CN115864798B - 一种三电平变换器载波dpwm调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三电平变换器载波DPWM调制方法，包括以下步骤：S1.通过三相正弦调制波得到偏置电压和固定峰值钳位区间与过零钳位区间的零序分量，通过三相正弦调制波叠加零序分量得到DPWM波形；S2.对三相正弦调制波进行坐标变换得到左右移相角度后的修正三相正弦调制波；S3.通过对修正三相正弦调制波与偏置电压大小关系进行判断，得到与移相角度相关的钳位区间判断表达式，据此得到峰值和过零钳位区间的修正零序分量；S4.将修正零序分量叠加至三相正弦调制波，得到可变钳位区间的载波DPWM调制波；本发明直接从调制波出发，避免了中间变量的复杂计算，对峰值钳位区间和过零钳位区间大小的改变可以降低开关损耗和输出波形的谐波含量，具有较好的应用价值。

Description

一种三电平变换器载波DPWM调制方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体的说是涉及一种三电平变换器载波DPWM调制方法。

背景技术

目前，三电平功率变换器是高压大功率应用场合的研究热点；与两电平变换器相比，三电平变换器(或逆变器)具有电流谐波小、滤波电感小和电压应力低等优点。传统三电平拓扑有二极管钳位型(NPC)，T型三电平型，在新能源光伏、储能等领域得到广泛应用。三电平变换器空间矢量调制(SVPWM)可提高电压利用率，同时为了简化算法，SVPWM的等效载波实现应用广泛。为了降低变换器损耗和提高功率密度，断续PWM(DPWM)将调制波形钳位，使每一相的开关管在1/3基波周期内不动作，显著降低了开关损耗，更适用于基于宽禁带器件的高开关频率三电平变换器。

三电平逆变器中一般将矢量空间划分为6个大扇区，每个大扇区又分为4个小扇区，形成了24个基本三角形区域，每个三角形区域由三个基本空间矢量构成。这样就会有27个基本空间矢量，根据空间矢量的长度可分为：大矢量6个、中矢量6个、小矢量12个和零矢量3个，根据三电平逆变器的输出相电压一般规定三种输出电平P、O、N，依次对应输出直流母线电压的一半、0、负直流母线电压的一半。

但是，基于空间矢量的断续脉宽调制策略，包括判断大、小扇区、计算矢量作用时间、合成调制波等算法，会给数字处理器带来巨大计算负担。

而DPWM控制多使用载波实现方法，向三相正弦调制波中注入零序分量来实现对应的钳位模式。对于普通DPWM控制方法，也叫过零钳位型载波断续脉宽调制，其钳位区域主要位于电流过零点和峰值点附近，但过大的钳位区域会引入低频谐波。

因此，如何提供一种三电平变换器载波DPWM调制方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种三电平变换器载波DPWM调制方法，克服了传统可变钳位区间大小方法在求解零序分量时所需要的繁琐判断条件，解决了DPWM控制策略下输出电流谐波含量较高的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种三电平变换器载波DPWM调制方法，包括以下步骤：

S1.通过三相正弦调制波得到偏置电压和固定峰值钳位区间与过零钳位区间的零序分量，通过三相正弦调制波叠加零序分量得到固定峰值钳位区间与过零钳位区间的DPWM波形；

S2.对三相正弦调制波进行坐标变换得到左右移相角度后的修正三相正弦调制波；

S3.通过对修正三相正弦调制波与偏置电压大小关系进行判断，得到与移相角度相关的钳位区间判断表达式，通过判断表达式，得到峰值和过零钳位区间的修正零序分量；

S4.将修正零序分量叠加至三相正弦调制波，得到可变钳位区间的载波DPWM调制波。

优选的，S1的具体内容为：通过对三相正弦调制波比较得到最大值、最小值与中间值，将最大值与最小值的绝对值作为判断条件得到偏置电压，再分别将最大值与最小值，以及偏置电压与中间值作为判断条件得到固定峰值钳位区间与过零钳位区间的零序分量，通过三相正弦调制波叠加零序分量得到固定峰值钳位区间与过零钳位区间的DPWM波形。

