3；在后一半载波周期，使用根据参考波Vr1，Vr4，Vr3与载波进行比较生成驱动信号Vg1，Vg4，Vg3。
进一步地，步骤(3)的6个区域划分规则具体是：
当va≥0,vb＜0,vc＜0时为区域1；当va≥0,vb≥0,vc＜0时为区域2；当va≤0,vb≥0,vc＜0时为区域3；当va＜0,vb≥0,vc≥0时为区域4；当va＜0,vb＜0,vc≥0时为区域5；当va≥0,vb＜0,vc＞0时为区域6。
更进一步地，步骤(3)中根据电压信号的正负判断区域，前半载波周期将Vg1，Vg2，Vg3作为驱动信号控制每相桥臂开关的开通和关断，后半载波周期将Vg1，Vg4，Vg3作为驱动信号控制每相桥臂开关的开通和关断，实现零共模电压调制和飞跨电容电压的平衡。
本发明另一方面还提供了一种飞跨电容型三电平逆变器零共模电压调制系统，所述飞跨电容型逆变器由PWM脉冲驱动，所述PWM脉冲基于载波信号比较生成，具体包括：
参考波信号获取模块，用于根据三相电压信号va，vb，vc构造零共模电压调制所需要的参考波信号Vr1，Vr2，Vr3，Vr4；
驱动信号获取模块，用于在前一半载波周期和后一半载波周期使用不同的参考波信号与单载波进行比较生成驱动信号；
调制模块，用于根据三相电压信号的正负关系分为6个区域，将产生的驱动信号按所在区域，按前后半个载波周期分别驱动每相桥臂开关管的开断，实现零共模电压调制和飞跨电容电压的平衡。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明所提供的飞跨电容型三电平零共模电压调制方法能够实现飞跨电容型三电平逆变器系统共模电压为零或接近于零。
(2)本发明所提供的飞跨电容型三电平零共模电压调制方法可以在前后半个载波周期选择不同参考波来实现飞跨电容电压低频成分的抑制，稳定逆变器输出的性能。
(3)本发明所提供的飞跨电容型三电平零共模电压调制方法相比传统三电平矢量PWM调制，实现简单，可以在前后半个载波周期选择不同参考波及驱动信号的分配，实现所有开关管在一个载波周期内开关次数相同，从而使得损耗分布均匀，避免系统局部热量分布集中。
附图说明
图1是现有常规飞跨电容型三电平逆变器系统示意图；
图2是本发明实施例提供的一种飞跨电容型三电平零共模电压调制方法示意图；
图3是区域1内一个载波周期各参考波、驱动信号和输出电压示意图；
图4是本发明实施例提供的传统SVPWM策略下逆变器共模电压示意图；
图5是本发明实施例提供的零共模电压调制方法下共模电压示意图；
图6是本发明实施例提供的传统SVPWM策略下飞跨电容电压示意图；
图7是本发明实施例提供的零共模电压调制方法下飞跨电容电压示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在详细介绍本发明的技术方案之前，首先对飞跨电容型三电平逆变器的拓扑结构进行简要说明。图1所示为飞跨电容型三电平逆变器系统，每相桥臂均有4个开关管，从上至下依次为Sx1，Sx2，Sx3，Sx4(x＝a，b，c)，上桥臂中点与下桥臂中点之间连接飞跨电容C，理想稳定运行时电容电压为Vdc/2，逆变器每相桥臂输出三种电压状态(Vdc/2，0，-Vdc/2)，对应状态(P，O，N)。飞跨电容型三电平逆变器每相桥臂下标为1，4的开关管互补导通，下标为2，3的开关管互补导通。令当开关管开通时，Sxn(x＝a，b，c；n＝1，2，3，4)＝1，当开关管关断时，Sxn＝0。则当每相桥臂开关状态组合[Sx1 Sx2 Sx3 Sx4]＝[1100]时，桥臂为状态P，输出Vdc/2的电平；当开关状态组合[Sx1 Sx2 Sx3 Sx4]＝[0101]或[1010]时，桥臂为状态O，输出0的电平；当开关状态组合[Sx1 Sx2 Sx3 Sx4]＝[0011]时，桥臂为状态N，输出-Vdc/2的电平。这4种开关状态组合中，输出状态P和N的开关组合对飞跨电容电压没有影响，而状态O的两种开关状态对飞跨电容充放电的作用相反。
本发明所提供的一种飞跨电容型三电平逆变器零共模电压调制方法，如图2所示，包括如下步骤：
(1)根据三相电压信号va，vb，vc构造零共模电压调制所需要的参考波信号参考波信号Vr1，Vr2，Vr3，Vr4；具体包括如下步骤：
(1-1)根据三相电压信号va，vb，vc，得到3个过渡信号：
Figure GDA0003139024240000051
(1-2)根据3个过渡信号得到它们需要注入的零序成分Vz＝-0.5·(Vmax+Vmin)，其中Vmax和Vmin分别是3个过渡信号中的最大值和最小值，将零序成分分别与过渡信号相加得到新的过渡信号V1'＝V1+Vz，V2'＝V2+Vz，V3'＝V3+Vz；
