SiC器件四电平分裂输出逆变器半周分时调制方法及系统

本发明属于电力电子，涉及一种sic器件四电平分裂输出逆变器半周分时调制方法及系统。

背景技术：

1、四电平逆变器被应用于新能源发电、电动汽车等领域，是在传统两电平、三电平逆变器基础上衍生出来的一种多电平拓扑结构。在相同直流母线电压情况下，相对于传统两电平和三电平拓扑，四电平逆变器的开关管承受的电压应力小，输出电流质量高。sic材料具有高禁带宽度、高电导率、高热导率的特点，采用sic材料制作的金属氧化物半导体场效应晶体管(以下简称：sic mosfet)具有开关速度快、开关损耗小的特点。若四电平逆变器采用sic mosfet，可以进一步提升开关频率，降低无源滤波器的体积和重量，提升功率密度。

2、将sic mosfet应用于四电平分裂输出逆变器，参见图1，在每相桥臂加入了分裂电感，有利于减小串扰效应，降低逆变器直通短路的风险，提升逆变器的可靠性。但是，采用传统的调制方法，四电平逆变器的开关管损耗大，输出电流质量差。亟需对sic器件四电平分裂输出逆变器的调制方法进行改进，以降低开关损耗，提升输出电流质量。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的问题，提供一种sic器件四电平分裂输出逆变器半周分时调制方法及系统，在正半周和负半周分时产生驱动信号，使sic mosfet开关管分时工作，降低开关管损耗，并根据直流侧的电容电压调整正、负半周的调制波，降低输出电流畸变率，提升输出电流质量。

2、本发明第一方面，提供了一种sic器件四电平分裂输出逆变器半周分时调制方法，其具体步骤为：

3、正半周注入调制波确定步骤：根据上、中、下直流母线电压源的电压计算调制波正半周不平衡度xp；根据不平衡度xp和调制度m计算调制波正半周零序分量u0_p，将i相调制波ui与零序分量u0_p相加得到i相正半周零序分量调制波ui1_p，i＝a,b,c；若ui1_p>0，则将ui1_p与2/(2+xp)相乘得到i相正半周注入调制波ui_p_half；若ui1_p<0，则将ui1_p与2/(2-xp)相乘得到i相正半周注入调制波ui_p_half；负半周注入调制波确定步骤：根据上、中、下直流母线电压源的电压计算调制波负半周不平衡度xn，根据不平衡度xn和调制度m计算调制波负半周零序分量u0_n，将i相调制波ui与零序分量u0_n相加得到i相负半周零序分量调制波ui1_n；若ui1_n>0，则将ui1_n与2/(2+xn)相乘得到i相负半周注入调制波ui_n_half；若ui1_n<0，则将ui1_n与2/(2-xn)相乘得到i相负半周注入调制波ui_n_half；正半周驱动信号分时产生步骤：将调制波ui_p_half分别与上三角载波σcr+和下三角载波σcr-进行比较，根据比较结果产生正半周分时比较的驱动信号λij+，j＝1、2、3、4、5、6；

4、负半周驱动信号分时产生步骤：将调制波ui_n_half分别与上三角载波σcr+和下三角载波σcr-进行比较，根据比较结果产生负半周分时比较的驱动信号λij-；

5、驱动信号选择步骤：若调制波ui>0，则开关管sij的驱动信号λij＝λij+；若调制波ui<0，则开关管sij的驱动信号λij＝λij-。

6、在一些实施例中，在所述正半周注入调制波确定步骤中，所述调制波正半周不平衡度xp的计算方法为：

7、将上直流母线电源vdc1、中直流母线电源vdc2、下直流母线电源vdc3的电压相加后，与系数a,a＝1/2相乘得到直流母线中点电压umid；

8、将上直流母线电源vdc1减去中直流母线电源vdc2，再减去下直流母线电源vdc3后，除以直流母线中点电压umid得到调制波正半周不平衡度xp。

9、在一些实施例中，在所述正半周注入调制波确定步骤中，所述调制波正半周注入零序分量u0_p的计算方法为：将直流母线中点电压umid与不平衡度xp相乘，再乘以比例系数b,b＝0.5后，与调制度m相乘得到调制波正半周零序分量u0_p。在一些实施例中，在所述负半周注入调制波确定步骤中，所述调制波负半周不平衡度xn的计算方法为：

10、将上直流母线电源vdc1、中直流母线电源vdc2、下直流母线电源vdc3的电压相加后，与系数1/2相乘得到直流母线中点电压umid；

11、将上直流母线电源vdc1的电压与中直流母线电源vdc2相加，再减去下直流母线电源vdc3后，除以直流母线中点电压umid得到调制波负半周不平衡度xn。在一些实施例中，在所述负半周注入调制波确定步骤中，所述调制波负半周零序分量u0_n的计算方法为：将直流母线中点电压umid与不平衡度xn相乘，再乘以比例系数b,b＝0.5后，与调制度m相乘得到调制波负半周零序分量u0_n。在一些实施例中，在所述正半周驱动信号分时产生步骤中，驱动信号λi4+＝0，驱动信号λi5+＝0；若ui_p_half>σcr+，则驱动信号λi1+＝1，驱动信号λi3+＝0，否则，驱动信号λi1+＝0，驱动信号λi3+＝1；若ui_p_half>σcr-，则驱动信号λi2+＝1，驱动信号λi6+＝0；否则，驱动信号λi2+＝0，驱动信号λi6+＝1。

