SiC器件四电平分裂输出逆变器单载波调制方法及系统

本发明属于电力电子，涉及逆变器调制技术，具体地说，涉及一种sic器件四电平分裂输出逆变器单载波调制方法及系统。

背景技术：

1、随着人们环保意识的增强，光伏发电、风力发电等新能源发电规模不断扩大。逆变器作为新能源发电系统的核心，直接影响其电能质量和系统可靠性。然而，随着日益增长的行业要求，以si材料为主的功率开关器件已不再适用一些场合的需求。例如：硅材料绝缘栅双极型晶体管(以下简称：si igbt)开关损耗高、开关速度慢。为此，金属氧化物半导体场效应晶体管(以下简称：sic mosfet)应运而生，其具有开关速度快、开关损耗小的特点。sicmosfet应用于四电平分裂输出逆变器，可以有效提高效率和功率密度。

2、sic器件四电平分裂输出逆变器的直流母线通过直流源或电容形成三组电源，参见图1，直流电压源vdc为直流母线提供总体电压，直流母线从上往下依次串联模拟母线变化的受控电压源直流母线电容cdc、模拟母线变化的受控电压源当逆变器工作时，电源电压会产生波动。若sic器件四电平分裂输出逆变器采用传统调制方法，在直流母线电压波动时，无法满足冲量等效原理，会使输出电流严重畸变，谐波含量大大增加。此外，传统调制方法中，采用层叠三载波，在数字控制器中实现十分复杂。

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单载波调制方法及系统，仅使用了一个固定幅值的单载波，有效简化了在数字控制器中的实现难度，能够在母线电压波动条件下依旧满足冲量等效原理，从而输出波形良好的电流波形。

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单载波调制方法，其具体步骤为：

3、载波生成步骤：根据受控电压源的电压u1、直流母线电容cdc的电压u2、受控电压源的电压u3、原始载波uc得到跟随电容电压变化的层叠载波uc1，根据电压u2、电压u3、原始载波uc得到跟随电容电压变化的层叠载波uc2，根据电压u3、原始载波uc得到跟随电容电压变化的层叠载波uc3；

4、单载波生成步骤：根据电压u1、电压u2、电压u3、层叠载波uc1得到层叠载波uc1对应的单载波uc1*，根据电压u2、电压u3、层叠载波uc2得到层叠载波uc2对应的单载波uc2*，根据电压u3、层叠载波uc3得到层叠载波uc3对应的单载波uc3*；将单载波uc1*、单载波uc2*、单载波uc3*相加后除以3得到单载波uc*；

5、调制波生成步骤：根据电压u1、电压u2、电压u3、i相原始调制波ui得到与层叠载波uc1一起变化的调制波ui1，根据电压u2、电压u3、i相原始调制波ui得到与层叠载波uc2一起变化的调制波ui2，根据电压u3、i相原始调制波ui得到与层叠载波uc3一起变化的调制波ui3，i＝a、b、c；

6、调制波选择步骤：i相原始调制波ui加300减去电压u2与电压u3相加的和得到第一比较信号usel_1，原始调制波ui加300减去电压u3得到第二比较信号usel_2；usel_1>0，则第一调制波为ui1-200；若usel_1<0，则第一调制波为ui2；若usel_2>0，则第二调制波um*等于第一调制波；若usel_2<0，则第二调制波um*为ui3加200；驱动信号生成步骤：电压u3减去ua与300的和得到第三比较信号usel_3，第一比较信号usel_1与第三比较信号usel_3相与得到第四比较信号usel_4，根据第一比较信号usel_1、第三比较信号usel_3、第四比较信号usel_4、单载波uc*、调制波um*的大小生成i相驱动信号si1-si6。