(1-3)对新的过渡信号进行降序排序得到参考波信号Vr1，Vr2，Vr3，参考波信号Vr4＝Vr1-Vr2+Vr3。
(2)在前一半载波周期和后一半载波周期使用不同的参考波信号与单载波进行比较生成驱动信号；
在前一半载波周期，使用参考波Vr1，Vr2，Vr3与载波进行比较生成驱动信号Vg1，Vg2，Vg3；在后一半载波周期，使用根据参考波Vr1，Vr4，Vr3与载波进行比较生成驱动信号Vg1，Vg4，Vg3；
(3)根据三相电压信号的正负关系分为6个区域，产生的驱动信号在不同区域，按前后半个载波周期分别驱动每相桥臂开关管的开断，实现零共模电压调制和飞跨电容电压的平衡；具体包括：
当va≥0,vb＜0,vc＜0时为区域1；当va≥0,vb≥0,vc＜0时为区域2；当va≤0,vb≥0,vc＜0时为区域3；当va＜0,vb≥0,vc≥0时为区域4；当va＜0,vb＜0,vc≥0时为区域5；当va≥0,vb＜0,vc＞0时为区域6。
根据电压信号的正负判断区域，前半载波周期将Vg1，Vg2，Vg3作为驱动信号控制每相桥臂开关的开通和关断，后半载波周期将Vg1，Vg4，Vg3作为驱动信号控制每相桥臂开关的开通和关断，实现零共模电压调制和飞跨电容电压的平衡。
更为具体的，在各个区域a，b，c三相桥臂的开关管，前半个载波周期驱动信号分配如表1所示：
表1
区域号 S<sub>a1</sub> S<sub>a3</sub> S<sub>b1</sub> S<sub>b3</sub> S<sub>c1</sub> S<sub>c3</sub>
1 V<sub>g1</sub> V<sub>g3</sub> V<sub>g3</sub> V<sub>g2</sub> V<sub>g2</sub> V<sub>g1</sub>
2 V<sub>g1</sub> V<sub>g2</sub> V<sub>g2</sub> V<sub>g3</sub> V<sub>g3</sub> V<sub>g1</sub>
3 V<sub>g2</sub> V<sub>g1</sub> V<sub>g1</sub> V<sub>g3</sub> V<sub>g3</sub> V<sub>g2</sub>
4 V<sub>g3</sub> V<sub>g1</sub> V<sub>g1</sub> V<sub>g2</sub> V<sub>g2</sub> V<sub>g3</sub>
5 V<sub>g3</sub> V<sub>g2</sub> V<sub>g2</sub> V<sub>g1</sub> V<sub>g1</sub> V<sub>g3</sub>
6 V<sub>g2</sub> V<sub>g3</sub> V<sub>g3</sub> V<sub>g1</sub> V<sub>g1</sub> V<sub>g2</sub>
在各个区域a，b，c三相桥臂的开关管，后半个载波周期驱动信号分配如表2所示：
表2
区域号 S<sub>a1</sub> S<sub>a3</sub> S<sub>b1</sub> S<sub>b3</sub> S<sub>c1</sub> S<sub>c3</sub>
1 V<sub>g1</sub> V<sub>g3</sub> V<sub>g4</sub> V<sub>g1</sub> V<sub>g3</sub> V<sub>g4</sub>
2 V<sub>g4</sub> V<sub>g3</sub> V<sub>g1</sub> V<sub>g4</sub> V<sub>g3</sub> V<sub>g1</sub>
3 V<sub>g3</sub> V<sub>g4</sub> V<sub>g1</sub> V<sub>g3</sub> V<sub>g4</sub> V<sub>g1</sub>
4 V<sub>g3</sub> V<sub>g1</sub> V<sub>g4</sub> V<sub>g3</sub> V<sub>g1</sub> V<sub>g4</sub>
5 V<sub>g4</sub> V<sub>g1</sub> V<sub>g3</sub> V<sub>g4</sub> V<sub>g1</sub> V<sub>g3</sub>
6 V<sub>g1</sub> V<sub>g4</sub> V<sub>g3</sub> V<sub>g1</sub> V<sub>g4</sub> V<sub>g3</sub>
区域1中一个载波周期，各参考信号和载波比较生成的相应驱动信号及三相桥臂输出信号如图3所示，一个载波周期被开关开断动作分为了7个分段，在每个分段中三相桥臂的输出状态要么都输出状态O，要么P，O，N三种状态各输出1个，依据共模电压的定义为三相桥臂输出电压之和除以3，可判断在一个载波周期各个分段中共模电压都为零。