优选的，S1中偏置电压为：

其中，v_zn为偏置电压，v_ar、v_br和v_cr为三相正弦调制波，v_max为三相正弦调制波v_ar、v_br和v_cr中的最大值，v_min为v_ar、v_br和v_cr中的最小值；

固定峰值钳位区间与过零钳位区间零序分量为：

其中，v_mid为三相正弦调制波v_ar、v_br和v_cr中的中间值。

优选的，S2对三相正弦调制波的坐标变换处理为：

其中，

为左右移相的角度，当/>

时，代表向右移相，当/>

时，代表向左移相，v_ar、v_br和v_cr为三相正弦调制波，则设v_arsl、v_brsl和v_crsl为左移相/>

后的信号，v_arsr、v_brsr和v_crsr为右移相/>

后的信号，通过得到左移与右移后的正弦调制波，与偏置电压v_zn进行大小关系判断以确定修正零序分量。

优选的，S3的修正零序分量具体包括在峰值变区间钳位模式下，对于过零钳位有可变与不可变两种情况，分别对峰值钳位区间与过零钳位区间进行调节，并获得零序分量；在过零变区间钳位模式下，仅对过零区间进行调节，并获得零序分量。

优选的，在峰值变区间钳位模式下，对于过零钳位不变的情况：

由固定峰值钳位区间DPWM确定，当

时，/>

为峰值钳位区间可调节的最大角度，对峰值钳位区间进行调节，根据左、右移相后的修正电压与偏置电压v_zn的大小关系，零序电压为：

其中，v_minz为v_ar、v_br、v_cr中绝对值最小者，v_maxz为v_ar、v_br、v_cr中绝对值最大者，v_minlz为v_arsl、v_brsl、v_crsl中绝对值最小者，v_maxrz为v_arsr、v_brsr、v_crsr中绝对值最小者，v_arsl、v_brsl和v_crsl为左移相

后的信号，v_arsr、v_brsr和v_crsr为右移相/>

后的信号；

对于过零钳位改变的情况，峰值钳位可调节范围宽，当过零钳位调节相角到最大值后，过零区间变为连续调制，此时只对峰值区间进行调节，当

时，峰值钳位区间和过零钳位区间同时调节；当/>

时，仅对峰值钳位区间调节；当

时，为连续调制方式；

过零钳位区间改变的零序分量为：

其中，v_smaxz为左、右移相信号绝对值中的最小值的较大者。

优选的，在过零变区间钳位下，调制波峰值不进行钳位，具体内容包括：

当

时，对过零区间调节；当/>

时，为连续调制方式；

过零变区间钳位的零序分量为：

v_z＝-v_minz|v_zn|≥v_smaxz

其中，v_minz为v_ar、v_br、v_cr中绝对值最小者，v_smaxz为左、右移相信号绝对值中的最小值的较大者。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种三电平变换器载波DPWM调制方法，通过直接判断左右移相后的三相正弦调制波与偏置电压的大小关系确定钳位区间，再得到零序分量，克服了传统可变钳位区间大小方法在求解零序分量时所需要的繁琐判断条件；通过改变峰值和过零钳位区间的大小降低输出电流的谐波含量，解决了DPWM控制策略下输出电流谐波含量较高的问题，具有很高的实际应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的a-b-c坐标系下三电平电压空间矢量分布示意图；

图2附图为本发明提供的DPWM钳位模式在第一大扇区的示意图；

图3附图为本发明提供的利用移相后的三相正弦调制波与中间变量大小关系比较得到钳位区域零序分量的示意图；

图4附图为本发明实施例提供的调制度为0.8情况下，峰值变区间钳位下过零钳位不变

和过零钳位改变/>

注入的零序分量及输出调制波波形的示意图；

图5附图为本发明实施例提供的调制度为0.8，过零变区间钳位下

与/>

的零序分量与调制波波形的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种三电平变换器载波DPWM调制方法，包括以下步骤：

