CN115566918B - 一种三电平逆变器及其不连续脉宽调制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种三电平逆变器及其不连续脉宽调制方法和装置，所述三电平逆变器的不连续脉宽调制方法包括步骤：采集三电平逆变器的母线电压和三相电流以获得初始三相调制电压；对初始三相调制电压按照大小进行排序；对排序后的初始三相调制电压进行钳位约束和共模电压约束确定出矢量组合；根据所述矢量组合确定出中线电流；根据所述中线电流从矢量组合中计算出最小矢量组合；根据所述最小矢量组合得到零序电压分量；注入所述零序电压分量得到最终三相调制电压，并将所述最终三相调制电压与载波进行比较，生成三电平逆变器的不连续脉宽调制信号。该方法能够在保障不连续脉宽调制和最低共模电压的基础上，实现了对直流母线中点电压的有效控制。

Description

一种三电平逆变器及其不连续脉宽调制方法和装置
技术领域
本发明涉及逆变器技术领域，尤其涉及三电平逆变器及其不连续脉宽调制方法和装置。
背景技术
脉宽调制（Pulse-Width Modulation，PWM）是通过改变导通时间占总时间的比例，也就是占空比，达到调整电压和频率的目的，但半导体开关器件的高频开关动作会导致过高的开关损耗，为了降低这种损耗，一般使用不连续脉宽调制(discontinuous pulsewidth modulation，DPWM)的调制方式。
但现有的不连续脉宽调制不能对直流母线中点电压进行有效控制。由于中点电压是中线电流对逆变器拓扑的中点进行充放电的电压，电流在中线的流入和流出会导致中点电压的变化，形成中点电压的波动，而中点电压波动会导致三电平逆变器上下电容电压不均匀，影响三电平逆变器输出波形质量，甚至影响三电平逆变器的使用寿命。故如何在三电平逆变器的不连续脉宽调制中对直流母线中点电压进行有效控制是必须面对的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种三电平逆变器及其不连续脉宽调制方法、装置，在保障不连续脉宽调制和最低共模电压的基础上，能够实现对直流母线中点电压的有效控制。
第一方面，本发明提供了一种三电平逆变器的不连续脉宽调制方法，所述方法包括步骤如下：
S1: 采集三电平逆变器的母线电压（，）和三相电流（，，），以获得初始三相调制电压，其中为正母线电压，为负母线电压；
S2：对初始三相调制电压进行排序得到初始最大三相调制电压、初始最小三相调制电压、初始中间三相调制电压，所述初始最大三相调制电压所在相的电流为最大电流，所述初始最小三相调制电压所在相的电流为最小电流，所述初始中间三相调制电压所在相的电流为中间电流；其中所述最大电流、所述最小电流及所述中间电流均是三相电流中的相电流；其中，所述初始最大三相调制电压为初始三相调制电压的最大值，所述初始最小三相调制电压为初始三相调制电压的最小值，所述初始中间三相调制电压为初始三相调制电压的中间值；
S3: 对所述初始最大三相调制电压、所述初始中间三相调制电压及所述初始最小三相调制电压进行钳位约束和共模电压约束确定出矢量组合；
S4: 根据所述矢量组合确定出中线电流；
S5: 根据所述中线电流从所有矢量组合中获得最小矢量组合；
S6: 根据所述最小矢量组合得到零序电压分量；
S7: 在初始三相调制电压中注入所述零序电压分量得到最终三相调制电压，将所述最终三相调制电压与载波进行比较，生成三电平逆变器的不连续脉宽调制信号。
进一步地，步骤S3中进行钳位约束和共模电压约束确定出矢量组合包括如下步骤：
S3.1：定义初始三相调制电压与载波比较后的输出电平为、、，定义的值分别为1，0，-1，其中、、对应的电平分别为P，O，N；
S3.2：定义目标共模电压为
