一种NPC两电平逆变器随机AZSPWM1方法与流程

一种npc两电平逆变器随机azspwm1方法
技术领域
[0001]
本发明是涉及一种逆变器随机pwm调制方法，尤其涉及一种基于npc两电平逆变器随机azspwm1方法，属于电力电子与电力传动领域。


背景技术：

[0002]
传统的三相两电平azspwm1法不仅实现了对基波电压幅值、频率的控制而且实现了降低共模电压。但是利用fft分析其线电压的波形可知，波形中含有丰富的高次谐波，这些谐波主要集中在开关频率及其倍频处。这些幅值很高的谐波不仅会导致电机电磁振动、激发恼人的噪音，增加电机损耗而且导致严重的电磁干扰，影响逆变器系统中其他电子设备的安全运行。因此，有必要对逆变器输出的线电压波形中的谐波降低幅值和谐波抑制。
[0003]
对于逆变器降低输出电压谐波的幅度，现行的方法主要有两种：一是硬件抑制，通过改变逆变器拓扑结构，增加逆变器输出电平数使得谐波随着电平数目增加而减少，亦或使用滤波器滤除部分高频谐波。但该方法不仅增加了成本，也使得逆变器调制方法变得更加复杂。二是软件抑制，通过专门的谐波抑制pwm调制方法抑制谐波，但这又无法实现原有azspwm1调制方法降低共模电压的调制性能，亦或增加逆变器开关频率以减少谐波，降低谐波幅值，但这明显增加了逆变器开关损耗。


