一种逆变器载波等效VSVPWM调制方法

本发明涉及电力电子，具体为一种逆变器载波等效vsvpwm调制方法。

背景技术：

1、在电力电子技术领域，中点钳位(neutral point clamped,npc)型三电平逆变器因其高效率、低谐波含量和较低的开关损耗等优点，在高压大功率变频调速、有源电力滤波器和静止无功补偿器等应用中得到了广泛的关注和应用。然而，npc型逆变器在运行过程中常面临一个关键问题——直流侧电容中点电压失衡。中点电压的不平衡会严重影响逆变器的输出电压波形质量，甚至导致系统不稳定和损坏设备。

2、传统的中点电压平衡方法主要通过硬件均压电路来实现，同时也采用基于调制的均压策略，虽然能在一定程度上缓解中点电压不平衡问题，但在复杂工况和高功率因数条件下，其均压效果往往不够理想。特别是当逆变器运行在中高调制度时，传统方法的中点调节能力显著下降，无法满足高精度、高稳定性的应用需求。

3、此外，传统的虚拟空间矢量脉宽调制(virtual space vector pulse widthmodulation,vsvpwm)技术在实现上也较为复杂，需要精确的算法设计和复杂的逻辑控制，这不仅增加了系统的复杂性和成本，也限制了其在某些高性能要求场合的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提出一种逆变器载波等效vsvpwm调制方法，该技术方案能够有效解决npc型逆变器中点电压不平衡的问题。

2、为实现上述目的，本公开实施例提供一种逆变器载波等效vsvpwm调制方法，包括：

3、采用载波调制的方法实现等效vsvpwm，得到三相六组开关器件的占空比：

4、利用差模共模组合注入策略调整每相桥臂的开关器件占空比以消除中点电压不平衡，包括：

5、在共模注入模式下，对各相从开关器件占空比中任选一个注入共模量；在差模注入模式，对各相对开关器件占空比分别注入等幅反向的差模量；

6、rdm为差模注入幅值限制系数，其范围为[0,1]，当rdm＝1时，组合注入等效为差模注入，当rdm＝0时，组合注入等效为共模注入，通过控制幅值限制系数rdm以调节差模注入与共模注入的比例。

7、基础方案的有益效果：本技术方案通过载波调制实现等效vsvpwm，优化逆变器的输出电压波形，使其更接近正弦波，从而提高电压利用率，此外，载波等效也能够简化vsvpwm的实现。

8、本技术方案还结合差模共模组合注入策略调制三相六组开关器件的占空比，差模共模组合注入策略能够灵活调整每相桥臂开关器件的占空比，从而有效消除中点电压不平衡。同时，差模共模组合注入策略也有助于平衡各相桥臂的开关器件工作状态，提高系统的整体效率。

9、作为一种可实施的优选方案，载波等效vsvpwm调制方法归纳为如下线性方程组：

10、

11、其中，umax、umid和umin表示从大到小排序后的三相电源电压，dxp、dxo、dxn表示开关状态占空比，并根据相电压大小排序后将下标x按照排序后大小替换为max、mid或min。

12、作为一种可实施的优选方案，三相六组开关器件的占空比具体如下：

13、

14、其中，dmax1表示相电压最大相第一个开关器件smax1的占空比；dmax2表示相电压最大相第二个开关器件smax2的占空比；dmid1表示相电压中间相第一个开关器件smid1的占空比；dmid2表示相电压中间相第一个开关器件smid2的占空比；dmin1表示相电压最小相第一个开关器件smin1的占空比；dmin2表示相电压最小相第一个开关器件smim2的占空比。

15、作为一种可实施的优选方案，差模共模组合注入策略中，经过差模共模两次注入后，开关器件占空比被修正为：

16、

17、其中，d″max1表示相电压最大相第一个开关器件smax1的修正占空比；d″max2表示相电压最大相第二个开关器件smax2的修正占空比；d″mid1表示相电压中间相第一个开关器件smid1的修正占空比；d″mid2表示相电压中间相第一个开关器件smid2的修正占空比；d″min1表示相电压最小相第一个开关器件smin1的修正占空比；d″min2表示相电压中间相第一个开关器件smim2的修正占空比；signx表示调节方向，x＝max,mid,min，当signx>0时，该相电流不利于中点调节，当signx<0时，该相电流有利于中点调节；k表示差模共模的注入系数。

18、作为一种可实施的优选方案，将差模共模注入的系数k的统一表达式为：

19、

20、其中，tc表示调制时间，ix根据其下标，指最大相、中间相或最小相的电流。

21、作为一种可实施的优选方案，双调制波调制规则，包括：

22、p相桥臂包括开关器件sx1和sx2，调制关系为dx1>uc，dx2>uc；

23、o相桥臂包括开关器件sx2和sx3，调制关系为dx1<uc，dx2>uc；

24、n相桥臂包括开关器件sx3和sx4，调制关系为dx1<uc，dx2<uc；

25、其中，dx1表示sx1的占空比，dx2表示sx2的占空比，uc为归一化的正三角载波。

26、作为一种可实施的优选方案，将相开关状态作用时间以占空比形式表示为：dxp、dxo、dxn；这些开关状态占空比与器件占空比dx1、dx2存在如下关系：

27、

28、作为一种可实施的优选方案，共模注入范围和注入位置的关系，还包括：

29、注入位置dmax1的第一注入范围为[0,dmaxo]，第二注入范围为[-dmaxp,0]；

30、注入位置dmax2的第一注入范围为[-dmaxo,0]，第二注入范围为0；

31、注入位置dmid1的第一注入范围为[0,dmido]，第二注入范围为[-dmidp,0]；

32、注入位置dmid2的第一注入范围为[-dmido,0]，第二注入范围为[0,dmidn]；

33、注入位置dmin1的第一注入范围为[0,dmino]，第二注入范围为0；

34、注入位置dmin2的第一注入范围为[-dmino,0]，第二注入范围为[0,dminn]；

35、第一注入范围指signx>0的注入范围，第二注入范围指signx<0的注入范围；

36、dxp、dxo、dxn表示开关状态占空比，并根据相电压大小排序后将下标x按照排序后大小替换为max、mid或min。

37、作为一种可实施的优选方案，差模注入模式下产生的等效电流为2ix，各相的差模注入量范围为：

38、dxdm∈[-dxo/2,min(dxp,dxn)]

39、dxp、dxo、dxn表示开关状态占空比。

40、作为一种可实施的优选方案，在电压偏移较小时应当对注入模式进行限制，去掉共模注入的方案中对dmax1，dmid2、dmin1注入符号为正的dcm和对dmax2，dmid1、dmin2注入符号为正的dcm，以及差模注入的max相和min相；

41、其中，dmax1表示相电压最大相第一个开关器件smax1的占空比；dmax2表示相电压最大相第二个开关器件smax2的占空比；dmid1表示相电压中间相第一个开关器件smid1的占空比；dmid2表示相电压最大相第一个开关器件smid2的占空比；dmin1表示相电压最小相第一个开关器件smin1的占空比；dmin2表示相电压最大相第一个开关器件smim2的占空比。