式中，为直流母线电压值，为正母线电压，为负母线电压；
S3.3：根据调制系数、目标共模电压对排序后的初始三相调制电压（、、）进行钳位约束得到第一过程三相调制电压，所述调制系数为预设值；
S3.4：根据第一过程三相调制电压确定出小于或等于目标共模电压的所有矢量组合。
优选地，步骤S3.3中的调制系数位于下限阈值0.7和上限阈值1.15之间。
进一步地，所述步骤S3.3中的钳位约束，具体为：
初始最大三相调制电压钳位至正母线电压，初始最小三相调制电压钳位至负母线电压，初始中间三相调制电压钳位至零电压。
进一步地，初始最大三相调制电压为钳位至正母线电压，具体为：
通过在所述初始最大三相调制电压上叠加正钳位时所施加的零序电压分量，得到将相电压钳位于正母线电压的第一过程最大三相调制电压，其公式为：
；
初始最小三相调制电压为钳位至负母线电压，具体为：
通过在所述初始最小三相调制电压上叠加负钳位时所施加的零序电压分量，得到将相电压钳位于负母线电压的第一过程最小三相调制电压，其公式为：
；
初始中间三相调制电压为钳位至零电压，具体为：
通过在所述初始中间三相调制电压上叠加零钳位时所施加的零序电压分量，得到将相电压钳位于零电压的第一过程中间三相调制电压，其公式为：
。
优选地，所述第一过程三相调制电压满足以下条件：
 。
进一步地，所述初始中间三相调制电压为钳位至零电压得到第一过程中间三相调制电压，第一过程中间三相调制电压是采用反相载波实现不连续调制的。
优选地，所述S3.4中确定出小于或等于目标共模电压的所有矢量组合之前还包括：
列出所有矢量的共模电压值。
进一步地，所述步骤S4中根据矢量组合确定出中线电流，具体计算如下：
其中，为中线电流，为0电平时的占空比，为中线流出电流，为中线流入电流，表示时的最大电流、时的最小电流及时的中间电流。
进一步地，所述步骤S5中根据中线电流从矢量组合中计算出最小矢量组合，其具体计算过程如下：
最小矢量组合是通过最小的电压偏移量得到，最小的电压偏移量的计算公式如下：
其中：，分别为第k-1次正半母线和第k-1次负半母线电压，为第k次的中线电流，为开关周期，为半直流母线电容值。
本发明提供的一种三电平逆变器的不连续脉宽调制方法，能够在保障不连续脉宽调制和最低共模电压的基础上，通过调制约束条件确定出矢量组合，再根据矢量组合确定要注入的零序电压分量，抑制住中点电压的波动，提升三电平逆变器的输出波形质量，实现了对直流母线中点电压的有效控制，提高了三电平逆变器的使用寿命。
第二方面，本发明提供了一种三电平逆变器的不连续脉宽调制装置，包括：
母线电压采集单元，用于采集三电平逆变器的母线电压（，）；
三相电流采集单元，用于采集三电平逆变器的三相电流（，，）；
三相调制电压存储单元，分别与所述母线电压采集单元和所述三相电流采集单元相连，用于记录三电平逆变器的初始三相调制电压；
电压排序单元，与所述三相调制电压存储单元连接，用于按大小对所述初始三相调制电压进行排序，得到初始最大三相调制电压、初始最小三相调制电压、初始中间三相调制电压；
计算单元，与所述电压排序单元相连，用于根据调制系数、共模电压对初始最大三相调制电压、初始最小三相调制电压及初始中间三相调制电压进行钳位计算出矢量组合及中线电流，所述计算单元还用于根据所述中线电流从矢量组合中计算出最小电压偏移量得到最小矢量组合，所述计算单元还用于根据最小矢量组合获得零序电压分量；
调制电压生成单元，分别与所述三相调制电压存储单元和所述计算单元相连，用于将所述初始三相调制电压注入零序电压分量得到最终三相调制电压；
比较控制单元，与所述调制电压生成单元相连，用于将所述最终三相调制电压与载波进行比较，并生成三电平逆变器的不连续脉宽调制信号。
