基于全开有效矢量的交流变换器共模电压抑制方法

本发明涉及一种电力电子，具体涉及一种基于全开有效矢量的交流变换器共模电压抑制方法。

背景技术：

1、近些年来，矩阵变换器因具有正弦输入输出电流、输入功率因数可控、无中间储能环节、结构紧凑、输出电压的幅值相位可控等诸多优点成为了很有发展潜力的一种交流变换器。矩阵变换器在拓扑结构上分为两类：直接矩阵变换器和间接矩阵变换器。在输入输出特性方面，两者拥有相同的优点，因间接矩阵变换器在换流方式和钳位电路方面更简单，且拓扑结构可根据特定需求做进一步改进等优势，使其在电机驱动、风力发电、航空航天等工业领域拥有广泛的应用前景。

2、基于pwm的间接矩阵变换器会在负载中性点和地之间产生高频、高du/dt的共模电压。共模电压是电机绕组绝缘劣化和轴承损坏的主要原因，而且在共模电压作用下电机轴上会逐渐积累电荷，当达到一定程度会击穿绝缘的润滑剂，产生轴电流和漏电流，漏电流会对周围设备产生电磁干扰，影响电机系统的正常运行。所以，抑制变换器输出共模电压对提高电机系统的可靠性和寿命具有重大意义。

3、在目前消除或改善矩阵变换器共模电压的方法中，相较于会增加系统体积和重量的硬件方法，优化调制策略抑制共模电压的软件方法更值得被选择。在间接矩阵变换器的诸多调制方法中，空间矢量调制因具有较宽的线性调制范围及输出性能良好等优点而得到了广泛应用。现有的一种利用三个有效矢量合成期望的输出电压矢量，该方法的电压传输比受到不得大于0.577的限制。另一种整流级有零矢量而逆变级无零矢量的方法在降低了共模电压的同时，电压传输比没有受到限制，但整流级要面对复杂换流方式和开关换流次数增加的问题。还一种增大共模阻抗的调制策略来降低共模电流，但是并未对共模电压特性做出详细分析。上述共模抑制调制策略有效降低了共模峰值，但开关状态的切换过程会带来共模尖峰，影响共模抑制效果。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于全开有效矢量的交流变换器共模电压抑制方法，在降低共模电压峰值的同时抑制开关状态切换带来的共模尖峰。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种基于全开有效矢量的交流变换器共模电压抑制方法，其特征在于：整流级所有的开关管全部断开，令整流级处于全开有效矢量作用时，切换逆变级的有效电压矢量；用全开有效矢量代替零电压矢量；整流级的参考电流矢量由两个有效电流矢量im、in以及全开有效电流矢量izm合成，所述全开有效电流矢量izm是整流级开关管全部断开、逆变级保持有效电压矢量的全开有效零电流矢量；逆变级采用两个相邻有效电压矢量vα和vβ合成输出参考电压矢量vref。

4、用1表示开关状态为导通、0表示开关状态为关断，每个电压矢量vx对应一种开关状态，x＝1......6；整流级全开状态下各扇区一个载波周期内开关状态的切换顺序为：

5、第一扇区：全开-v1(100)-iab-v1(100)-全开-v1(100)-iac-v1(100)-全开-v1(100)-全开-v2(110)-iac-v2(110)-全开-v2(110)-iab-v2(110)-全开-v2(110)；

6、第二扇区：全开-v2(110)-iac-v2(110)-全开-v2(110)-ibc-v2(110)-全开-v2(110)-全开-v3(010)-ibc-v3(010)-全开-v3(010)-iac-v3(010)-全开vv3(010)；

7、第三扇区：电流矢量：全开-v3(010)-ibc-v3(010)-全开-v3(010)-iba-v3(010)-全开-v3(010)-全开-v4(011)-iba-v4(011)-全开-v4(011)-ibc-v4(011)-全开-v4(011)；

8、第四扇区：全开-v4(011)-iba-v4(011)-全开-v4(011)-ica-v4(011)-全开-v4(011)-全开-v4(011)-ica-v4(011)-全开-v4(011)-iba-v4(011)-全开-v4(011)；

9、第五扇区：全开-v5(001)-ica-v5(001)-全开-v5(001)-icb-v5(001)-全开-v5(001)-全开-v6(101)-icb-v6(101)-全开-v6(101)-ica-v6(101)-全开-v6(101)；

