本發(fā)明涉及一種新的調(diào)制算法，尤其涉及一種廣義三電平SVPWM新調(diào)制算法，應(yīng)用于三相三電平逆變器拓?fù)?，在光伏逆變器、風(fēng)電變流器、UPS、變頻器、有源濾波器、整流器等高壓大功率領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

背景技術(shù)：

針對(duì)三相三電平變換器，調(diào)制策略有SPWM和SVPWM。SVPWM調(diào)制策略有更高的BUS電壓利用率，更小的諧波而得到廣泛應(yīng)用。由于三電平逆變器開關(guān)器件眾多，存在更多的空間電壓矢量，特別是冗余空間電壓矢量的存在，使得三電平逆變器的零序分量具有其特殊性和靈活性。同一參考矢量可以選擇不同的電壓矢量達(dá)成，因此有多種矢量調(diào)制算法。但各種算法特性不同。對(duì)于光伏逆變器，要求THDI小，BUS利用率高、共模電壓小、BUS中點(diǎn)平衡。

綜合這些性能要求，最常用的SVPWM矢量調(diào)制算法是采用最近三個(gè)矢量合成參考矢量。該方法THDI小，但是共模電壓較高，漏電流較大。漏電流過大可能會(huì)引起電網(wǎng)電流畸變、系統(tǒng)損耗增加及安全隱患的問題。尤其是高壓調(diào)制比很小的情況，共模電壓波動(dòng)很大，產(chǎn)生很大漏電流。

為減小共模電壓，一般采用SVPWM調(diào)制方法一般采用共模小的矢量來合成參考矢量，該方法能減小共模電壓，但THDI差，中點(diǎn)平衡難調(diào)節(jié)。公開號(hào)為CN101917132A的發(fā)明專利，涉及一種三相三線三電平逆變器新矢量調(diào)制方法，該方法能改善一定調(diào)制深度范圍內(nèi)(K＞0.577)的共模，但對(duì)調(diào)制深度更小的情況不起作用。而隨著應(yīng)用系統(tǒng)電壓升高，對(duì)調(diào)制深度更小的情況下共模改善提出了要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要針對(duì)高壓系統(tǒng)調(diào)制比小的時(shí)候共模嚴(yán)重的問題，減小系統(tǒng)共模電壓，同時(shí)保證較小的THDI。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種廣義三電平SVPWM調(diào)制算法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、將三電平逆變器系統(tǒng)的三相矢量圖按60°區(qū)間分成6個(gè)大扇區(qū)，每個(gè)大扇區(qū)為一個(gè)正三角形，將正三角形按30°方向分成2個(gè)小三角形，每個(gè)小三角形對(duì)應(yīng)一個(gè)小扇區(qū)；

步驟2、對(duì)任意小扇區(qū)而言，用相應(yīng)小扇區(qū)的一個(gè)大矢量V₃、一個(gè)中矢量V₂及一個(gè)小矢量V₁去合成參考矢量V_ref，計(jì)算小矢量V₁、中矢量V₂、大矢量V₃的作用時(shí)間t_a、t_b、t_c，則有：

式中，K為調(diào)至深度，E為整Bus電壓，T_s為參考矢量V_ref作用時(shí)間，T_s＝t_a+t_b+t_cVref為參考矢量的幅值，θ為參考矢量的角度，；

步驟3、對(duì)每個(gè)大扇區(qū)的大矢量V₃、中矢量V₂及小矢量V₁的作用順序進(jìn)行排序，根據(jù)各大扇區(qū)各矢量的作用順序及步驟2得到的作用時(shí)間分解得到三電平逆變器系統(tǒng)中各管子的占空比。

優(yōu)選地，在所述步驟3中，先對(duì)6個(gè)大扇區(qū)中的第1個(gè)大扇區(qū)的各矢量的作用順序進(jìn)行排序，再根據(jù)對(duì)稱性推算得到其余5個(gè)扇區(qū)的各矢量的作用順序。

