一种相移不连续脉宽调制方法及三相变换器与流程

本发明涉及不连续脉宽调制，特别是一种相移不连续脉宽调制方法及三相变换器。

背景技术：

1、三相变换器作为直流电网络与交流电网络的接口电路，一直在电力电子技术中占据重要地位。近几十年来，工业界和学术界对于这两种变换器的研究一直在进行，并有大量学术成果和技术方案涌现，其中针对这两种变换器的效率和成本优化无疑是一个重要研究方向。

2、在现有技术中，三相变换器拓扑可以简化为图1。不连续脉宽调制(discontinuouspulse width modulation,dpwm)策略被认为是一种成熟可靠的效率优化方案。dpwm调制策略可以使得变换器在交流侧电流波峰和波谷处存在一相桥臂或者两相桥臂的开关器件不动作，极大地减少了变换器的开关损耗。采用现有dpwm调制策略时，在直流侧电容中点m与交流侧滤波电容中性点n之间存在幅值较大的共模电压，这使得直流侧采样电路与交流侧采样电路之间需要利用隔离电路进行隔离，以使得硬件电路安全稳定运行。隔离电路所带来的额外成本无疑限制了dpwm调制技术在三相变换器中的应用。

3、由于目前电力电子变换器的高频、高功率密度趋势，金属外壳和多层pcb结构等工艺普遍应用于电力电子产品中。期刊文献《analysis and improvement of the effectdistributed parasitic capacitance on high-frequency high-density three-phasebuck rectifier》指出这些工艺会为三相变换器的交、直流侧之间建立共模干扰通路，这将严恶化交流侧电流质量。因此，一般情况下需要加入共模抑制电路以减小共模干扰对交流侧电流质量的影响，共模(common mode,cm)抑制电路由共模滤波电容cp和cn、共模抑制单元(common mode suppressor unit，cmsu)组成，如图2所示。然而,当采用现有dpwm调制策略时，m、n点之间会引入较大的共模电压vmn，该共模电压会在共模抑制单元上产生共模电流，该共模电流在交流侧电感、三相整流桥臂和共模抑制电路之间环流，带来一定的损耗。

4、中国专利文献cn116686201a的专利公开了一种不连续脉宽调制方法及三相逆变器调制电路。在该专利中，通过对比三相交流电压大小关系，然后根据最大、最小相电压得到零序分量，并引入系数“k”对零序分量进行调节。该专利中提出一种dpwm调制策略的简化实现方式，并且一定程度上保留了dpwm调制方法的高效率。在该方案中，零序分量由三相交流电压计算得到，可认为是定值，调制信号则需环路计算得到，因此，当环路波动时，dpwm调制策略是难以实现的。

5、中国专利文献cn116827157a的专利公开了一种基于不连续调制的光伏并网逆变系统及控制方法。在该专利中，通过构建方波信号实现了对多电平逆变器的多目标优化，方波与三相正弦调制信号的交点用于划分钳位区间，共模电流的补偿和中点电位的平衡均通过调整方波信号的脉宽和幅值实现，实现方式较为简单。在该方案中，共模电流的补偿和中点电位的平衡无法同时实现，需要利用预设的优先级对其中一个目标进行优化。并且共模电流的补偿依赖于共模电流环路，即补偿具有严重的滞后性且只可补偿共模电流的直流分量，因此，补偿效果差强人意。

6、中国专利文献cn115566918a的专利公开了一种三电平逆变器及其不连续脉宽调制方法和装置。在该专利中，通过三相调制电压及初始最小三相调制电压进行钳位约束和共模电压约束给出多种矢量组合，在以最小中线电流为标准选取最优矢量组合，以实现对中点电位的有效控制。在该方案中，首先需要将多种矢量组合存储于控制器中，占用了大量控制器内存；需要频繁计算最小中线电流，以选取最优矢量组合，减慢了软件运行速度；此外，调制策略需要频繁切换，这导致三相交流侧电流严重畸变。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种相移不连续脉宽调制方法及三相变换器。

2、本发明的技术方案是设计相移不连续脉宽调制方法，包括：在三相变换器运行时，任意开关周期内均有一相桥臂的开关器件保持导通或保持关断、另外两相桥臂的开关器件的驱动信号之间存在移相比δφ，以使得任意时刻均有三相桥臂中每一相桥臂的上桥臂开关器件不同时导通或关断。

3、进一步的，所述任意开关周期内均有一相桥臂的开关器件保持导通或保持关断、另外两相桥臂的开关器件的驱动信号之间存在移相比δφ，包括：

4、当所述三相变换器有一相桥臂的开关器件的调制信号钳位至载波峰值时，任意时刻均有另外两相桥臂的上桥臂开关器件至多有一相驱动信号为高电平；当所述三相变换器有一相桥臂的开关器件的调制信号钳位至载波谷值时，任意时刻均有另外两相桥臂的上桥臂开关器件至少有一相驱动信号为高电平。