一种三电平变换器载波DPWM调制方法，包括以下步骤：

S1.通过三相正弦调制波得到偏置电压和固定峰值钳位区间与过零钳位区间的零序分量，通过三相正弦调制波叠加零序分量得到固定峰值钳位区间与过零钳位区间的DPWM波形；

S2.对三相正弦调制波进行坐标变换得到左右移相角度后的修正三相正弦调制波；

S3.通过对修正三相正弦调制波与偏置电压大小关系进行判断，得到与移相角度相关的钳位区间判断表达式，通过判断表达式，得到峰值和过零钳位区间的修正零序分量；

S4.将修正零序分量叠加至三相正弦调制波，得到可变钳位区间的载波DPWM调制波。

为了进一步实施上述技术方案，如图1，S1的具体内容为：通过对三相正弦调制波比较得到最大值、最小值与中间值，将最大值与最小值的绝对值作为判断条件得到偏置电压，再分别将最大值与最小值，以及偏置电压与中间值作为判断条件得到固定峰值钳位区间与过零钳位区间的零序分量，通过三相正弦调制波叠加零序分量得到固定峰值钳位区间与过零钳位区间的DPWM波形。

为了进一步实施上述技术方案，如图2，S1中偏置电压为：

其中，v_zn为偏置电压，v_ar、v_br和v_cr为三相正弦调制波，v_max为三相正弦调制波v_ar、v_br和v_cr中的最大值，v_min为v_ar、v_br和v_cr中的最小值；

固定峰值与过零钳位区间零序分量表达式为：

其中，v_mid为三相正弦调制波v_ar、v_br和v_cr中的中间值。

为了进一步实施上述技术方案，S2对三相正弦调制波的坐标变换处理为：

其中，

为左右移相的角度，当/>

时，代表向右移相，当/>

时，代表向左移相，v_ar、v_br和v_cr为三相正弦调制波，则v_arsl、v_brsl和v_crsl为左移相/>

后的信号，v_arsr、v_brsr和v_crsr为右移相/>

后的信号，通过得到左移与右移后的正弦调制波，与偏置电压v_zn进行大小关系判断以确定修正零序分量。

为了进一步实施上述技术方案，如图3，S3的修正零序分量具体包括在峰值变区间钳位模式下，对于过零钳位有可变与不可变两种情况，分别对峰值钳位区间与过零钳位区间进行调节，并获得零序分量；在过零变区间钳位模式下，仅对过零区间进行调节，并获得零序分量。

在实际应用中，通过对峰值区间钳位到P或者N电平，过零区间钳位到O电平，得到注入的修正零序分量。

为了进一步实施上述技术方案，在峰值变区间钳位模式下，对于过零钳位不变的情况：

定义

为峰值钳位区间可调节的最大角度，由固定峰值钳位区间DPWM确定，当

时，对峰值钳位区间进行调节，根据左、右移相后的修正电压与偏置电压v_zn的大小关系，零序电压为：

其中，v_minz为v_ar、v_br、v_cr中绝对值最小者，v_maxz为v_ar、v_br、v_cr中绝对值最大者，v_minlz为v_arsl、v_brsl、v_crsl中绝对值最小者，v_maxrz为v_arsr、v_brsr、v_crsr中绝对值最小者，v_arsl、v_brsl和v_crsl为左移相

后的信号，v_arsr、v_brsr和v_crsr为右移相/>

后的信号；

对于过零钳位改变的情况，峰值钳位可调节范围宽，当过零钳位调节相角到最大值后，过零区间变为连续调制，此时只对峰值区间进行调节，当

时，峰值钳位区间和过零钳位区间同时调节；当/>

时，仅对峰值钳位区间调节；当

时，为连续调制方式；

过零钳位区间改变的零序分量为：

其中，v_smaxz为左、右移相信号绝对值中的最小值的较大者。

在本实施例中：

调制度为0.8，在峰值变区间钳位模式下，过零钳位不变的情况下，

对峰值钳位区间进行调节，根据左、右移相参考电压与偏置电压的大小关系，得到零序电压；过零钳位改变/>

计算过零钳位区间改变的零序分量；将得到的零序分量注入三相正弦调制波，输出调制波的波形，如图4所示。

为了进一步实施上述技术方案，在过零变区间钳位下，调制波峰值不进行钳位，具体内容包括：

当

时，对过零区间调节；当/>

时，为连续调制方式；

过零变区间钳位的零序分量为：

v_z＝-v_minz|v_zn|≥v_smaxz

其中，v_minz为v_ar、v_br、v_cr中绝对值最小者，v_smaxz为左、右移相信号绝对值中的最小值的较大者。

在本实施例中：

调制度为0.8，过零变区间钳位下，当

与/>

时，计算零序分量，并将得到的零序分量注入三相正弦调制波输出调制波的波形，如图5所示。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种三电平变换器载波DPWM调制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.通过三相正弦调制波得到偏置电压和固定峰值钳位区间与过零钳位区间的零序分量，通过三相正弦调制波叠加零序分量得到固定峰值钳位区间与过零钳位区间的DPWM波形；