本发明提供的一种三电平逆变器的不连续脉宽调制装置，能够在保障不连续脉宽调制和最低共模电压的基础上，通过调制约束条件确定出矢量组合，再根据矢量组合确定要注入的零序电压分量，抑制住中点电压的波动，提升三电平逆变器的输出波形质量，实现了对直流母线中点电压的有效控制，提高了三电平逆变器的使用寿命。
第三方面，本发明提供了三电平逆变器，三电平逆变器包括上述的三电平逆变器的不连续脉宽调制装置。
本发明提供的三电平逆变器，能够在保障不连续脉宽调制和最低共模电压的基础上，通过调制约束条件确定出矢量组合，再根据矢量组合确定要注入的零序电压分量，抑制住中点电压的波动，提升三电平逆变器的输出波形质量，实现了对直流母线中点电压的有效控制，提高了三电平逆变器的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例中的三电平逆变器的不连续脉宽调制方法的流程图；
图2为本发明实施例中的三电平逆变器拓扑图；
图3为本发明实施例中的单开关周期反相载波和同相载波O钳位时调制电压和输出电平时序图；
图4为本发明实施例中的初始最大三相调制电压钳位至P时单开关周期三相调制电压和载波电压的示意图；
图5为本发明实施例中的单开关周期五种矢量组合对应的调制电压和输出电平时序图；
图6为本发明实施例中的时域下调制电压和矢量组合的示意图；
图7为传统不连续调制方法的三相调制电压的示意图；
图8为稳态下传统不连续调制方法和本发明实施例中的不连续调制方法的波形比较图；
图9为暂态下传统不连续调制方法和本发明实施例中的不连续调制方法的波形比较图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
可以理解的是，此处描述的具体实施例和附图仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
可以理解的是，在不冲突的情况下，本发明中的各实施例及实施例中的各特征可相互组合。
可以理解的是，为便于描述，本发明的附图中仅示出了与本发明相关的部分，而与本发明无关的部分未在附图中示出。
可以理解的是，本发明的实施例中所涉及的每个单元、模块可仅对应一个实体结构，也可由多个实体结构组成，或者，多个单元、模块也可集成为一个实体结构。
可以理解的是，在不冲突的情况下，本发明的流程图和框图中所标注的功能、步骤可按照不同于附图中所标注的顺序发生。
可以理解的是，本发明的流程图和框图中，示出了按照本发明各实施例的系统、装置、设备、方法的可能实现的体系架构、功能和操作。其中，流程图或框图中的每个方框可代表一个单元、模块、程序段、代码，其包含用于实现规定的功能的可执行指令。而且，框图和流程图中的每个方框或方框的组合，可用实现规定的功能的基于硬件的系统实现，也可用硬件与计算机指令的组合来实现。
可以理解的是，本发明实施例中所涉及的单元、模块可通过软件的方式实现，也可通过硬件的方式来实现，例如单元、模块可位于处理器中。
实施例1：
本实施例提供一种三电平逆变器的不连续脉宽调制方法，如图1所示，本实施例提供的三电平逆变器的不连续脉宽调制方法包括步骤如下：
S1：采集三电平逆变器的母线电压（ ，）和三相电流（，，），以获得初始三相调制电压，其中为正母线电压，为负母线电压。
具体如图2所示，采集三电平逆变器的正负母线电压和逆变器机侧的三相电流；读取三电平逆变器的三相调制电压；其中正负母线电压分别为，，三电平逆变器机侧的三相电流为，，，三相调制电压由电流环生成，为。
 S2：对初始三相调制电压进行排序得到初始最大三相调制电压、初始最小三相调制电压、初始中间三相调制电压，初始最大三相调制电压所在相的电流为最大电流，初始最小三相调制电压所在相的电流为最小电流，初始中间三相调制电压所在相的电流为中间电流；其中最大电流、最小电流及中间电流均是三相电流中的相电流；其中，初始最大三相调制电压为初始三相调制电压的最大值，初始最小三相调制电压为初始三相调制电压的最小值，初始中间三相调制电压为初始三相调制电压的中间值