12、在一些实施例中，在所述负半周驱动信号分时产生步骤中，驱动信号λi2-＝0，驱动信号λi3-＝0；若ui_n_half>σcr+，则驱动信号λi1-＝1，驱动信号λi5-＝0；否则，驱动信号λi1-＝0，驱动信号λi5-＝1；若ui_n_half>σcr-，则驱动信号λi4-＝1，驱动信号λi6-＝0，否则，驱动信号λi4-＝0，驱动信号λi6-＝1。

13、本发明第二方面，提供了一种sic器件四电平分裂输出逆变器半周分时调制系统，包括a相半周分时调制模块、b相半周分时调制模块和c相半周分时调制模块三相半周分时调制模块，每相半周分时调制模块包括：

14、电压获取模块，用于获取上、中、下直流母线电压源的电压；

15、正半周注入调制波确定模块，根据上、中、下直流母线电压源的电压计算调制波正半周不平衡度xp；根据不平衡度xp和调制度m计算调制波正半周注入零序分量u0_p，将i相调制波ui与零序分量u0_p相加得到i相正半周零序分量调制波ui1_p，i＝a,b,c；若ui1_p>0，则将ui1_p与2/(2+xp)相乘得到i相正半周注入调制波ui_p_half；若ui1_p<0，则将ui1_p与2/(2-xp)相乘得到i相正半周注入调制波ui_p_half；

16、负半周注入调制波确定模块，根据上、中、下直流母线电压源的电压计算调制波负半周不平衡度xn，根据不平衡度xn和调制度m计算调制波负半周零序分量u0_n，将i相调制波ui与零序分量u0_n相加得到i相负半周零序分量调制波ui1_n；若ui1_n>0，则将ui1_n与2/(2+xn)相乘得到i相负半周注入调制波ui_n_half；若ui1_n<0，则将ui1_n与2/(2-xn)相乘得到i相负半周注入调制波ui_n_half；

17、正半周驱动信号分时产生模块，将调制波ui_p_half分别与上三角载波σcr+和下三角载波σcr-进行比较，根据比较结果产生正半周分时比较的驱动信号λij+，j＝1、2、3、4、5、6；

18、负半周驱动信号分时产生模块，将调制波ui_n_half分别与上三角载波σcr+和下三角载波σcr-进行比较，根据比较结果产生负半周分时比较的驱动信号λij-；

19、选择模块，若调制波ui>0，则开关管sij的驱动信号λij＝λij+；若调制波ui<0，则开关管sij的驱动信号λij＝λij-。

20、在一些实施例中，所述正半周注入调制波确定模块包括：

21、中点电压计算模块，将上直流母线电源vdc1、中直流母线电源vdc2、下直流母线电源vdc3的电压相加后，与系数a,a＝1/2相乘得到直流母线中点电压umid；

22、调制波正半周不平衡度计算模块，将上直流母线电源vdc1减去中直流母线电源vdc2，再减去下直流母线电源vdc3后，除以直流母线中点电压umid得到调制波正半周不平衡度xp；

23、调制波正半周零序分量计算模块，将直流母线中点电压umid与不平衡度xp相乘，再乘以比例系数b,b＝0.5后，与调制度m相乘得到调制波正半周零序分量u0_p；

24、正半周零序分量调制波计算模块，将i相调制波ui与零序分量u0_p相加得到i相正半周零序分量调制波ui1_p；

25、第一判断模块，判断ui1_p>0，则将ui1_p与2/(2+xp)相乘得到i相正半周注入调制波ui_p_half；判断ui1_p<0，则将ui1_p与2/(2-xp)相乘得到i相正半周注入调制波ui_p_half。

26、在一些实施例中，所述负半周注入调制波确定模块包括：

27、中点电压计算模块，将上直流母线电源vdc1、中直流母线电源vdc2、下直流母线电源vdc3的电压相加后，与系数a,a＝1/2相乘得到直流母线中点电压umid；

28、调制波负半周平衡度计算模块，将上直流母线电源vdc1的电压与中直流母线电源vdc2相加，再减去下直流母线电源vdc3后，除以直流母线中点电压umid得到调制波负半周不平衡度xn；

29、调制波负半周零序分量计算模块，将直流母线中点电压umid与不平衡度xj相乘，再乘以比例系数b,b＝0.5后，与调制度m相乘得到调制波负半周零序分量u0_n；负半周零序分量调制波计算模块，将i相调制波ui与零序分量u0_n相加得到i相正半周零序分量调制波ui1_n；

30、第二判断模块，判断ui1_n>0，则将ui1_n与2/(2+xn)相乘得到i相负半周注入调制波ui_n_half；判断ui1_n<0，则将ui1_n与2/(2-xn)相乘得到i相负半周注入调制波ui_n_halfi相负半周注入调制波ui_n_half。

31、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

32、(1)本发明提供的sic器件四电平分裂输出逆变器半周分时调制方法及系统，在调制波正半周和负半周分时产生驱动信号，使sic mosfet开关管分时工作，降低开关管损耗。

33、(2)本发明提供的sic器件四电平分裂输出逆变器半周分时调制方法及系统，根据直流侧的电容电压调整正、负半周的调制波，降低输出电流畸变率，提升输出电流质量。