一种三相四开关逆变器自适应脉宽调制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于逆变器控制技术领域，具体涉及一种三相四开关逆变器自适应脉宽调 制方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代电力电子技术的发展，逆变器已广泛应用于电机驱动、动力推进、新能源 发电、有源滤波装置等领域。根据逆变器的电平数，可分为两电平、三电平以及更高电平逆 变器。多电平的优势在于更小的电流谐波、更低的开关器件电压应力，然而其主要缺点是开 关器件增多导致控制复杂、系统成本较高、可靠性下降。因此目前国内外学者对两电平即三 相六开关逆变器的研宄较多，该类逆变器也是工业应用的主流产品。
[0003] 在实际应用中，三相六开关逆变器的功率器件会存在可靠性问题。当逆变器的某 一个功率开关管发生故障时，若不及时改变做相应的硬件电路调整并施以正确的控制方 法，将产生严重的后果。学者针对上述问题，提出了三相六开关逆变器的容错拓扑结构，通 过增加硬件开关，将发生开关器件故障的电机相绕组接至电容中性点，得到三相四开关型 逆变器拓扑结构，作为故障时的替代电路。因此，对三相四开关逆变器进行合理的控制以保 证故障前后系统性能基本不变显得尤为重要。
[0004] 目前对三相四开关逆变器的控制主要通过正弦脉宽调制（SPWM)、空间矢量脉宽调 制（SVPWM)等调制算法。这些算法存在一定的局限性，如常规SVPWM算法在进行扇区判断时 默认中点电容电压不发生波动。事实上，连接电容中性点的电机相绕组中流过周期变化的 电流，而这将导致电容持续地充放电，中点电容电压存在周期性的波动。若波动过大，常规 不考虑波动的SVPWM将出现扇区判断错误，导致输出电压非所需电压，影响系统运行性能。 特别在低频、大电流的情况下，逆变器调制出的三相电压不平衡现象尤为严重。并且扇区判 断以及矢量作用时间计算需用到反三角函数，对控制器的计算速度和精度的要求较高。
[0005] 为此，亟需探索一种算法，既能够实时准确有效地根据中性点电容电压波动情况 调制出所需的电压矢量，保证系统的稳定运行，又能够简化计算过程。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种三相四开关逆变器自适 应脉宽调制方法，无需扇区判断和复杂的反三角函数运算，简化了计算过程，降低了对控制 器的要求。
[0007] -种三相四开关逆变器自适应脉宽调制方法，包括如下步骤：
[0008] (1)采集三相四开关逆变器的直流母线电压vd。以及逆变器电容相中与直流母线 正极相连的电容电压火1;
[0009] (2)将逆变器的调制电压转换为静止a-0坐标系下的电压矢量VaP;
[0010] ⑶根据所述的直流母线电压Vd。、电容电压Vd以及电压矢量Vafi，计算确定逆变 器两开关相上桥臂开关管对应的导通时刻^和12;
[0011] (4)将导通时刻心和12分别与给定的对称三角载波进行比较，得到逆变器开关相 各开关管的开关控制信号（同一相上下桥臂开关管的开关控制信号互补），用以对逆变器 进行控制。
[0012] 所述的步骤（3)中，若逆变器的电容相对应A相，两开关相对应B相和C相，则根 据以下算式计算确定导通时刻1^和12:
【主权项】
1. 一种三相四开关逆变器自适应脉宽调制方法，包括如下步骤： (1) 采集三相四开关逆变器的直流母线电压Vd。以及逆变器电容相中与直流母线正极 相连的电容电压νε1; (2) 将逆变器的调制电压转换为静止α-β坐标系下的电压矢量Vafi; (3) 根据所述的直流母线电压Vd。、电容电压Vca以及电压矢量V a e，计算确定逆变器两 开关相上桥臂开关管对应的导通时刻tJP 12; (4) 将导通时刻&和12分别与给定的对称三角载波进行比较，得到逆变器开关相各开 关管的开关控制信号，用以对逆变器进行控制。
2. 根据权利要求1所述的自适应脉宽调制方法，其特征在于：所述的步骤（3)中，若逆 变器的电容相对应A相，两开关相对应B相和C相，则根据以下算式计算确定导通时刻&和
其中：Vc^p V ρ分别为电压矢量V αΡ的a轴分量和β轴分量，T为调制周期。
3. 根据权利要求1所述的自适应脉宽调制方法，其特征在于：所述的步骤（3)中，若逆 变器的电容相对应B相，两开关相对应A相和C相，则根据以下算式计算确定导通时刻心和
其中：Vc^p V ρ分别为电压矢量V αΡ的α轴分量和β轴分量，T为调制周期。
4.根据权利要求1所述的自适应脉宽调制方法，其特征在于：所述的步骤（3)中，若逆 变器的电容相对应C相，两开关相对应A相和B相，则根据以下算式计算确定导通时刻心和
其中：Vc^P V ,分别为电压矢量V αβ的α轴分量和β轴分量，T为调制周期。
【专利摘要】本发明公开了一种三相四开关逆变器自适应脉宽调制方法，该调制方法考虑到了中点电容波动这一实际情况，上桥臂开关管在一个调制周期内开始触发导通的时刻t1和t2由逆变器的参考电压分量Vα和Vβ，直流母线电压Vdc，与直流母线正极相连的电容电压Vc1以及PWM的调制周期T计算得到，能够根据中点电容电压的波动实时的调节，实现了PWM的自适应控制，无需进行扇区的判断和复杂的反三角函数运算，简化了计算过程，降低了对控制器的要求，可运用到三相四开关逆变器的控制领域，如三相四开关逆变器供电的电机控制，并网逆变器的控制或三相四开关有源滤波器中对逆变器的控制领域。
【IPC分类】H02P27-12
【公开号】CN104539220
【申请号】CN201510021882
【发明人】孙丹, 周文志, 陈敏
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月16日