具体的，初始最大三相调制电压、初始最小三相调制电压及初始中间三相调制电压可通过函数获得，具体为：
=max，
=min，
=mid；
其中，max函数用于获得多个指定值中的最大值；min函数用于获得多个指定值中的最小值；mid函数用于获得多个指定值中的中值。
S3: 对初始最大三相调制电压、初始中间三相调制电压及初始最小三相调制电压进行钳位约束和共模电压约束确定出矢量组合；
具体的，为满足不连续调制，任意开关周期内，通过给三相调制电压施加零序电压分量，使得其中的某相电压（某相电压指的“初始最大三相调制电压、初始最小三相调制电压及初始中间三相调制电压”中的的电压）需被钳位至正母线电压、负母线电压或零电压（也称0电压），钳位至正母线电压、负母线电压和零电压分别对应为P，N和O三种状态。
步骤S3中进行钳位约束和共模电压约束包括具体步骤如下：
步骤S3中进行钳位约束和共模电压约束确定出矢量组合包括如下步骤：
S3.1：定义初始三相调制电压与载波比较后的输出电平为、、，定义的值分别为1，0，-1，其中、、对应的电平分别为P，O，N；
对、、进行排序得到，如图2所示。三个矢量设置的目的是便于后面的算法应用于整个工频周期，而不用倒相位。
的得到也是通过函数得到，
，
，
。
S3.2：定义目标共模电压为
式中，为直流母线电压值，为正母线电压，为负母线电压；
S3.3：根据调制系数、目标共模电压对排序后的初始三相调制电压（、、）进行钳位约束得到第一过程三相调制电压，所述调制系数为预设值；在本实施例中，调制系数（调制系数用表示）设置为1.08。
 S3.4：根据第一过程三相调制电压确定出小于或等于目标共模电压的所有矢量组合。
为了避免添加零序电压分量后，调制电压的幅值超过线性的调制范围。初始最大三相调制电压为钳位至正母线电压，初始最小三相调制电压为钳位至负母线电压，初始中间三相调制电压为钳位至零电压。也就是对于，钳位至P；对于，钳位至O；对于，钳位至N。
本实施例中同时包括了钳位约束和共模电压约束，因为共模电压过大，会增大逆变器的漏电流，给后级电路带来电磁干扰。其具体过程是，初始最大三相调制电压上叠加正钳位时所施加的零序电压分量，初始中间三相调制电压上叠加零钳位时所施加的零序电压分量，初始最小三相调制电压上叠加负钳位时所施加的零序电压分量，
P钳位、O钳位、N钳位对应的零序电压分量可表示为：
P钳位：，
N钳位：，
O钳位：，
通过在初始最大三相调制电压上叠加正钳位时所施加的零序电压分量，得到将相电压钳位于正母线电压的第一过程最大三相调制电压，其公式为：
；
初始最小三相调制电压为钳位至负母线电压，具体为：
通过在所述初始最小三相调制电压上叠加负钳位时所施加的零序电压分量，得到将相电压钳位于负母线电压的第一过程最小三相调制电压，其公式为：
；
初始中间三相调制电压为钳位至零电压，具体为：
通过在所述初始中间三相调制电压上叠加零钳位时所施加的零序电压分量，得到将相电压钳位于零电压的第一过程中间三相调制电压，其公式为：
。
为了避免过调制，设定第一过程三相调制电压满足以下条件：
 。
为了更清楚地知道满足共模电压约束的矢量组合，步骤S3.4中确定出小于或等于目标共模电压的所有矢量组合之前还包括列出所有矢量的共模电压值，列出所有矢量的共模电压值之后可直接查表获得目标共模电压，具体是先定义矢量为三相输出电平的状态，每相均有P，O，N三种状态，三相共有27种状态，得到各矢量的共模电压值，如下表格：