技术实现要素：

[0004]
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种npc两电平逆变器随机azspwm1方法，本方法在不增加硬件成本和不降低azspwm1调制性能的情况下实现谐波电压频谱扩散、降低输出电压谐波的幅度。
[0005]
为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种npc两电平逆变器随机azspwm1方法，其步骤为：
[0006]
(1)利用传统azspwm1方法得出参考矢量所处扇区、合成参考矢量所用有源矢量及其对应时间t0、t1、t2和7段式开关序列；
[0007]
(2)确定7段式开关序列中每一段持续时间分别为t0/4、t1/2、t2/2、t0/2、t2/2、t1/2、t0/4；
[0008]
(3)产生在0-1内随机变化的三个不同参数p0、p1和p2，以及其变形参数(1-p0)、(1-p1)、(1-p2)；
[0009][0010]
式中，rand()函数是产生随机数的一个随机函数，rand(1)表示产生在0-1范围内一个随机任意实数。这样，在两电平逆变器的每一个开关周期内，就会产生在0-1内随机的p0、p1和p2值。
[0011]
(4)利用步骤(3)中0-1内随机变化的参数及其变形乘以步骤(2)中原7段式开关序列中按中心对称的6段持续时间得到新的7段式开关时间为t0p0/2、t1p1、t2p2、t0/2、t2(1-p2)、t1(1-p1)、t0(1-p0)/2从而实现逆变器开关脉冲位置随机化，实现随azspwm1；
[0012]
上述步骤(1)中所述参考矢量所处扇区数n的得出是：首先，将平面分成六个扇区，每个扇区角度为π/3；接着利用clack变换，即将三相电压u
a
、u
b
和u
c
变换成u
α
、u
β
，再利用空间矢量定义式可以得出参考矢量的幅角θ(θ为参考矢量与α轴的夹角)的大小为最后由θ的大小可知参考矢量所处扇区数n
[0013][0014][0015]
上述步骤(1)利用传统的azspwm1的有源矢量选择方法和开关序列来选择随机azspwm1所用有源矢量和开关序列如下：
[0016]
扇区数所用有源矢量及其开关序列1opo-ppo-poo-pop-poo-ppo-opo2opp-opo-ppo-poo-ppo-opo-opp3oop-opp-opo-ppo-opo-opp-oop4pop-oop-opp-opo-opp-oop-pop5poo-pop-oop-opp-oop-pop-poo6ppo-poo-pop-oop-pop-poo-ppo
[0017]
其中开关状态p指的是两电平逆变器中一个桥臂上管导通，从而逆变器输出电压为+udc/2,开关状态o指的是两电平逆变器中一个桥臂下管导通，从而逆变器输出电压为0。
[0018]
上述步骤(1)利用“伏秒平衡”原理和传统azspwm1有源电压矢量选择原则求出合成参考矢量所用有源矢量的时间t0、t1和t2的表达式为
[0019][0020]
其中，ts为一个采样周期，t1、t2和t0分别为矢量的作用时间，θ＝θ'-(n-1)π/3，θ'为参考矢量与α轴夹角，n为参考矢量所处扇区数
[0021]
上述步骤(4)利用步骤(3)中0-1内随机变化的参数及其变形乘以步骤(2)中原7段式开关序列中按中心对称的6段持续时间,最后得到新的7段式开关时间为t0p0/2、t1p1、t2p2、t0/2、t2(1-p2)、t1(1-p1)、t0(1-p0)/2，从而实现逆变器开关脉冲位置随机化，实现随机azspwm1。
[0022]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0023]
1、在传统的azspwm1调制方法基础上进行改变，不需要增加硬件，运行成本低，灵活性强；
[0024]
2、只是将传统的azspwm1调制方法中7段式开关序列中关于中心对称的6段持续时间进行了随机化，并未增加开关损耗，在不降低azspwm1降低共模电压的性能同时，明显的实现谐波电压频谱扩散、降低输出电压谐波的幅度和谐波抑制。
附图说明
[0025]
图1是本发明一种npc两电平逆变器随机azspwm1方法的流程图；
[0026]
图2是本发明一种npc两电平逆变器随机azspwm1方法的主电路拓扑；
[0027]
图3是本发明一种npc两电平逆变器随机azspwm1方法的扇区划分及空间矢量图；
[0028]
图4是本发明一种npc两电平逆变器随机azspwm1方法参考矢量位于第二扇区开关脉冲示意图；
[0029]
图5a是传统azspwm1法输出线电压uab的fft分析图；
[0030]
图5b图是随机azspwm1法输出线电压uab的fft分析图。
[0031]
图6是传统azspwm1法的共模电压图；
[0032]
图7是随机azspwm1法的共模电压图。
具体实施方式
[0033]
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种npc两电平逆变器随机azspwm1方法作进一步详细说明。需说明的是，附图采用非精准的比例，仅用以方便、清楚地辅助说明本发明实施例的技术方案。
[0034]
如图1本方法的流程图所示，一种npc两电平逆变器随机azspwm1方法步骤为：
[0035]
(1)利用传统azspwm1方法得出参考矢量所处扇区、合成参考矢量所用有源矢量及其对应时间t0、t1、t2和7段式开关序列；
[0036]
(2)确定7段式开关序列中每一段持续时间分别为t0/4、t1/2、t2/2、t0/2、t2/2、t1/2、t0/4；
[0037]
(3)产生在0-1内随机变化的三个不同参数p0、p1和p2，以及其变形参数(1-p0)、(1-p1)、(1-p2)；
[0038]
(4)利用步骤(3)中0-1内随机变化的参数及其变形乘以步骤(2)中原7段式开关序列中按中心对称的6段持续时间得到新的7段式开关时间为t0p0/2、t1p1、t2p2、t0/2、t2(1-p2)、t1(1-p1)、t0(1-p0)/2从而实现逆变器开关脉冲位置随机化，实现随azspwm1；
[0039]
本实施例npc两电平azspwm1逆变器的主电路拓扑结构如图2所示，中点箝位型三相两电平逆变器包括a、b、c三相桥臂，每相桥臂由2个igbt开关管、2个续流二极管组成，图中o点表示直流母线中点，n点表示星型连接的阻感负载的中点，n点与o点之间电压差叫做共模电压uno，s1、s4表示a相的2个开关管。是常见的三相两电平npc电路。
[0040]
首先，两电平逆变器有8种可能的开关状态组合，如下面的表1所示。再利用clack变换和空间矢量的定义，由此可以得到如图3所示的两电平逆变器的空间矢量图。
[0041]
表1两电平逆变器开关状态的定义
[0042][0043][0044]
空间矢量通常是依据α-β坐标系中两相电压来定义的
[0045][0046]
因此利用clack变换，即三相电压u
a
、u
b
和u
c
变换成u
α
、u
β
，再利用空间矢量定义式可以得出参考矢量的幅角θ(θ为参考矢量与α轴的夹角)的大小为最后由θ的大小可知参考矢量所处扇区数n
[0047]
[0048]
其次，利用“伏秒平衡”原理和传统azspwm1有源电压矢量选择原则求出合成参考矢量所用有源矢量的时间t0、t1和t2的表达式为
[0049][0050]
其中，ts为一个采样周期，t1、t2和t0分别为矢量的作用时间，θ＝θ'-(n-1)π/3，θ'为参考矢量与α轴夹角，n为参考矢量所处扇区数
[0051]
接着，确定7段式开关序列中每一段持续时间为t0/4、t1/2、t2/2、t0/2、t2/2、t1/2、t0/4。
[0052]
然后，产生在0-1内随机变化的三个不同参数p0、p1和p2，如下式所示，及其变形(1-p0)、(1-p1)、(1-p2)
[0053][0054]
式中，rand(1)函数是产生随机数的一个随机函数，rand(1)表示产生在0-1范围内一个随机任意实数。这样，在两电平逆变器的每一个开关周期内，就会产生在0-1内随机的p0、p1和p2值。
[0055]
最后，利用0-1内随机变化的参数及其变形乘以原7段式开关序列中按中心对称的6段持续时间,最后得到新的7段式开关时间为t0p0/2、t1p1、t2p2、t0/2、t2(1-p2)、t1(1-p1)、t0(1-p0)/2，从而与周期变化的三角载波比较得到逆变器开关时刻，实现逆变器开关脉冲位置随机化，实现随机azspwm1，以参考矢量位于第二扇区举例，如图4所示。
[0056]
仿真参数：直流侧电压u
dc
＝250v,开关频率10khz,调制指数0.69，星型连接的电阻电感负载参数电阻8ω、电感23mh。
[0057]
图5a和图5b分别是传统azspwm1法与随机azspwm1法输出线电压uab谐波fft分析图的对比图；其中图5a是传统azspwm1法输出线电压uab的fft分析图，图5b是随机azspwm1法输出线电压uab的fft分析图。两图对比，结果显而易见。谐波最高幅值从70降到45，此外，图5b中明显显示将高幅值谐波扩散到其他低幅值谐波中。结合图6与图7所示，传统azspwm1法和随机azspwm1法都将共模电压限制在
±
u
dc
/6内，结合上述内容可知本发明调制性能几乎未降低。由此可见，本发明随机azspwm1法在不增加硬件成本和不降低azspwm1调制性能的情况下实现了谐波电压频谱扩散、降低抑制输出电压谐波的幅度，证明本方法的正确性和有效性。
[0058]
本发明未尽事宜为公知技术。
[0059]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本专业技术人员清
楚了解本发明内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。