一种减小开关损耗的不连续载波调制方法、系统及应用

本发明属于电力电子，尤其涉及一种减小开关损耗的不连续载波调制方法、系统及应用。

背景技术：

1、维也纳整流器凭借高功率密度，高效率，高可靠性等优势被广泛在工业应用中。这种拓扑中，在双向开关上只有一半的直流链路电压，因此这些开关仅需要具有较低的电压应力即可。以上优点使其成为主动前端整流应用中一种有吸引力的拓扑结构。提高开关频率可减小滤波电感等无源器件的体积，提升功率密度，但也会导致开关损耗的增加，不利于变换器效率的提升。与此同时，更高的开关频率意味着更短的中断计算周期，更高的数字控制器计算负担。

2、文献x.zhang,q.wang,r.burgos and d.boroyevich,"discontinuous pulsewidth modulation methods with neutral point voltage balancing for three phasevienna rectifiers,"2015ieee energy conversion congress and exposition(ecce),2015,pp.225-232,doi:10.1109/ecce.2015.7309692.针对维也纳整流器提出了一种减小开关损耗的断续调制方法，但是该方法是基于空间矢量实现的，需要复杂的大、小扇区判断，矢量选择，作用时间计算，计算复杂且运算量较大。文献k.li,m.wei,c.xie,f.deng,j.m.guerrero,and j.c.vasquez,“triangle carrier-based dpwm for three-level npcinverters,”ieee j.emerg.sel.topics power electron,vol.6,no.4,pp.1966-1978,dec.2018.提出了一种三电平载波断续调制方法，但是该方法需要根据不同的调制比选择设置调制系数，不同调制比范围内设置所依据的表格也不尽相同，而且该方法还需要两个共模系数，需要注入两个不同的共模分量才可生成最后的零序分量。因此该方法系数设置复杂，步骤繁琐。因此有必要研究出一种可以实现计算简单，控制负担小，提高变换器效率的不连续载波调制方法。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种减小开关损耗的不连续载波调制方法、系统及应用。

2、所述技术方案如下：减小开关损耗的不连续载波调制方法，包括：

3、根据三相维也纳整流器spwm调制策略的三相归一化公式求得a相、b相、c相归一化正弦波分别为uma,umb,umc；

4、计算修正调制波

5、计算减小开关损耗的零序电压uz.loss，并将零序电压uz.loss注入三相归一化正弦波，得到a相、b相、c相的三相维也纳整流器减小开关损耗型不连续调制波uref_a,uref_b,uref_c。

6、进一步，所述求得a相、b相、c相归一化正弦波分别为uma,umb,umc中，三相归一化正弦波的确定方法为：

7、

8、

9、式中，uma为a相归一化正弦波，umb为b相归一化正弦波，umc为c相归一化正弦波，fg为电网频率，m为调制比，m∈(0,1)；um为交流参考相电压的幅值，udc为直流侧母线电压。

10、进一步，计算修正调制波中，修正调制波依据下式得到：

11、

12、式中，umx为a相、b相、c相归一化正弦波uma,umb,umc，x＝a,b,andc。

13、进一步，计算减小开关损耗的零序电压uz.loss的确定方法下式所示：

14、

15、式中，umid为a相、b相、c相归一化正弦波uma,umb,umc的中间值，为a相、b相、c相修正调制波的最大值，最小值和中间值。

16、进一步，将零序电压uz.loss注入三相归一化正弦波，得到a相、b相、c相的三相维也纳整流器减小开关损耗型不连续调制波uref_a,uref_b,uref_c，包括：

17、对uref_a,uref_b,uref_c确定方法如下：

18、

19、式中，uref_a,uref_b,uref_c分别为减小开关损耗的三相不连续载波调制波，uma为a相归一化正弦波，umb为b相归一化正弦波，umc为c相归一化正弦波，uz.loss为减小开关损耗的不连续载波调制注入的零序电压。

