具有窄脉冲抑制能力的三相电流型PWM整流器调制算法

本发明属于三相电流型pwm整流器调制领域，具体涉及一种具有窄脉冲抑制能力的三相电流型pwm整流器调制算法。

背景技术：

1、谐波治理和功率因数矫正是电力电子领域的重要研究热点，而使用基于脉冲宽度调制技术(pulse width modulation)的pwm整流器是实现功率因数校正(pfc)和谐波治理的重要手段之一，其克服了相控整流器低功率因数、高谐波含量以及可控性差的缺点，已广泛应用于工业领域中。根据直流侧储能元件的性质，pwm整流器可以又可以进一步分为电压型pwm整流器和电流型pwm整流器，电压型pwm整流器的特征是在直流侧采用大容量的电解电容作为储能元件，而电流型pwm整流器则是采用大电感作为直流侧储能元件。由于电解电容较差的环境鲁棒性，电解电容的失效问题一直是制约基于电压型pwm整流器拓扑结构的商用电力电子设备使用寿命和可靠性的关键因素之一。另外，电压型pwm整流器其本身在运行过程中也存在桥臂直通的风险，在一些对于可靠性要求比较高的场合，这通常是难以接受的。而电流源pwm整流器由于不存在以上问题，因此，在这些场合显示出了更加广阔的应用前景。

2、此外，在一些需要降压输出的场合，电流源pwm整流器在体积、效率、成本、控制复杂度等方面也显示出很大的优势。总的来看，电流源pwm整流器具有的宽输出电压范围、输入功率因数可调节、四象限运行能力、emi特性好、可靠的短时过流和短路保护能力、启动冲击电流小等极具吸引力的特点，在一些特定工业场景中显示出了极佳的优势。

3、近年来，随着sic等宽禁带半导体器件的逐步普及，电力电子设备小型化、高功率密度化的趋势愈发明显，电流型pwm整流器在电感体积、损耗等方面不足越来越难以被接受，电流型pwm整流器的数字化、高频化、高功率密度化势在必行。但电流型pwm整流器的数字化、高频化、高功率密度化后，采用传统的dspwm调制方案会导致开关管的驱动信号中存在窄脉冲，难以驱动开关管正常开通/关断，影响电流型pwm整流器的正常换流，且由于高频化后系统惯性变小，很容易导致其电网侧电流发生畸变，因此亟需一种具有窄脉冲抑制能力的电流型pwm整流器dspwm调制算法。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种便于数字化实现的且具有窄脉冲抑制能力的电流型pwm整流器dspwm调制算法，本发明在传统dspwm调制算法的基础上通过拓展驱动信号的脉冲宽度，避免了驱动信号中脉宽过窄的脉冲的出现，同时在这一过程利用二极管钳位效应，在避免拓展脉冲影响系统正常工作的同时实现了对应开关管的zcs，进一步的，本发明通过避免使用零矢量开关序列降低了开关管的电压应力，使得系统可以使用耐压更低当开关特性和导通特性更好的开关管，进一步改善了系统的开关特性和效率，具体技术方案如下：

2、步骤s1：将一个工频周期分为12个扇区，每个扇区跨度为采用锁相环对电网电压进行锁相，判断系统所处扇区。

3、步骤s2：利用步骤s1中所获得的相角，获取与电网电压相位一致的三相正弦信号vi(i＝a,b,c)，对vi进行绝对值运算，得到三相调制信号mi(|-mi|,i＝a,b,c)，并根据系统所处的扇区和三相正弦调制信号，选择幅值最大的调制信号作为主调制信号m1，幅值最小的调制信号作为从调制信号m2。

4、步骤s3：确定调制信号桥臂和开关管的对应关系，调制信号ma/|-ma|对应a相桥臂，调制信号mb/|-mb|对应b相桥臂，调制信号mc/|-mc|对应c相桥臂。mi对应该相桥臂的上开关管。|-mi|对应该相桥臂的下开关管。

5、步骤s4：m1与载波比较获得m1对应的开关管的驱动信号，在某一扇区内，当m1大于载波时，对应的开关管驱动信号置为高电平，当m1小于载波时，对应的开关管驱动信号置为低电平。

6、步骤s5：与步骤s4中所述开关管处于同一桥臂的另一开关的驱动信号置为低电平。

7、步骤s6：与步骤s4中所述开关管处于同一侧桥臂的两个开关管的驱动信号置为低电平。

8、步骤s7：m2与载波比较获得m2对应的开关管的驱动信号，当m2大于载波时，对应的开关管驱动信号置为高电平，当m2小于载波时，对应的开关管驱动信号的高电平强行延迟tmin/2的时长，然后驱动信号置为低电平。tmin由如下公式确定：