通过表格可得到，当矢量组合为PPP或NNN时，其共模电压是；当矢量组合为ONN、PPO、NON、OPP、NNO或POP时，其共模电压是；当矢量组合为PNN、PPN、NPN、NPP、NNP或PNP时，其共模电压是；当矢量组合为OOO时，其共模电压是0；当矢量组合为POO、OON、OPO、NOO、OOP或ONO时，其共模电压是；当矢量组合为PON、 OPN、PNO、 NPO、 NOP、ONP时，其共模电压是0。通过查表即可得到小于或等于目标共模电压的所有矢量组合。
在本实施中，采用反相载波实现不连续调制的，以降低钳位至零电压时的共模电压值，如图3所示，反相载波OOO矢量持续时间相对于同相载波要长，依照各矢量的共模电压值表格，OOO矢量的共模电压值为零。
以钳位至P为例，单开关周期三相调制电压的分布如图4所示，由于本实施例的应用场景调制系数>0.7，图4中前两种组合的情况，也就是图4中（1）和（2），实际并不会出现，图4中后两种组合的情况，也就是图4中（3）和（4），是有可能出现的，具体分析如下：
首先根据相位角计算出三相正序调制电压，
然后具体分析图4中的每一张图：
对于图4中的（1），约束条件为，则根据约束条件推出：
，
，
；
然后具体分析图4中的每一张图：
对于图4中的（1），约束条件为>0，则根据约束条件推出：
,
得到  ，因此不会出现图4中（1）的情况；
对于图4中的（2），约束条件为，则根据约束条件推出：
，
得到<2/3，因此不会出现图4中（2）的情况；
对于图4中的（3），约束条件为
则根据约束条件推出：
，有可能出现图4中（3）的情况；
对于图4中的（4），约束条件为，
则根据约束条件推出：
，有可能出现图4中（4）的情况。
同理可以推导O钳位和N钳位时，所存在的矢量组合。满足调制系数>0.7的矢量组合，同时其共模电压值不超过的组合共五种，五种组合对应的调制电压和输出电平的时序图如图5所示，图5中的组合1，2中的钳位至P，对应正钳位时所施加的零序电压分量，图5中的组合3中的钳位至O，对应零钳位时所施加的零序电压分量，图5中的组合4，5中的钳位至N，对应负钳位时所施加的零序电压分量。此外，从图5中可以看出所有的矢量组合中的矢量共模电压值均不超过。图5中的五种组合所对应的调制电压需满足如下条件：
组合1：，得到；
组合2：，得到；
组合3：，得到；
组合4：，得到；
组合5：，得到。
时域下三相调制电压和矢量组合如图6所示，从图中可以看出，在同一时刻，存在重叠的矢量组合，为此可以从重叠的矢量组合中选取更有利于中点平衡的矢量组合。
S4:根据步骤S3中所确定的矢量组合确定出中线电流。
步骤S4中根据矢量组合确定出中线电流，具体计算如下：
其中，为中线电流，为0电平时的占空比，为中线流出电流，为中线流入电流，表示时的最大电流、时的最小电流及时的中间电流。
中线电流与图5中的五种组合相对应：
组合1的中线电流为：
说明，为了简化，最大电流也可表示为，中间电流也可表示为，最小电流也可表示为；
组合2的中线电流为：
组合3的中线电流为：
组合4的中线电流为：
组合5的中线电流为：
S5: 根据中线电流从矢量组合中计算出最小矢量组合；
最小矢量组合是通过最小的电压偏移量得到，最小的电压偏移量的计算公式如下：
其中：，分别为第k-1次正半母线和第k-1次负半母线电压，为第k次的中线电流，为开关周期，为半直流母线电容值。
S6: 根据最小矢量组合得到零序电压分量；
如图5中的组合1和组合2，其正钳位时所施加的零序电压分量；
如图5中的组合3，其零钳位时所施加的零序电压分量；
如图5中的组合4和组合5，其负钳位时所施加的零序电压分量为。
S7: 注入零序电压分量得到最终三相调制电压，并将最终三相调制电压与载波进行比较，生成三电平逆变器的不连续脉宽调制信号。