優(yōu)選地，對(duì)6個(gè)大扇區(qū)中的第1個(gè)大扇區(qū)的各矢量的作用順序按照順時(shí)針進(jìn)行排序。

優(yōu)選地，對(duì)各矢量的作用順序進(jìn)行排序時(shí)遵循以下原則：

原則一：首發(fā)矢量都是正小矢量；

原則二：每個(gè)開關(guān)周期，每相僅會(huì)開一次和關(guān)一次；

原則三：每相開關(guān)狀態(tài)僅有P和O之間、O和N之間的切換。

本發(fā)明提供的算法主要針對(duì)高壓系統(tǒng)調(diào)制比小的時(shí)候共模嚴(yán)重的問題，減小系統(tǒng)共模電壓，同時(shí)保證較小的THDI。本發(fā)明提供的算法對(duì)小扇區(qū)判斷簡(jiǎn)化為兩個(gè)小扇區(qū)，優(yōu)化了程序代碼，矢量計(jì)算過程更簡(jiǎn)單。采用本發(fā)明提供的算法后，全電壓調(diào)制度范圍內(nèi)的共模都得到改善，有效降低EMI，同時(shí)保證THDI較小。

附圖說明

圖1為二極管箝位三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

圖2為矢量合成圖；

圖3為舊調(diào)制策略在K＝0.49仿真波形，圖中，位于最頂部的第一條通道為inverter current，位于第一條通道下方的第二條通道為：共模電壓，位于第二條通道下方的第三條通道為：調(diào)制波形；

圖4為本發(fā)明提供的調(diào)制方法在K＝0.49的仿真波形，圖中，位于最頂部的第一條通道為inverter current，位于第一條通道下方的第二條通道為：共模電壓，位于第二條通道下方的第三條通道為：調(diào)制波形；

圖5為舊調(diào)制策略在K＝0.53實(shí)驗(yàn)波形，圖中的三條通道分別為BUSN共模電壓、BUSN反饋電容電壓及BUSN反饋電容電流；

圖6為本發(fā)明提供的調(diào)制方法在K＝0.53實(shí)驗(yàn)波形，圖中的三條通道分別為BUSN共模電壓、BUSN反饋電容電壓及BUSN反饋電容電流。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。

共模電壓與三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、調(diào)制方式有關(guān)。如圖1所示三電平逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，共模電壓V_cm的大小可用式(1)描述。

V_cm＝(u_ao+u_bo+u_co)/3 (1)

式(1)中，u_xO，x＝a，b，c為三相逆變器輸出對(duì)BUS中點(diǎn)的電壓。

定義開關(guān)變量S_a、S_b、S_c表示三個(gè)橋臂的輸出狀態(tài)，以O(shè)點(diǎn)為參考電位，則各相電壓表示為式(2)：

式(2)中，E為整BUS電壓，x＝a，b，c。

由圖1容易得到式(3)：

式(3)中，v_xN，x＝a，b，c為圖1中三相輸出a/b/c到電網(wǎng)N點(diǎn)電壓，v_xo，x＝a，b，c為圖1中三相輸出a/b/c到BUS中o的電壓，v_oN，x＝a，b，c為圖1中BUS中點(diǎn)o到電網(wǎng)N點(diǎn)的電壓。

結(jié)合三相三線系統(tǒng)特性：v_aN+v_bN+v_cN＝0，可得式(4)：

v_oN＝-(v_ao+v_bo+v_co)/3 (4)

式(4)與式(1)僅差一個(gè)符號(hào)，由此可知，逆變器三相輸出對(duì)BUS中點(diǎn)輸出電壓零序分量即共模電壓。根據(jù)共模電壓定義式(1)～(4)可知，共模電壓與調(diào)制方式有很大關(guān)系：當(dāng)采用SPWM調(diào)制時(shí)，v_xo，x＝a，b，c為正弦波，則共模電壓等于0；若采用SVPWM方式，則v_xo，x＝a，b，c為正弦波疊加零序分量。對(duì)于三相無中線的三電平逆變器系統(tǒng)，零序分量不會(huì)對(duì)線電壓造成影響，但疊加不同的零序分量，會(huì)演變出不同的矢量調(diào)制方式，對(duì)于系統(tǒng)的控制性能會(huì)有不同的效果。