7、在一些实施例中，在所述载波生成步骤中，得到层叠载波uc1、层叠载波uc2、层叠载波uc3的方法为：

8、电压u1的0.5倍与原始载波uc相乘，再与电压u1的0.5倍、电压u2、电压u3相加后，减去300得到层叠载波uc1；

9、电压u2的0.5倍与原始载波uc相乘，再与电压u2的0.5倍、电压u3相加后，减去300得到层叠载波uc2；

10、电压u3与原始载波uc相乘，再减去300得到层叠载波uc3。

11、在一些实施例中，在所述单载波生成步骤中，得到单载波uc1*、单载波uc2*、单载波uc3*的方法为：

12、将层叠载波uc1加300减去电压u1的0.5倍、电压u2、电压u3相加的和后，乘以200并除以电压u1，再加200得到单载波uc1*；

13、将层叠载波uc2加300减去电压u2的0.5倍和电压u3相加的和后，乘以200并除以电压u2得到单载波uc2*；

14、将层叠载波uc3加300后，乘200并除以电压u3，再减300得到单载波uc3*。

15、在一些实施例中，在所述调制波生成步骤中，得到调制波ui1、调制波ui2、调制波ui3的方法为：

16、将i相原始调制波ui加300减去电压u1的0.5倍、电压u2、电压u3相加的和后、乘以200并除以电压u1，再加200得到调制波ui1；

17、将i相原始调制波ui加300减去电压u2的0.5倍和电压u3相加的和后，乘以200并除以电压u2得到调制波ui2；

18、将i相原始调制波ui加300后，乘200并除以电压u3，再减300得到调制波ui3。在一些实施例中，在所述驱动信号生成步骤中，根据第一比较信号usel_1、第三比较信号usel_3、第四比较信号usel_4、单载波uc*、调制波um*的大小生成i相驱动信号si1-si6的方法为：

19、当usel_1<0时，si1为低电平，si2为高电平；当usel_1>0时，si1、si2为um*与uc*通过“>”进行逻辑运算得到的值，当um*>uc*时，si1为高电平，si2为低电平，当um*≤uc*时，si1为低电平，si2为高电平；

20、当usel_2<0时，si3为低电平，si4为高电平；当usel_2>0时，si3、si4为um*与uc*通过“>”进行逻辑运算得到的值，当um*>uc*时，si3为高电平，si4为低电平，当um*≤uc*时，si3为低电平，si4为高电平；

21、当usel_3<0时，si5为低电平，si6为高电平；当usel_3>0时，si5、si6为um*与uc*通过“>”进行逻辑运算得到的值，当um*>uc*时，si5为高电平，si6为低电平，当um*≤uc*时，si5为低电平，si6为高电平。

22、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单载波调制系统，包括：

23、载波生成模块，根据受控电压源的电压u1、直流母线电容cdc的电压u2、受控电压源的电压u3、原始载波uc得到跟随电容电压变化的层叠载波uc1，根据电压u2、电压u3、原始载波uc得到跟随电容电压变化的层叠载波uc2，根据电压u3、原始载波uc得到跟随电容电压变化的层叠载波uc3；

24、单载波生成模块，根据电压u1、电压u2、电压u3、层叠载波uc1得到层叠载波uc1对应的单载波uc1*，根据电压u2、电压u3、层叠载波uc2得到层叠载波uc2对应的单载波uc2*，根据电压u3、层叠载波uc3得到层叠载波uc3对应的单载波uc3*；将单载波uc1*、单载波uc2*、单载波uc3*相加后除以3得到单载波uc*；

25、调制波生成模块，根据电压u1、电压u2、电压u3、i相原始调制波ui得到与层叠载波uc1一起变化的调制波ui1，根据电压u2、电压u3、i相原始调制波ui得到与层叠载波uc2一起变化的调制波ui2，根据电压u3、i相原始调制波ui得到与层叠载波uc3一起变化的调制波ui3，i＝a、b、c；

26、调制波选择模块，将i相原始调制波ui加300减去电压u2与电压u3相加的和得到第一比较信号usel_1，将原始调制波ui加300减去电压u3得到第二比较信号usel_2；若usel_1>0，则第一调制波为ui1-200；若usel_1<0，则第一调制波为ui2；若usel_2>0，则第二调制波um*等于第一调制波；若usel_2<0，则第二调制波um*为ui3加200；

27、驱动信号生成模块，将电压u3减去ua与300的和得到第三比较信号usel_3，将第一比较信号usel_1与第三比较信号usel_3相与得到第四比较信号usel_4，根据第一比较信号usel_1、第三比较信号usel_3、第四比较信号usel_4、单载波uc*、调制波um*的大小生成i相驱动信号si1-si6。