本申请的发明人经研究发现，由于钳位区的存在，传统的不连续调制通常不对直流母线中点电压进行控制。针对本实施例中的三电平逆变器的不连续脉宽调制方法，技术效果验证如下：
为验证本实施例中的三电平逆变器的不连续脉宽调制方法，搭建了如图2所示的仿真模型。其中逆变器的额定功率为228 kW。直流母线电压1250 V。半母线的电容容值=2mF。开关周期=62.5us。为了对比验证本实施例的不连续脉宽调制，引入了传统的不连续调制策略，如图7所示的是传统不连续调制方法的三相调制电压的示意图。
如图8所示的是稳态下传统不连续调制方法和本发明实施例中的不连续调制方法的波形比较图，图8中的（a）为稳态下传统不连续调制方法的波形图，图8中的（b）为稳态下本发明实施例中的不连续调制方法的波形图，施加零序电压分量后的调制电压，二者在任意时刻均存在钳位区，因此均为严格意义上的不连续调制。此外，对比正负母线电压后可以看出，本发明方法中的不连续调制策略正负母线波动要小于传统的不连续调制策略。另外，采用本发明方法的不连续调制策略，共模电压的被限制在以内，小于传统的不连续调制策略。
如图9所示的是暂态下传统不连续调制方法和本发明实施例中的不连续调制方法的波形比较图，图9中的（a）为暂态下传统不连续调制方法的波形图，图9中的（b）为暂态下本发明实施例中的不连续调制方法的波形图，在0.6s时，施加阶跃功率信号，采用传统的不连续调制策略，正负母线持续偏压且不可恢复，采用本实施中的三电平逆变器的不连续脉宽调制方法，正负母线电压经过短暂的调整后恢复平衡。
本实施例提供的三电平逆变器的不连续脉宽调制方法，在严格遵守不连续调制和低共模电压的基础上，通过保障直流母线中点电压波动最小选取合适的矢量组合，从而使得本方法具有低损耗，低共模电压，低中点波动的优异性能。本实施例提供的三电平逆变器的不连续脉宽调制方法，抑制住中点电压的波动，提升三电平逆变器的输出波形质量，实现了对直流母线中点电压的有效控制，提高了三电平逆变器的使用寿命。
实施例2：
本实施例提供一种三电平逆变器的不连续脉宽调制装置，包括：
母线电压采集单元，用于采集三电平逆变器的母线电压（，）；
三相电流采集单元，用于采集三电平逆变器的三相电流（，，）；
三相调制电压存储单元，分别与母线电压采集单元和三相电流采集单元相连，用于记录三电平逆变器的初始三相调制电压；
电压排序单元，与三相调制电压存储单元连接，用于按大小对初始三相调制电压进行排序，得到初始最大三相调制电压、初始最小三相调制电压、初始中间三相调制电压；
计算单元，与电压排序单元相连，用于根据调制系数、共模电压对初始最大三相调制电压、初始最小三相调制电压及初始中间三相调制电压进行钳位计算出矢量组合及中线电流，计算单元还用于根据所述中线电流从矢量组合中计算出最小电压偏移量得到最小矢量组合，计算单元还用于根据最小矢量组合获得零序电压分量；
调制电压生成单元，分别与三相调制电压存储单元和所述计算单元相连，用于将所述初始三相调制电压注入零序电压分量得到最终三相调制电压；
比较控制单元，与调制电压生成单元相连，用于将最终三相调制电压与载波进行比较，并生成三电平逆变器的不连续脉宽调制信号。
具体的装置模型如图2所示，母线电压采集单元采集三电平逆变器的母线电压（，），三相电流采集单元采集三电平逆变器的三相电流（，，）其中正负母线电压分别为，三相调制电压由电流环生成，三相调制电压存储单元用于记录三电平逆变器的初始三相调制电压，电压排序单元按大小对初始三相调制电压进行排序，计算确定单元，用于根据调制系数、共模电压、初始最大三相调制电压、初始最小三相调制电压及初始中间三相调制电压确定出调制约束条件，并根据调制约束条件确定出矢量组合，计算单元还用于根据零序电压分量的矢量组合、最大电流、中间电流及最小电流计算出中线电流，计算单元还用于根据中线电流从矢量组合中计算出最小电压偏移量得到最小矢量组合，计算单元还用于根据最小矢量组合得到零序电压分量，调制电压生成单元将初始三相调制电压注入零序电压分量得到最终三相调制电压，最后比较控制单元将最终三相调制电压与载波进行比较，并生成三电平逆变器的不连续脉宽调制信号。
