基于双载波和合成调制波的三相逆变器最小开关损耗方法

摘要

本发明公开了一种基于双载波和合成调制波的三相逆变器最小开关损耗方法，包括以下步骤。步骤S1：将零序分量叠加于正弦调制波，以调制形成合成调制波。步骤S2：将合成调制波叠加于双极性载波，以调制形成驱动信号G

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于双载波和合成调制波的三相逆变器最小开关损耗方法。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，三相电压源逆变器被广泛地应用于交流电机驱动器、电能质量和新能源发电等领域。开关损耗是制约逆变器效率提升的主要因素，要想提高逆变器的效率和功率密度，就需要有效地降低逆变器的开关损耗。常规的载波调制SPWM方法，将三角载波和正弦调制波通过比较来实现。而不连续调制DPWM通过在调制波中注入特定形状的零序分量来实现，它能够降低传统SPWM调制的开关损耗。然而传统的DPWM只能在特定功率因数范围内实现最小开关损耗，当功率因数范围进一步降低时，以上方法不能虽然能一定程度上降低开关损耗，但不是最优的方法，开关损耗还存在很大的优化空间。

发明内容

本发明针对现有技术的状况，克服上述缺陷，提供一种基于双载波和合成调制波的三相逆变器最小开关损耗方法。

本发明采用以下技术方案，所述基于双载波和合成调制波的三相逆变器最小开关损耗方法包括以下步骤：

步骤S1：将零序分量叠加于正弦调制波，以调制形成合成调制波；

步骤S2：将合成调制波叠加于双极性载波，以调制形成驱动信号G_a、驱动信号G_b和驱动信号G_c。

根据上述技术方案，步骤S1中的零序分量为v₀，其表达式为：

其中：

当时，x为和中的最大值；

当时，x由三相修正参考信号的和的中间值和三相对称参考信号的|v^*_a|,|v^*_b|和|v^*_c|的中间值共同决定；

其中：

通过引入功率因数角度三相修正参考信号和由三相对称参考信号v^*_a,、v^*_b、v^*_c变换得到：

其中，ω_N为输出波形的额定角速度，其表达式为；

ω_N＝2πf_N；

其中，V_1m为参考电压的幅值，其表达式为：

V_1m＝M_i×(2Vdc/π)；

其中，M_i为逆变器的调制度。

根据上述技术方案，步骤S1中的正弦调制波包括v_a^**、v_b^**、v_c^**，正弦调制波v_a^**、v_b^**、v_c^**的表达式为：

其中，三相对称参考信号v^*_a,、v^*_b、v^*_c的表达式为：

其中，ω_N为输出波形的额定角速度，其表达式为；

ω_N＝2πf_N；

其中，V_1m为参考电压的幅值，其表达式为：

V_1m＝M_i×(2Vdc/π)；

其中，M_i为逆变器的调制度。

根据上述技术方案，步骤S2中的双极性载波为V_tri，驱动信号G_a、驱动信号G_b、驱动信号G_c的表达式为：

根据上述技术方案，步骤S2中的双极性载波具有+Vtri和-Vtri两种相反的极性。

根据上述技术方案，步骤S2中的双极性载波具体实施为双极性三角载波。

根据上述技术方案，上述双极性三角载波具有+Vtri和-Vtri两种相反的极性。

本发明公开的基于双载波和合成调制波的三相逆变器最小开关损耗方法，其有益效果在于，采用双极性载波和由新型的零序分量与正弦波合成调制波的最小开关损耗PWM策略，避免传统的DPWM只能在特定功率因数范围内实现最小开关损耗的缺陷，以便功率因数范围进一步降低时能够进一步优化开关损耗，能实现全功率因数范围内的开关损耗最小不连续调制策略DPWM。

附图说明

图1是本发明优选实施例的双极性载波算法合成示意图。

图2是本发明优选实施例的零序电压分量与正弦波合成示意图。

图3A、图3B和图3C分别是本发明优选实施例的扇区分配的电压空间矢量图。

图4A和图4B分别是各个PWM调制方法的损耗特性(SLF)比较示意图。

图5本发明应用于三相逆变器的具体实施方案示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种基于双载波和合成调制波的三相逆变器最小开关损耗方法，下面结合优选实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。