区域1中一个载波周期内各分段对应的开关状态组合如表3所示，在载波周期中每相桥臂开关状态组合[0101]和[1010]的作用时间都相同，这使得两者对飞跨电容的充放电作用在一个载波周期内相互抵消，即抑制了飞跨电容电压的低频波动。每个开关管在一个载波周期均只开通(0变化到1)和关断动作(1变化到0)各一次，维持状态的时候几乎没有损耗，所有开关管在一个载波周期内开关次数相同，从而使得损耗分布均匀，避免系统局部热量分布集中。其他区域内可按表2和表3同理来进行推导。
表3
Figure GDA0003139024240000071
Figure GDA0003139024240000081
本实施例的工况条件为直流母线电压200V，调制比0.8，飞跨电容为50uF，分别对传统SVPWM和本发明提出的零共模调制方法进行仿真实验验证。传统SVPWM方法下逆变器共模电压如图4所示，共模电压的峰值最大达到了100V，即直流母线电压的二分之一，共模电压很大；采用本发明提供的零共模电压调制方法，逆变器共模电压如图5所示，共模电压为零，有效地抑制了共模电压。传统SVPWM方法下飞跨电容电压如图6所示，由于没有合理分配状态O的两个开关状态组合的作用时间，飞跨电容电压存在明显的低频波动；采用本发明提供的零共模电压调制方法飞跨电容电压如图7所示，电容电压几乎没有低频波动，电容电压得到了有效的平衡。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种飞跨电容型三电平逆变器零共模电压调制方法，所述飞跨电容型三电平逆变器由PWM脉冲驱动，所述PWM脉冲基于载波信号比较生成，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据三相电压信号va，vb，vc构造零共模电压调制所需要的参考波信号Vr1，Vr2，Vr3，Vr4；具体包括如下子步骤：
(1-1)根据三相电压信号va，vb，vc，得到3个过渡信号：
Figure FDA0003139024230000011
(1-2)根据3个过渡信号得到需要注入的零序成分Vz＝-0.5·(Vmax+Vmin)，其中Vmax和Vmin分别是3个过渡信号中的最大值和最小值，将零序成分分别与过渡信号相加得到新的过渡信号V1'＝V1+Vz，V2'＝V2+Vz，V3'＝V3+Vz；
(1-3)对新的过渡信号进行降序排序得到参考波信号Vr1，Vr2，Vr3，参考波信号Vr4＝Vr1-Vr2+Vr3；
(2)在前一半载波周期和后一半载波周期使用不同的参考波信号与单载波进行比较生成驱动信号；具体比较规则是：
在前一半载波周期，使用参考波Vr1，Vr2，Vr3，与载波进行比较生成驱动信号Vg1，Vg2，Vg3；在后一半载波周期，使用根据参考波Vr1，Vr4，Vr3；与载波进行比较生成驱动信号Vg1，Vg4，Vg3；
(3)根据三相电压信号的正负关系分为6个区域，所述驱动信号在不同的区域按前后半个载波周期分别驱动每相桥臂开关管的开断，实现零共模电压调制和飞跨电容电压的平衡。
2.如权利要求1所述的一种飞跨电容型三电平逆变器零共模电压调制方法，其特征在于，所述步骤(3)的6个区域划分规则具体是：
当va≥0,vb＜0,vc＜0时为区域1；当va≥0,vb≥0,vc＜0时为区域2；当va≤0,vb≥0,vc＜0时为区域3；当va＜0,vb≥0,vc≥0时为区域4；当va＜0,vb＜0,vc≥0时为区域5；当va≥0,vb＜0,vc＞0时为区域6。
3.如权利要求1所述的一种飞跨电容型三电平逆变器零共模电压调制方法，其特征在于，所述零共模电压调制根据电压信号的正负判断区域，前半载波周期将Vg1，Vg2，Vg3作为驱动信号控制每相桥臂开关的开通和关断，后半载波周期将Vg1，Vg4，Vg3作为驱动信号控制每相桥臂开关的开通和关断，实现零共模电压调制和飞跨电容电压的平衡。
4.一种飞跨电容型三电平逆变器零共模电压调制系统，所述飞跨电容型三电平逆变器由PWM脉冲驱动，所述PWM脉冲基于载波信号比较生成，其特征在于，包括：
参考波信号获取模块，用于根据三相电压信号va，vb，vc构造零共模电压调制所需要的参考波信号Vr1，Vr2，Vr3，Vr4；参考波信号的获取具体包括：
根据三相电压信号va，vb，vc得到3个过渡信号：
Figure FDA0003139024230000021
根据3个过渡信号得到需要注入的零序成分Vz＝-0.5·(Vmax+Vmin)，其中Vmax和Vmin分别是3个过渡信号中的最大值和最小值，将零序成分分别与过渡信号相加得到新的过渡信号V1'＝V1+Vz，V2'＝V2+Vz，V3'＝V3+Vz；