5、进一步的，所述任意开关周期内均有一相桥臂的开关器件保持导通或保持关断、另外两相桥臂的开关器件的驱动信号之间存在移相比δφ，还包括：

6、第一调制策略：所述三相变换器中一相桥臂的开关器件保持导通或保持关断，另外两相桥臂中相电压较大的桥臂的上桥臂开关器件的驱动信号的高电平中间时刻为φ1ts、相电压较小的桥臂的上桥臂开关器件的驱动信号的高电平中间时刻为φ2ts；

7、第二调制策略：所述三相变换器中一相桥臂的开关器件保持导通或保持关断，另外两相桥臂中相电压较小的桥臂的上桥臂开关器件的驱动信号的高电平中间时刻为φ1ts、相电压较大的桥臂的上桥臂开关器件的驱动信号的高电平中间时刻为φ2ts；

8、其中，ts为所述驱动信号的开关周期，δφ＝φ2-φ1，且φ2>φ1。

9、进一步的，所述三相变换器的交流周期划分为3z个钳位区间，每个所述钳位区间至少包括一个所述开关周期，任意一相调制信号钳位至载波峰值或载波峰谷的钳位区间为所述调制信号所对应相的钳位区间；

10、其中，z为正整数。

11、进一步的，任意相邻两个所述钳位区间之间的切换时刻为所述驱动信号的开关周期的开始时刻或结束时刻。

12、进一步的，在所述任意一相调制信号处于上升阶段和下降阶段所在钳位区间内，与所述调制信号对应的桥臂的上桥臂开关器件驱动信号的高电平中间时刻位置不同，以使得任意时刻均有三相桥臂中每一相桥臂的上桥臂开关器件不同时导通或关断。

13、进一步的，包括：

14、任意一相调制信号可选择在进入所述调制信号所对应相的钳位区间时、退出所述调制信号所对应相的钳位区间时或所述调制信号所对应相的钳位区间内，更改所述调制信号所对应相桥臂的驱动信号的高电平中间时刻位置。

15、进一步的，包括：所述三相变换器的交流周期划分为6个钳位区间，6个所述钳位区间的切换时刻依次是t1、t2、t3、t4、t5、t6；

16、所述三相变换器的a相调制信号在t1、t3、t4、t6更改上桥臂开关器件的高电平中间时刻，b相调制信号在t2、t3、t5、t6更改上桥臂开关器件的高电平中间时刻，c相调制信号在t1、t2、t4、t5更改上桥臂开关器件的高电平中间时刻。

17、进一步的，所述三相变换器的交流周期划分为12个钳位区间，12个所述钳位区间的切换时刻依次是t0、t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9、t10、t11；

18、当所述三相变换器运行于第一调制策略时，所述三相变换器的a相调制信号在t0、t1、t5、t6、t7、t11更改上桥臂开关器件的高电平中间时刻，b相调制信号在t3、t4、t5、t9、t10、t11更改上桥臂开关器件的高电平中间时刻，c相调制信号在t1、t2、t3、t7、t8、t9更改上桥臂开关器件的高电平中间时刻。

19、本发明还提出了一种采用上述相移不连续脉宽调制方法的三相变换器，包括：a相桥臂、b相桥臂、以及c相桥臂；所述a相桥臂、所述b相桥臂、以及所述c相桥臂在任意开关周期内均有一相桥臂的开关器件保持导通或保持关断、另外两相桥臂的开关器件的驱动信号之间存在移相比δφ，以使得任意时刻均有三相桥臂中每一相桥臂的上桥臂开关器件不同时导通或关断。

20、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

21、本发明提出的相移不连续脉宽调制方法通过在任意开关周期内均有一相桥臂的开关器件保持导通或保持关断、另外两相桥臂的开关器件的驱动信号之间存在移相比δφ，使任意时刻均有三相桥臂中每一相桥臂的上桥臂开关器件不同时导通或关断，降低了直流侧电容中点m与交流侧滤波电容中性点n之间的共模电压和共模电流，在一定程度上减小了三相变换器的整体损耗。同时，采用本发明提出的相移不连续脉宽调制方法，可省去现有dpwm调制所额外使用的隔离电路，采样电路的基准地可统一放在直流侧电容中点或者交流侧滤波电容中性点。也即，本发明提出的相移不连续脉宽调制方法在简化采样电路设计、优化成本的基础上，优化了三相变换器的效率。