参见附图的图1至图5，图1示出了所述基于双载波和合成调制波的三相逆变器最小开关损耗方法的零序分量、正弦波和双极性载波的波形调制过程，图2示出了所述基于双载波和合成调制波的三相逆变器最小开关损耗方法的零序电压分量与正弦波的合成示意图，图3A、图3B和图3C分别示出了电压空间矢量图中的扇区分配，图4A和图4B分别示出了本方法与传统PWM调制方法的损耗特性比较，图5示出了所述基于双载波和合成调制波的三相逆变器最小开关损耗方法的应用于三相逆变器的具体实施方案。

优选地，所述基于双载波和合成调制波的三相逆变器最小开关损耗方法包括以下步骤：

步骤S1：将(新型的)零序分量叠加于正弦调制波，以调制形成合成调制波；

步骤S2：将合成调制波叠加于双极性载波，以调制形成(VSIs的)驱动信号G_a、驱动信号G_b和驱动信号G_c。

进一步地，步骤S1中的零序分量为v₀，其表达式为：

其中：

当时，x为和中的最大值；

当时，x由三相修正参考信号的和的中间值和三相对称参考信号的|v^*_a|,|v^*_b|和|v^*_c|的中间值共同决定；

其中：

通过引入功率因数角度三相修正参考信号和由三相对称参考信号v^*_a,、v^*_b、v^*_c变换得到：

其中，ω_N为输出波形的额定角速度，其表达式为；

ω_N＝2πf_N；

其中，V_1m为参考电压的幅值，其表达式为：

V_1m＝M_i×(2Vdc/π)；

其中，M_i为逆变器的调制度。

进一步地，步骤S1中的正弦调制波包括v_a^**、v_b^**、v_c^**，正弦调制波v_a^**、v_b^**、v_c^**的表达式为：

其中，三相对称参考信号v^*_a,、v^*_b、v^*_c的表达式为：

其中，ω_N为输出波形的额定角速度，其表达式为；

ω_N＝2πf_N；

其中，V_1m为参考电压的幅值，其表达式为：

V_1m＝M_i×(2Vdc/π)；

其中，M_i为逆变器的调制度。

进一步地，步骤S2中的双极性载波为V_tri，驱动信号G_a、驱动信号G_b、驱动信号G_c的表达式为：

进一步地，步骤S2中的双极性载波具有+V_tri和-V_tri两种相反的极性。

进一步地，步骤S2中的双极性载波具体实施为双极性三角载波。

其中，上述双极性三角载波具有+V_tri和-V_tri两种相反的极性。

根据上述优选实施例，本发明专利申请公开的基于双载波和合成调制波的三相逆变器最小开关损耗方法，其工作原理阐述如下。

具体地，通过将新型的零序分量叠加在正弦调制波中，同时引入双极性载波，再进行调制，上述调制过程具体如图1所示。其中，零序分量的计算如下公式(1)～(3)所示,计算出零序分量后，与正弦波合成新型的调制波的示意图如图2所示。

具体地，生成VSIs的驱动信号Ga,Gb和Gc的过程如图1所示。区别于传统的单极性载波PWM调制技术以及DPWM技术，本发明专利申请的载波具有+V_tri和-V_tri两种相反的极性。本发明专利申请所涉及的调制波v_a^**,v_b^**和v_c^**的表达式，如式(1)所示。其中，V_1m＝M_i×(2Vdc/π)表示参考电压的幅值，M_i表示逆变器的调制度，ω_N＝2πf_N表示输出波形的额定角速度。

通过引入功率因数角度将三相对称参考信号v^*_a,v^*_b和v^*_c进行变换，得到三相修正参考信号和

根据式(1)和式(2)，v₀的计算表达式如式(3)所示，它的合成过程示意图如图2所示。当时，x由和的最大值决定。例如，当此时x＝a。当时，x由三相修正参考信号和的中间值和三相参考信号|v^*_a|,|v^*_b|和|v^*_c|的中间值共同决定。例如，当|v^*_b|≤|v^*_a|≤|v^*_c|，或者时，x＝a。该方法的电压空间矢量图中的扇区分配如图3A、图3B和图3C所示。三角载波在各个扇区内的极性如表1所示(表1详见本说明书的附录)。

根据IEEE>文献【A High-PerformanceGeneralized Discontinuous PWM Algorithm】以及中国电机工程学报文献【三相电压源逆变器最小损耗PWM算法性能优化】中所提的开关损耗计算方法，本发明专利申请公开的基于双载波和合成调制波的三相逆变器最小开关损耗方法的开关损耗均小于其他任何不连续调制方法的开关损耗，如图4A和图4B所示。

对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

附录

表1三角载波在各个扇区内的极性表

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