9、tmin＝ton+toff

10、其中，ton为所采用开关管所能达到的最长开通时间；toff为所采用开关管所能达到的最长关断时间。

11、步骤s8：m1和m2共同与载波比较获得最后一个开关管的驱动信号，当m2小于载波时，该开关管驱动信号置为高电平，当m1小于载波时，该开关管驱动信号置为低电平。

12、采用上述技术方案后，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、本申请驱动信号中脉冲的宽度不会过窄，避免了窄脉冲的出现；利用二极管的钳位作用，脉宽拓展后不影响系统的正常运行状态，且实现对应开关管的zcs；在不增加开关管开关次数的情况下，将开关管的电压应力降低为线电压峰值的一半，在此基础上采用低电压应力的开关管，实现了系统效率和开关特性的改善，且进一步降低了系统成本；实现原理简单，计算量小，有利于高频实现。

技术特征：

1.一种具有窄脉冲抑制能力的三相电流型pwm整流器调制算法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种具有窄脉冲抑制能力的三相电流型pwm整流器调制算法，其特征在于：所述步骤s1中扇区具体划分为：

3.根据权利要求1所述的一种具有窄脉冲抑制能力的三相电流型pwm整流器调制算法，其特征在于所述步骤s2中本发明中所述主/从调制信号的产生步骤为：首先，利用三相锁相环输出的相角产生与电网电压相位一致的三相正弦信号vi(i＝a,b,c)，然后，对三相正弦信号vi进行绝对值运算，获得所需的三相调制信号mi(|-mi|,i＝a,b,c)，其中，mi表示调制信号对应正弦信号vi处于正半周期，|-mi|表示调制信号对应正弦信号vi处于负半周期；在一个扇区内，根据三相调制信号幅值的大小选择分别选择两个调制信号作为在主调制信号和从调制信号，选择幅值最大的调制信号作为主调制信号m1，选择幅值最小的调制信号作为从调制信号m2。

4.根据权利要求1所述的一种具有窄脉冲抑制能力的三相电流型pwm整流器调制算法，其特征在于：所述步骤s3中调制信号与桥臂、开关管的对应关系为：调制信号ma/|-ma|对应a相桥臂，调制信号mb/|-mb|对应b相桥臂，调制信号mc/|-mc|对应c相桥臂，mi对应该相桥臂的上开关管，|-mi|对应该相桥臂的下开关管。

5.根据权利要求1所述的一种具有窄脉冲抑制能力的三相电流型pwm整流器调制算法，其特征在于：所述步骤s4中开关管驱动信号的产生过程为：在某一扇区内，当主调制信号m1大于载波时，对应的开关管驱动信号置为高电平，当主调制信号m1小于载波时，对应的开关管驱动信号置为低电平。

6.根据权利要求1所述的一种具有窄脉冲抑制能力的三相电流型pwm整流器调制算法，其特征在于：所述步骤s5中开关管驱动信号的产生过程为：在某一扇区内，该开关管驱动信号一直保持低电平。

7.根据权利要求1所述的一种具有窄脉冲抑制能力的三相电流型pwm整流器调制算法，其特征在于：所述步骤s7中开关管驱动信号的产生过程为：在某一扇区内，当从调制信号m2大于载波时，对应的开关管驱动信号置为高电平，当从调制信号m2小于载波时，对应的开关管驱动信号的高电平强行延迟tmin/2的时长，然后驱动信号置为低电平；tmin由如下公式确定：

8.根据权利要求1所述的一种具有窄脉冲抑制能力的三相电流型pwm整流器调制算法，其特征在于：所述步骤s8中开关管驱动信号的产生过程为：在某一扇区内，当从调制信号m2小于载波时，对应的开关管驱动信号置为高电平，当主调制信号m1小于载波时，对应的开关管驱动信号置为低电平。

技术总结
本发明公开了一种具有窄脉冲抑制能力的三相电流型PWM整流器调制算法，属于三相电流型PWM整流器调制领域，该算法根据系统所处扇区和调制信号幅值大小选择主调制信号和从调制信号；首先通过主调制信号与载波比较获得主调制信号对应的桥臂的驱动信号，在此基础上进一步确定与主调制信号对应的开关管处于同一侧桥臂的开关管的驱动信号；然后从调制信号与载波比较获得从调制信号对应的开关管的初始驱动信号，在此基础上根据开关管的开关特性确定最终的驱动信号；最后通过主调制信号和从调制信号共同与载波比较获得最后一个开关管的驱动信号。本发明能够抑制高频情况下系统的网侧电流畸变问题，并进一步提升系统的运行效率，降低系统成本。

技术研发人员：郭小强,王彦,张笑喆,刁乃哲,高起兴,华长春
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14