对新的过渡信号进行降序排序得到参考波信号Vr1，Vr2，Vr3，参考波信号Vr4＝Vr1-Vr2+Vr3；
驱动信号获取模块，用于在前一半载波周期和后一半载波周期使用不同的参考波信号与单载波进行比较生成驱动信号；具体比较规则是：
在前一半载波周期，使用参考波Vr1，Vr2，Vr3，与载波进行比较生成驱动信号Vg1，Vg2，Vg3；在后一半载波周期，使用根据参考波Vr1，Vr4，Vr3；与载波进行比较生成驱动信号Vg1，Vg4，Vg3；
调制模块，用于根据三相电压信号的正负关系分为6个区域，所述驱动信号在不同区域，按前后半个载波周期分别驱动每相桥臂开关管的开断，实现零共模电压调制和飞跨电容电压的平衡。
5.如权利要求4所述的一种飞跨电容型三电平逆变器零共模电压调制系统，其特征在于，6个区域划分规则具体是：
当va≥0,vb＜0,vc＜0时为区域1；当va≥0,vb≥0,vc＜0时为区域2；当va≤0,vb≥0,vc＜0时为区域3；当va＜0,vb≥0,vc≥0时为区域4；当va＜0,vb＜0,vc≥0时为区域5；当va≥0,vb＜0,vc＞0时为区域6。
6.如权利要求4所述的一种飞跨电容型三电平逆变器零共模电压调制系统，其特征在于，所述零共模电压调制根据电压信号的正负判断区域，前半载波周期将Vg1，Vg2，Vg3作为驱动信号控制每相桥臂开关的开通和关断，后半载波周期将Vg1，Vg4，Vg3作为驱动信号控制每相桥臂开关的开通和关断，实现零共模电压调制和飞跨电容电压的平衡。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113452275B (zh) * 2021-07-01 2022-09-23 浙江国研智能电气有限公司 一种三相逆变器断续调制方法及系统
CN116722762B (zh) * 2023-05-19 2023-12-15 燕山大学 一种基于模型预测控制的飞跨电容并网逆变器控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103078540A (zh) * 2013-01-17 2013-05-01 燕山大学 一种三相飞跨电容多电平光伏逆变器调制方法
CN104779813A (zh) * 2014-01-09 2015-07-15 洛克威尔自动控制技术股份有限公司 具有减小的共模电压的多电平转换器系统和方法
CN106100430A (zh) * 2016-08-23 2016-11-09 合肥工业大学 三相五电平逆变器低共模电压调制的载波实现方法
CN107302317A (zh) * 2017-06-13 2017-10-27 合肥工业大学 三相五电平逆变器漏电流抑制的载波实现方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103872938B (zh) * 2014-03-31 2016-03-02 上海交通大学 一种飞跨电容型三电平逆变装置的控制方法
CN110677067B (zh) * 2019-09-16 2020-08-04 河海大学 降低逆变器共模电压的空间矢量调制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103078540A (zh) * 2013-01-17 2013-05-01 燕山大学 一种三相飞跨电容多电平光伏逆变器调制方法
CN104779813A (zh) * 2014-01-09 2015-07-15 洛克威尔自动控制技术股份有限公司 具有减小的共模电压的多电平转换器系统和方法
CN106100430A (zh) * 2016-08-23 2016-11-09 合肥工业大学 三相五电平逆变器低共模电压调制的载波实现方法
CN107302317A (zh) * 2017-06-13 2017-10-27 合肥工业大学 三相五电平逆变器漏电流抑制的载波实现方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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A new common-mode voltage reduction technique for multilevel inverters;Hoda Ghoreishy等;《IEEE》;20080620;第1-6页 *

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