降低交流侧共模电压的三相两电平逆变器矢量调制方法

本发明涉及降低交流侧共模电压的三相两电平逆变器矢量调制方法，属于电力电子矢量调制。

背景技术：

1、共模电压是电压源型pwm逆变器输出电压中的零序分量。近年来随着科学技术的迅猛发展，电力电子器件的性能越来越高，为了提高系统的性能且实现电能的高效利用，逆变器中功率器件的开关频率和开关速度越来越高，带来的一些负面影响开始受到学者们的关注，电磁干扰(electromagnetic interference,emi)就是其中一个较为严重的问题。emi包括共模电磁干扰和差模电磁干扰，会影响电子、电气设备的正常运行，阻碍电子器件向高速化方向发展。

2、目前，对emi中差模电磁干扰抑制的研究已经相当成熟了，但对共模电磁干扰抑制的研究还不够深入。三相电压源逆变器采用pwm技术，其输出电压不平衡会导致高频共模干扰源——共模电压的产生。高频共模电压作用在电机对地杂散电容形成的共模回路上会产生共模电流，引发共模电磁干扰。持续的共模电流流过电机的绝缘会对电机绝缘造成长期的损害，产生的轴承电流也会损害电机轴承，减少轴承的寿命并降低电机运行的可靠性。高频、高幅值的共模电压产生的漏电流往往比较大，很可能引起系统接地的电流继电保护装置误动作，对系统造成严重的后果。若逆变器与电机的空间距离较远，则需要通过长线电缆进行连接，脉冲电压通过长线电缆进行传输会发生反射现象，反射波与入射波叠加会在电机端出现过电压，从而增大电机对地的共模电压，加重共模电压的危害，增加电机的维护成本。

3、为降低系统总的emi，有必要对系统共模电磁干扰进行抑制；共模电压的抑制方法主要有硬件抑制与软件抑制，相比于硬件抑制，软件抑制的可移植性强，成本低，优势较大。

技术实现思路

1、针对三相两电平逆变器的传统调制策略会产生高频、高幅值的共模电压的问题，本发明提供一种降低交流侧共模电压的三相两电平逆变器矢量调制方法。

2、本发明的一种降低交流侧共模电压的三相两电平逆变器矢量调制方法，包括，

3、对逆变器的电压矢量圆分为六个扇区，在i、iii、v扇区采用u1、u3和u5三个电压矢量合成参考电压矢量，在ii、iv、vi扇区采用u2、u4和u6三个电压矢量合成参考电压矢量；

4、调整一个载波周期内三个电压矢量的作用发送顺序，使逆变器三相桥臂开关管在一个载波周期内均进行两次切换动作，以降低开关损耗；

5、根据参考电压矢量在α和β轴上的分量，确定当前参考电压矢量所在扇区，再结合伏秒平衡原理，计算所在扇区内三个电压矢量的作用时间；

6、对于每个开关周期内的每个开关切换点，根据负载电压方程，预测每一个电压矢量结束或起始时刻对应的三相电流实际值，得到三相电流实际值的极性；根据三相电流实际值的极性进行基于时间脉冲宽度的死区补偿；从而实现矢量调制过程中共模电压的抑制。

7、根据本发明的降低交流侧共模电压的三相两电平逆变器矢量调制方法，扇区、参考电压矢量角度与电压矢量选择的对应关系如下：

8、 扇区号 角度(rad) 电压矢量 ⅰ [-π/6,π/6] <![cdata[u₁ u₃ u₅]]> ⅱ [π/6,π/2] <![cdata[u₂ u₄ u₆]]> ⅲ [π/2,5π/6] <![cdata[u₁ u₃ u₅]]> ⅳ [5π/6,7π/6] <![cdata[u₂ u₄ u₆]]> ⅴ [7π/6,3π/2] <![cdata[u₁ u₃ u₅]]> ⅵ [3π/2,11π/6] <![cdata[u₂ u₄ u₆]]>

9、。

10、根据本发明的降低交流侧共模电压的三相两电平逆变器矢量调制方法，一个载波周期内三个电压矢量的作用发送顺序与扇区的对应关系如下：

11、 扇区号 电压矢量作用顺序 ⅰ 51335 ⅱ 62446 ⅲ 13551 ⅳ 24662 ⅴ 35113 ⅵ 46224

12、表中数字1～6对应电压矢量u1～u6。

13、根据本发明的降低交流侧共模电压的三相两电平逆变器矢量调制方法，确定当前参考电压矢量所在扇区的方法为：

14、将参考电压矢量表示为uref，用uα和uβ表示参考电压矢量uref在α轴和β轴上的分量，定义x、y、z三个中间变量，令：

15、

16、再定义三个中间变量a、b、c，设定如下：

17、若x＞0，则a＝1，否则a＝0；

18、若y＞0，则b＝1，否则b＝0；

19、若z＞0，则c＝1，否则c＝0；

20、设定中间变量n＝4a+2b+c，得到n与扇区的对应关系：

21、 n 4 6 2 3 1 5 扇区 ⅰ ⅱ ⅲ ⅳ ⅴ ⅵ

22、表格中确定的扇区为当前参考电压矢量所在扇区。

23、根据本发明的降低交流侧共模电压的三相两电平逆变器矢量调制方法，计算所在扇区内三个电压矢量的作用时间的方法为：

24、假设当前参考电压矢量uref位于i、iii、v扇区，根据伏秒平衡原理得到：

25、

26、式中ts表示载波周期，t1表示电压矢量u1的作用时间，t3表示电压矢量u3的作用时间，t5表示电压矢量u5的作用时间；

27、对公式(2)进行计算得到：

28、

29、式中udc表示母线电压。

30、根据本发明的降低交流侧共模电压的三相两电平逆变器矢量调制方法，预测每一个电压矢量结束或起始时刻对应的三相电流实际值的方法为：

31、根据负载电压方程，得到三相电感电流在每一个电压矢量作用时间内的增量，从而预测得到三相电流实际值。

32、本发明的有益效果：本发明方法在传统的空间矢量脉宽调制(space vectorpulse width modulation,svpwm)的基础上进行改进，提出一种改进的基于电压矢量的调制策略(modified remote state pulse width modulation,mrspwm)，它利用在不同扇区的不同电压矢量组合实现对共模电压幅值和频率的降低。同时针对采用中心对称式矢量作用顺序引入的额外的开关动作次数，提出了改进作用矢量顺序的方法，在不改变抑制共模电压幅值和频率效果的前提下，有效地降低了逆变器中功率器件的开关动作次数，从而极大程度的提高了系统效率。再针对逆变器的死区效应的存在，会对本发明提出的调制策略降低共模电压的效果产生影响，出现共模电压尖峰的问题，提出电流预测的手段，实时预测出每个死区时刻的三相电流的极性，并采用基于时间脉冲宽度的死区补偿策略，来有效解决死区效应问题。本发明方法的电流预测方式相较于传统的电流采样方式大幅度的提高了电流极性判断的精确度。因此，本发明方法在同时考虑逆变器死区效应和开关损耗的情况下，实现了共模电压幅值和频率的降低。