28、在一些实施例中，所述载波生成模块包括：

29、载波生成模块ⅰ，将电压u1的0.5倍与原始载波uc相乘，再与电压u1的0.5倍、电压u2、电压u3相加后，减去300得到层叠载波uc1；

30、载波生成模块ⅱ，将电压u2的0.5倍与原始载波uc相乘，再与电压u2的0.5倍、电压u3相加后，减去300得到层叠载波uc2；

31、载波生成模块ⅲ，将电压u3与原始载波uc相乘，再减去300得到层叠载波uc3；在一些实施例中，所述单载波生成模块包括：

32、单载波生成模块ⅰ，将层叠载波uc1加300减去电压u1的0.5倍、电压u2、电压u3相加的和后，乘以200并除以电压u1，再加200得到单载波uc1*；

33、单载波生成模块ⅱ，将层叠载波uc2加300减去电压u2的0.5倍和电压u3相加的和后，乘以200并除以电压u2得到单载波uc2*；

34、单载波生成模块ⅲ，将层叠载波uc3加300后，乘200并除以电压u3，再减300得到单载波uc3*；

35、单载波计算模块，将单载波uc1*、单载波uc2*、单载波uc3*相加后除以3得到单载波uc*。

36、在一些实施例中，所述调制波生成模块包括：

37、调制波生成模块ⅰ，将i相原始调制波ui加300减去电压u1的0.5倍、电压u2、电压u3相加的和后、乘以200并除以电压u1，再加200得到调制波ui1；

38、调制波生成模块ⅱ，将i相原始调制波ui加300减去电压u2的0.5倍和电压u3相加的和后，乘以200并除以电压u2得到调制波ui2；

39、调制波生成模块ⅲ，将i相原始调制波ui加300后，乘200并除以电压u3，再减300得到调制波ui3。

40、在一些实施例中，所述调制波选择模块包括：

41、比较信号生成模块ⅰ，将i相原始调制波ui加300减去电压u2与电压u3相加的和得到第一比较信号usel_1；

42、比较信号生成模块ⅱ，将原始调制波ui加300减去电压u3得到第二比较信号usel_2；

43、比较模块ⅰ，当usel_1>0时，输出第一调制波为ui1-200；当usel_1<0，输出第一调制波为ui2；

44、比较模块ⅱ，当usel_2>0时，输出第二调制波um*为第一调制波；当usel_2<0时，输出第二调制波um*为ui3加200。

45、在一些实施例中，所述驱动信号生成模块包括：

46、比较信号生成模块ⅰ，将i相原始调制波ui加300减去电压u2与电压u3相加的和得到第一比较信号usel_1；

47、比较信号生成模块ⅲ，将电压u3减去ui与300的和得到第三比较信号usel_3；

48、比较信号生成模块ⅳ，将第一比较信号usel_1与第三比较信号usel_3相与得到第四比较信号usel_4；

49、比较模块ⅲ，当usel_1<0时，输出si1为低电平，si2为高电平；当usel_1>0时，si1、si2为um*与uc*通过“>”进行逻辑运算得到的值，当um*>uc*时，输出si1

50、为高电平，si2为低电平，当um*≤uc*时，输出si1为低电平，si2为高电平；

51、比较模块ⅳ，当usel_2<0时，输出si3为低电平，si4为高电平；当usel_2>0时，si3、si4为um*与uc*通过“>”进行逻辑运算得到的值，当um*>uc*时，输出si3为高电平，si4为低电平，当um*≤uc*时，输出si3为低电平，si4为高电平；

52、比较模块ⅴ，当usel_3<0时，输出si5为低电平，si6为高电平；当usel_3>0时，si5、si6为um*与uc*通过“>”进行逻辑运算得到的值，当um*>uc*时，输出si5为高电平，si6为低电平，当um*≤uc*时，输出si5为低电平，si6为高电平。

53、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

54、本发明提供的sic器件四电平分裂输出逆变器单载波调制方法及系统，根据模拟母线变化的两个受控电压源的电压、直流母线电容的电压、原始载波得到跟随电容电压变化的三个层叠载波；根据受控电压源和直流母线电容的电压和三个层叠载波得到单载波；依据单载波的生成方式得到与直流电源一起变化的调制波；根据调制波的大小比较选择与单载波比较的调制波，根据调制波和单载波的大小比较生成驱动信号。本发明一方面能够使调制策略在母线电压波动条件下依旧满足冲量等效原理，从而输出波形良好的电流波形；另一方面，仅使用一个固定幅值的单载波，有效简化了在数字控制器中的实现难度。