S2.对三相正弦调制波进行坐标变换得到左右移相角度后的修正三相正弦调制波；

S3.通过对修正三相正弦调制波与偏置电压大小关系进行判断，得到与移相角度相关的钳位区间判断表达式，通过判断表达式，得到峰值和过零钳位区间的修正零序分量；

S4.将修正零序分量叠加至三相正弦调制波，得到可变钳位区间的载波DPWM调制波；

S1的具体内容为：通过对三相正弦调制波比较得到最大值、最小值与中间值，将最大值与最小值的绝对值作为判断条件得到偏置电压，再分别将最大值与最小值，以及偏置电压与中间值作为判断条件得到固定峰值钳位区间与过零钳位区间的零序分量，通过三相正弦调制波叠加零序分量得到固定峰值钳位区间与过零钳位区间的DPWM波形；

S2对三相正弦调制波的坐标变换处理为：

其中，

为左右移相的角度，当/>

时，代表向右移相，当/>

时，代表向左移相，v_ar、v_br和v_cr为三相正弦调制波，则设v_arsl、v_brsl和v_crsl为左移相/>

后的信号，v_arsr、v_brsr和v_crsr为右移相/>

后的信号，通过得到左移与右移后的正弦调制波，与偏置电压v_zn进行大小关系判断以确定修正零序分量；

S3的修正零序分量具体包括在峰值变区间钳位模式下，对于过零钳位有可变与不可变两种情况，分别对峰值钳位区间与过零钳位区间进行调节，并获得零序分量；在过零变区间钳位模式下，仅对过零区间进行调节，并获得零序分量；

在峰值变区间钳位模式下，对于过零钳位不变的情况：

由固定峰值钳位区间DPWM确定，当

时，/>

为峰值钳位区间可调节的最大角度，对峰值钳位区间进行调节，根据左、右移相后的修正电压与偏置电压v_zn的大小关系，零序电压为：

其中，v_minz为v_ar、v_br、v_cr中绝对值最小者，v_maxz为v_ar、v_br、v_cr中绝对值最大者，v_minlz为v_arsl、v_brsl、v_crsl中绝对值最小者，v_maxrz为v_arsr、v_brsr、v_crsr中绝对值最小者，v_arsl、v_brsl和v_crsl为左移相

后的信号，v_arsr、v_brsr和v_crsr为右移相/>

后的信号；

对于过零钳位改变的情况，峰值钳位可调节范围宽，当过零钳位调节相角到最大值后，过零区间变为连续调制，此时只对峰值区间进行调节，当

时，峰值钳位区间和过零钳位区间同时调节；当/>

时，仅对峰值钳位区间调节；当/>

时，为连续调制方式；

过零钳位区间改变的零序分量为：

其中，v_smaxz为左、右移相信号绝对值中的最小值的较大者；

在过零变区间钳位下，调制波峰值不进行钳位，具体内容包括：

当

时，对过零区间调节；当/>

时，为连续调制方式；

过零变区间钳位的零序分量为：

v_z＝-v_minz|v_zn|≥v_smaxz

其中，v_minz为v_ar、v_br、v_cr中绝对值最小者，v_smaxz为左、右移相信号绝对值中的最小值的较大者。

2.根据权利要求1所述的一种三电平变换器载波DPWM调制方法，其特征在于，S1中偏置电压为：

其中，v_zn为偏置电压，v_ar、v_br和v_cr为三相正弦调制波，v_max为三相正弦调制波v_ar、v_br和v_cr中的最大值，v_min为v_ar、v_br和v_cr中的最小值；

固定峰值钳位区间与过零钳位区间零序分量为：

其中，v_mid为三相正弦调制波v_ar、v_br和v_cr中的中间值。

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