一种线性连续相位调制的间谐波脉宽调制方法及系统

本发明涉及脉冲宽度调制，具体涉及一种线性连续相位调制的间谐波脉宽调制方法及系统。

背景技术：

1、电力电子主导的电力系统在宽频带中存在从几hz到几khz的振荡和谐振问题。这些问题很大程度上是由pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)并网逆变器产生的“谐波源”引起的，从而导致电力系统的性能和稳定性降低。

2、研究表明，传统调制技术尽管种类繁多，但对于中压系统或高功率应用中的间谐波控制来说，其控制精度及控制效率严重不足。众所周知，在过去的几十年中，在优化脉宽调制技术领域，研究人员对低开关频率的关注度越来越高，针对逆变器，提出了多种以较低的开关频率控制基波和低次谐波幅值和相角的调制技术，如空间矢量调制(space vectorpulse width modulation，svpwm)、直接转矩控制(direct torque control，dtc)和正弦脉宽调制(sine pulse width modulation，spwm)。然而，由于大功率开关器件的物理限制，用于中压大功率柔性交流输电系统(flexible alternative current transmissionsystems，facts)的具有固定的低开关频率的特定间谐波控制的同步选择性谐波消除pwm方法仍然很少。

3、facts对于可再生能源发电系统、交直流输电系统中的宽带振荡有一定的抑制作用，但是其高功率间谐波抑制能力仍然不足。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明第一方面提供一种线性连续相位调制的间谐波脉宽调制方法，其通过不同的相角增量速率在不同子周期内对不同谐波进行调制，从而可自由控制间谐波输出电压的幅值和频率，使得调制后的谐波与所需间谐波之间无初相位差，并具有较高的间谐波频率分辨率。

2、为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

3、一种线性连续相位调制的间谐波脉宽调制方法，该方法包括以下步骤：

4、根据采样的负载侧信号获取需调制的待调间谐波，并确定所述待调间谐波的调制度和脉冲数；

5、根据所述待调间谐波的调制度和脉冲数，获取对应的开关序列；

6、根据所述待调间谐波与相邻的奇次特征谐波的频偏，确定所述待调间谐波在各个基波子周期内的线性连续相位调制的轨迹图的斜率；

7、根据所述开关序列以及开关序列和轨迹图相交形成的开关角，形成与所述待调间谐波幅值相同、相位相反的目标间谐波，以与所述待调间谐波抵消。

8、一些实施例中，所述根据所述待调间谐波与相邻的奇次特征谐波的频偏，确定所述待调间谐波在各个基波子周期内的线性连续相位调制的轨迹图的斜率，包括：

9、根据公式：δf＝|fih-fh|，计算频偏δf，其中，fih为待调间谐波的频率，fh为相邻的奇次特征谐波的频率；

10、根据公式：

11、

12、计算基波子周期数r，其中，a和b为整数；

13、根据公式：

14、

15、确定所述待调间谐波在各个基波子周期内的线性连续相位调制的轨迹图的斜率，其中，t为时间。

16、一些实施例中，所述根据采样的负载侧信号获取需调制的待调间谐波，并确定所述待调间谐波的调制度和脉冲数，包括：

17、通过传感器采样负载测电流获取所述待调间谐波；

18、根据采样值计算所述待调间谐波对应的调制度和脉冲数。

19、一些实施例中，所述根据所述待调间谐波的调制度和脉冲数，获取对应的开关序列，包括：

20、离线计算不同调制度与脉冲数下各间谐波调制的开关序列表并存储；

21、以所述待调间谐波对应的调制度和脉冲数为索引进行查表，获取对应的开关序列。

22、一些实施例中，还包括：

23、采用非对称波形，获得双倍开关角自由度，以对所述待调间谐波进行调幅调相的联合控制。

24、本发明第二方面提供一种线性连续相位调制的间谐波脉宽调制系统，其通过不同的相角增量速率在不同子周期内对不同谐波进行调制，从而可自由控制间谐波输出电压的幅值和频率，使得调制后的谐波与所需间谐波之间无初相位差，并具有较高的间谐波频率分辨率。。

25、为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

26、一种线性连续相位调制的间谐波脉宽调制系统，包括：

27、采样模块，其根据采样的负载侧信号获取需调制的待调间谐波，并确定所述待调间谐波的调制度和脉冲数；

28、脉宽调制控制模块，其根据所述待调间谐波的调制度和脉冲数，获取对应的开关序列，并根据所述待调间谐波与相邻的奇次特征谐波的频偏，确定所述待调间谐波在各个基波子周期内的线性连续相位调制的轨迹图的斜率；

29、逆变器模块，其基于所述开关序列以及开关序列和轨迹图相交形成的开关角，形成的与所述待调间谐波幅值相同、相位相反的目标间谐波，以与所述待调间谐波抵消。

30、一些实施例中，所述脉宽调制控制模块根据所述待调间谐波与相邻的奇次特征谐波的频偏，确定所述待调间谐波在各个基波子周期内的线性连续相位调制的轨迹图的斜率，包括：

31、根据公式：δf＝|fih-fh|，计算频偏δf，其中，fih为待调间谐波的频率，fh为相邻的奇次特征谐波的频率；

32、根据公式：

33、

34、计算基波子周期数r，其中，a和b为整数；

35、根据公式：

36、

37、确定所述待调间谐波在各个基波子周期内的线性连续相位调制的轨迹图的斜率，其中，t为时间。

38、一些实施例中，所述采样模块，包括：

39、采样单元，其通过传感器采样负载测电流获取所述待调间谐波；

40、计算单元，其根据采样值计算所述待调间谐波对应的调制度和脉冲数。

41、一些实施例中，所述脉宽调制控制模块包括：

42、脉冲序列寄存单元，其用于离线计算不同调制度与脉冲数下各间谐波调制的开关序列表并存储，并根据所述待调间谐波与相邻的奇次特征谐波的频偏，确定所述待调间谐波在各个基波子周期内的线性连续相位调制的轨迹图的斜率；

43、脉冲发送模块，其用于以所述待调间谐波对应的调制度和脉冲数为索引进行查表，获取对应的开关序列，并获取开关序列和轨迹图相交形成的开关角，且还用于将所述开关序列和开关角发送至逆变器模块实现驱动控制。

44、一些实施例中，所述脉宽调制控制模块还用于：

45、采用非对称波形，获得双倍开关角自由度，以对所述待调间谐波进行调幅调相的联合控制。

46、与现有技术相比，本发明的优点在于：

47、本发明中的线性连续相位调制的间谐波脉宽调制方法，其根据采样的负载侧信号获取需调制的待调间谐波，并确定待调间谐波的调制度和脉冲数；根据待调间谐波的调制度和脉冲数，获取对应的开关序列；根据待调间谐波与相邻的奇次特征谐波的频偏，确定待调间谐波在各个基波子周期内的线性连续相位调制的轨迹图的斜率；根据开关序列以及开关序列和轨迹图相交形成的开关角，形成与待调间谐波幅值相同、相位相反的目标间谐波，以与待调间谐波抵消。即通过不同的相角增量速率在不同子周期内对不同谐波进行调制，从而可自由控制间谐波输出电压的幅值和频率，使得调制后的谐波与所需间谐波之间无初相位差，并具有较高的间谐波频率分辨率。本发明能够在低于1khz的开关频率下，实现间谐波频率的连续控制功能，与常规pwm控制方法相比，该方法控制的逆变器开关频率和开关损耗显著降低，同时其输出的电能质量更高。