《基于矢量分區(qū)的三電平SVPWM模式零序分量分析》(宋文祥，《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，2009，24(12))分析了不同調(diào)制深度K時(shí)(定義V_ref為參考矢量)，零序分量的變化。如圖2所示的三相矢量圖，K為1時(shí)，矢量只B&D區(qū)域變化，其零矢量相同，調(diào)制波形不會(huì)出現(xiàn)突變，掃過下一個(gè)區(qū)域時(shí)，零矢量變化一次，因此整個(gè)周期變化6次，且數(shù)值連續(xù)，呈3倍頻的三角波形，其調(diào)制波是馬鞍形波。而隨著調(diào)制深度K的減小，0.577＜K＜1時(shí)，在每一個(gè)扇區(qū)零序分量要經(jīng)歷四次波形變化C2&D&B&C1，因此整個(gè)周期變化24次，而且數(shù)值跳動(dòng)較大。在調(diào)制深度處于0.5＜K＜0.577時(shí)，等效調(diào)制波同樣也要經(jīng)歷四個(gè)變化C2&A2&A1&C1。當(dāng)0＜K＜0.5時(shí)，在每一個(gè)扇區(qū)零序分量要經(jīng)歷兩次波形變化A2&A1，因此整個(gè)周期變化12次，而且此時(shí)零序分量數(shù)值跳動(dòng)較大。從《基于矢量分區(qū)的三電平SVPWM模式零序分量分析》的仿真波形可見，K越小，其零序波形跳動(dòng)非常大，極大增加了共模。

本發(fā)明提出的解決上述問題的方案是：將A&C區(qū)域轉(zhuǎn)換到B&D區(qū)域進(jìn)行處理，等效于統(tǒng)一選擇B&D區(qū)間的零序電壓處理，避免出現(xiàn)調(diào)制不連續(xù)現(xiàn)象，改善調(diào)制波為平滑的馬鞍形波，減小共模。具體而言，本發(fā)明提供了一種廣義三電平SVPWM調(diào)制算法，包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)參考電壓矢量判斷所處大扇區(qū)小扇區(qū)

如圖2所示，將三相矢量圖按60°區(qū)間分成6個(gè)大扇區(qū)，每個(gè)大扇區(qū)為一個(gè)正三角形。對(duì)小扇區(qū)劃分時(shí)，不需要再細(xì)化為A1/A2/C1/C2/B/D，只需要將大扇區(qū)對(duì)應(yīng)的正三角形按30°方向分成2個(gè)小三角形。

步驟2、選擇矢量計(jì)算合成矢量的作用時(shí)間

對(duì)參考矢量V_ref，用相應(yīng)小扇區(qū)的一個(gè)大矢量V₃、一個(gè)中矢量V₂及一個(gè)小矢量V₁去合成，則有式(5)：

式(5)中，t_a、t_b、t_c分別為小矢量V₁、中矢量V₂、大矢量V₃的作用時(shí)間，T_s為參考矢量V_ref作用時(shí)間，令解得式(6)：

式(6)中，θ為參考矢量的角度。

步驟3、安排矢量序列，計(jì)算占空比

矢量排序參考以下原則：

(1)首發(fā)矢量都是正小矢量，這樣可以避免扇區(qū)切換過程中發(fā)生矢量突變；

(2)每個(gè)開關(guān)周期，每相僅會(huì)開(動(dòng)作)一次和關(guān)(動(dòng)作)一次，開關(guān)損耗較?。?/p>

(3)每相開關(guān)狀態(tài)僅有P和O之間、O和N之間的切換，不存在P和N之間的切換。

按照上述的三個(gè)原則先對(duì)第1個(gè)大扇區(qū)的的大矢量V₃、中矢量V₂及小矢量V₁的作用順序按照順時(shí)針進(jìn)行排序，再根據(jù)對(duì)稱性推算得到其余5個(gè)扇區(qū)的各矢量的作用順序。根據(jù)各大扇區(qū)各矢量的作用順序及步驟2得到的作用時(shí)間分解得到三電平逆變器系統(tǒng)中各管子的占空比。

對(duì)圖1所示的三電平逆變器進(jìn)行MATLAB仿真。逆變器BUS電壓控制在600V，電網(wǎng)線電壓有效值208V，同樣仿真條件分別用修改前和修改后兩種調(diào)制方式。圖3圖4是其仿真比較結(jié)果。由波形可見，舊算法調(diào)制波形在波峰附近有突變，共模電壓最大有100V且震蕩。而新算法調(diào)制波形是平滑的馬鞍形波，共模電壓最大50V，逆變電流波形諧波也較小。

對(duì)該三電平逆變器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。BUS電壓控制在550V/1A，電網(wǎng)線電壓有效值208V。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5圖6所示：舊算法共模電壓有效值約50V，高頻分量大而且振蕩，導(dǎo)致共模電流很大而且振蕩。本發(fā)明提供的算法共模電壓有效值約30V，高頻分量較小，共模電流很較小而且無振蕩。

可見本發(fā)明的c算法能有效改善共模電壓，優(yōu)化調(diào)制波形，電流THDI也較小。