20、本发明的另一目的在于提供一种减小开关损耗的不连续载波调制系统，该系统通过所述的减小开关损耗的不连续载波调制方法实现，该系统包括：

21、三相归一化正弦波获取模块，用于根据三相维也纳整流器spwm调制策略的三相归一化公式求得a相、b相、c相归一化正弦波分别为uma,umb,umc；

22、修正调制波计算模块，用于计算修正调制波

23、不连续调制波获取模块，用于计算减小开关损耗的零序电压uz.loss，并将零序电压uz.loss注入三相归一化正弦波，得到a相、b相、c相的三相维也纳整流器减小开关损耗型不连续调制波uref_a,uref_b,uref_c。

24、进一步，该系统搭载在维也纳整流器上，用于提升功率密度。

25、进一步，该系统搭载在整流电路上，用于提升功率密度。

26、进一步，该系统搭载在电机，用于提升功率密度。

27、进一步，该系统搭载在环保电动车，用于提升功率密度。

28、结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：相比于传统调制方法，本发明在不同调制比下均只需统一个表达式计算零序分量，无需额外的系数调节，可以最大程度的减小开关损耗，提升变换器的效率。本发明无需扇区判断且只需注入一次零序分量，工程实现简单方便。

29、本发明可大程度的减小开关损耗，提升变换器的效率。本发明无需根据不同的调制比计算额外的调制系数，在不同调制比下，均只需要同一个表达式计算零序分量。本发明无需扇区判断，且只需注入一次零序分量，计算简单，可减轻数字控制器的计算负担。本发明减轻对高端控制器的需求，减少电动汽车快速充电系统中所用控制器硬件成本；减小变换器开关损耗，提升变换器整体效率。通过载波方法实现，大幅减小调制信号计算时间。

技术特征：

1.一种减小开关损耗的不连续载波调制方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的减小开关损耗的不连续载波调制方法，其特征在于，所述求得a相、b相、c相归一化正弦波分别为uma，umb，umc中，三相归一化正弦波的确定方法为：

3.根据权利要求1所述的减小开关损耗的不连续载波调制方法，其特征在于，计算修正调制波中，修正调制波依据下式得到：

4.根据权利要求1所述的减小开关损耗的不连续载波调制方法，其特征在于，计算减小开关损耗的零序电压uz.loss的确定方法下式所示：

5.根据权利要求1所述的减小开关损耗的不连续载波调制方法，其特征在于，将零序电压uz.loss注入三相归一化正弦波，得到a相、b相、c相的三相维也纳整流器减小开关损耗型不连续调制波uref_a，uref_b，uref_c，包括：

6.一种减小开关损耗的不连续载波调制系统，其特征在于，该系统通过权利要求1-5任意一项所述的减小开关损耗的不连续载波调制方法实现，该系统包括：

7.根据权利要求6所述的减小开关损耗的不连续载波调制系统，其特征在于，该系统搭载在维也纳整流器上，用于提升功率密度。

8.根据权利要求7所述的减小开关损耗的不连续载波调制系统，其特征在于，该系统搭载在整流电路上，用于提升功率密度。

9.根据权利要求8所述的减小开关损耗的不连续载波调制系统，其特征在于，该系统搭载在电机，用于提升功率密度。

10.根据权利要求9所述的减小开关损耗的不连续载波调制系统，其特征在于，该系统搭载在环保电动车，用于提升功率密度。

技术总结
本发明属于电力电子技术领域，公开了一种减小开关损耗的不连续载波调制方法、系统及应用。该方法根据三相维也纳整流器SPWM调制策略的三相归一化公式求得A相、B相、C相归一化正弦波；计算修正调制波；计算减小开关损耗的零序电压，并将零序电压注入三相归一化正弦波，得到A相、B相、C相的三相维也纳整流器减小开关损耗型不连续调制波。本发明可大程度的减小开关损耗，提升变换器的效率。本发明无需根据不同的调制比计算额外的调制系数，在不同调制比下，均只需要同一个表达式计算零序分量。本发明无需扇区判断，且只需注入一次零序分量，计算简单，可减轻数字控制器的计算负担。

技术研发人员：汤雨,裴玉硕,刘宝柱
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：2024/3/24