本实施例提供的一种三电平逆变器的不连续脉宽调制装置，能够在保障不连续脉宽调制和最低共模电压的基础上，通过调制约束条件确定出矢量组合，再根据矢量组合确定要注入的零序电压分量，实现了对直流母线中点电压的有效控制。本实施例提供的三电平逆变器的不连续脉宽调制装置，抑制住中点电压的波动，提升三电平逆变器的输出波形质量，提高了三电平逆变器的使用寿命。
实施例3：
本实施例提供一种三电平逆变器，三电平逆变器包括实施例2所述的三电平逆变器的不连续脉宽调制装置。
本实施例提供的三电平逆变器，能够在保障不连续脉宽调制和最低共模电压的基础上，通过调制约束条件确定出矢量组合，再根据矢量组合确定要注入的零序电压分量，实现了对直流母线中点电压的有效控制。本实施例提供的三电平逆变器，抑制住中点电压的波动，提升三电平逆变器的输出波形质量，提高了三电平逆变器的使用寿命。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种三电平逆变器的不连续脉宽调制方法，其特征在于，所述方法包括步骤如下：
S1: 采集三电平逆变器的母线电压和三相电流，以获得初始三相调制电压；
S2：对初始三相调制电压按照大小进行排序得到初始最大三相调制电压、初始中间三相调制电压、初始最小三相调制电压；
S3: 对所述初始最大三相调制电压、所述初始中间三相调制电压及所述初始最小三相调制电压进行钳位约束和共模电压约束确定出矢量组合；
所述步骤S3中进行钳位约束和共模电压约束确定出矢量组合具体包括如下步骤：
S3.1：定义初始三相调制电压与载波比较后的输出电平为、、，定义、、的值分别为1，0，-1，其中、、对应的电平分别为P，O，N；
S3.2：定义目标共模电压为：
；
式中，为直流母线电压值，为正母线电压，为负母线电压；
S3.3：根据调制系数、目标共模电压对排序后的初始三相调制电压（、、）进行钳位约束得到第一过程三相调制电压，所述调制系数为预设值；
S3.4：根据第一过程三相调制电压确定出小于或等于目标共模电压的所有矢量组合；
S4: 根据所述矢量组合确定出中线电流；
所述步骤S4中根据矢量组合确定出中线电流，具体计算如下：
；
其中，为中线电流，为0电平时的占空比，为中线流出电流，为中线流入电流，表示时的最大电流、及时的最小电流及时的中间电流；
S5: 根据所述中线电流从所述矢量组合中获得最小矢量组合；
所述步骤S5中根据中线电流从矢量组合中计算出最小矢量组合，其具体计算过程如下：
最小矢量组合是通过最小的电压偏移量得到，最小的电压偏移量的计算公式如下：
；
其中：，分别为第k-1次正半母线和第k-1次负半母线电压，为第k次的中线电流，为开关周期，为半直流母线电容值；
S6: 根据所述最小矢量组合得到零序电压分量；
S7: 在初始三相调制电压中注入所述零序电压分量得到最终三相调制电压，将所述最终三相调制电压与载波进行比较，生成三电平逆变器的不连续脉宽调制信号。
2.根据权利要求1所述的三电平逆变器的不连续脉宽调制方法，其特征在于，所述步骤S3.3中的调制系数位于下限阈值0.7和上限阈值1.15之间。
3.根据权利要求1所述的三电平逆变器的不连续脉宽调制方法，其特征在于，所述步骤S3.3中的钳位约束，具体为：
初始最大三相调制电压钳位至正母线电压，初始最小三相调制电压钳位至负母线电压，初始中间三相调制电压钳位至零电压。
4.根据权利要求3所述的三电平逆变器的不连续脉宽调制方法，其特征在于，