10、第六扇区：全开-v6(101)-icb-v6(101)-全开-v6(101)-iab-v6(101)-全开-v1(100)-全开-v1(100)-iab-v1(100)-全开-v1(100)-icb-v1(100)-全开-v1(100)，

11、零电压矢量作用下的共模电压峰值为0.5倍输入相电压峰值，有效电压矢量作用下的共模电压峰值为0.577倍输入相电压峰值。

12、一个采样周期，各项占空比参数为：

13、dα_m＝dαdm，dα_n＝dαdn，

14、dβ_m＝dβdm，dβ_n＝dβdn，

15、d′α＝dα/(dα+dβ)，d′β＝dβ/(dα+dβ)，

16、d0＝1-dαdm-dαdn-dβdm-dβdn

17、其中，

18、式中，θin为iref与im的夹角；θout为vref与vα的夹角；min＝iim/idc，其中iim为输入相电流的幅值，idc为一个pwm周期内直流电流的平均值。

19、其中uom为输入相电压的幅值，udc为一个pwm周期内直流电压的平均值。

20、本发明的技术效果如下：

21、本发明的一种基于全开有效矢量的交流变换器共模电压抑制方法，在全开有效矢量进行特性分析和数学建模的基础上，提出基于全开有效矢量的共模尖峰抑制调制策略：整流级全开状态下，全开有效矢量作用下的共模电压小于全开零矢量作用下的共模电压，且全开零矢量需要同时动作整流级和逆变级的开关状态，因此用全开有效矢量代替零电压矢量；整流级采用相邻的两个有效电压矢量和开路有效矢量，逆变级采用两个相邻有效电压矢量。

22、全开有效矢量排布在两个有效电流矢量之间，无复杂换流问题和开关切换带来的共模尖峰；在整流级采用全开状态下逆变级实现开关状态切换，无死区效应带来的共模尖峰。

23、传统调制方法中整流级电流矢量的切换需要过程复杂的四步换流，本发明策略的矢量排布将开路有效矢量排布在整流级两个有效矢量中间，避免了复杂换流问题，有效电流矢量切换到开路有效矢量的共模电压从0.577跳变到0.5，不会带来共模尖峰。

技术特征：

1.一种基于全开有效矢量的交流变换器共模电压抑制方法，其特征在于：整流级所有的开关管全部断开，令整流级处于全开有效矢量作用时，切换逆变级的有效电压矢量；用全开有效矢量代替零电压矢量；整流级的参考电流矢量由两个有效电流矢量im、in以及全开有效电流矢量izm合成，所述全开有效电流矢量izm是整流级开关管全部断开、逆变级保持有效电压矢量的全开有效零电流矢量；逆变级采用两个相邻有效电压矢量vα和vβ合成输出参考电压矢量vref；

2.如权利要求1所述的一种基于全开有效矢量的交流变换器共模电压抑制方法，其特征在于：零电压矢量作用下的共模电压峰值为0.5倍输入相电压峰值，有效电压矢量作用下的共模电压峰值为0.577倍输入相电压峰值。

3.如权利要求2所述的一种基于全开有效矢量的交流变换器共模电压抑制方法，其特征在于：一个采样周期，各项占空比参数为：

技术总结
本发明的一种基于全开有效矢量的交流变换器共模电压抑制方法，在全开有效矢量进行特性分析和数学建模的基础上，提出基于全开有效矢量的共模尖峰抑制调制策略：整流级全开状态下，全开有效矢量作用下的共模电压小于全开零矢量作用下的共模电压，且全开零矢量需要同时动作整流级和逆变级的开关状态，因此用全开有效矢量代替零电压矢量；整流级采用相邻的两个有效电压矢量和开路有效矢量，逆变级采用两个相邻有效电压矢量。传统调制方法中整流级电流矢量的切换需要过程复杂的四步换流，本发明策略的矢量排布将开路有效矢量排布在整流级两个有效矢量中间，避免了复杂换流问题，有效电流矢量切换到开路有效矢量的共模电压从0.577跳变到0.5，不会带来共模尖峰。

技术研发人员：李珊瑚,吴书卿,肖雨萌,蔡敏,王云,张广玉,丁一夫,姜国凯
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25