初始最大三相调制电压为钳位至正母线电压，具体为：
通过在所述初始最大三相调制电压上叠加正钳位时所施加的零序电压分量，得到将相电压钳位于正母线电压的第一过程最大三相调制电压，其公式为：
；
初始最小三相调制电压为钳位至负母线电压，具体为：
通过在所述初始最小三相调制电压上叠加负钳位时所施加的零序电压分量，得到将相电压钳位于负母线电压的第一过程最小三相调制电压，其公式为：
；
初始中间三相调制电压为钳位至零电压，具体为：
通过在所述初始中间三相调制电压上叠加零钳位时所施加的零序电压分量,得到将相电压钳位于零电压的第一过程中间三相调制电压，其公式为：
。
5.根据权利要求4所述的三电平逆变器的不连续脉宽调制方法，其特征在于，所述第一过程三相调制电压满足以下条件：
 。
6.根据权利要求4所述的三电平逆变器的不连续脉宽调制方法，其特征在于，所述初始中间三相调制电压为钳位至零电压得到第一过程中间三相调电压是采用反相载波实现不连续调制的。
7.根据权利要求1所述的三电平逆变器的不连续脉宽调制方法，其特征在于，所述步骤S3.4中，确定出小于或等于目标共模电压的所有矢量组合之前还包括：
列出所有矢量的共模电压值，从列出所有矢量的共模电压值中选择小于或等于目标共模电压的所有矢量组合。
8.一种三电平逆变器的不连续脉宽调制装置，其特征在于，包括：
母线电压采集单元，用于采集三电平逆变器的母线电压（，）；
三相电流采集单元，用于采集三电平逆变器的三相电流（，，）；
三相调制电压存储单元，分别与所述母线电压采集单元和所述三相电流采集单元相连，用于记录三电平逆变器的初始三相调制电压；
电压排序单元，与所述三相调制电压存储单元连接，用于按大小对所述初始三相调制电压进行排序，得到初始最大三相调制电压、初始最小三相调制电压、初始中间三相调制电压；
计算单元，与所述电压排序单元相连，用于根据调制系数、共模电压对初始最大三相调制电压、初始最小三相调制电压及初始中间三相调制电压进行钳位计算出矢量组合及中线电流，所述计算单元还用于根据所述中线电流从矢量组合中计算出最小电压偏移量得到最小矢量组合，所述计算单元还用于根据最小矢量组合获得零序电压分量；
所述计算出矢量组合具体包括如下步骤：
A1：定义初始三相调制电压与载波比较后的输出电平为、、，定义、、的值分别为1，0，-1，其中、、对应的电平分别为P，O，N；
A2：定义目标共模电压为：
；
式中，为直流母线电压值，为正母线电压，为负母线电压；
A3：根据调制系数、目标共模电压对排序后的初始三相调制电压（、、）进行钳位约束得到第一过程三相调制电压，所述调制系数为预设值；
A4：根据第一过程三相调制电压确定出小于或等于目标共模电压的所有矢量组合；
所述中线电流的计算公式如下：
；
其中，为中线电流，为0电平时的占空比，为中线流出电流，为中线流入电流，表示时的最大电流、及时的最小电流及时的中间电流；
所述最小矢量组合是通过最小的电压偏移量得到，最小的电压偏移量的计算公式如下：
；
其中：，分别为第k-1次正半母线和第k-1次负半母线电压，为第k次的中线电流，为开关周期，为半直流母线电容值；
调制电压生成单元，分别与所述三相调制电压存储单元和所述计算单元相连，用于将所述初始三相调制电压注入零序电压分量得到最终三相调制电压；
比较控制单元，与所述调制电压生成单元相连，用于将所述最终三相调制电压与载波进行比较，并生成三电平逆变器的不连续脉宽调制信号。
9.一种三电平逆变器，包括逆变器本体，其特征在于，还包括如权利要求8所述的三电平逆变器的不连续脉宽调制装置，所述不连续脉宽调制装置用于对逆变器本体的不连续脉宽进行调制。
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