基于载波调制的T型三电平变换器的共模电压抑制方法

本发明涉及电力电子多电平变换器，尤其是涉及基于载波调制的t型三电平变换器的共模电压抑制方法。

背景技术：

1、t型三电平功率变换器因其低谐波含量、低电压应力和高功率容量等特点，在新能源光伏并网和电机驱动牵引等领域得到广泛应用，凭借其独特的特性，正逐渐成为科学研究和工业应用中的热点之一。针对t型三电平变换器的调制策略，主要有传统的空间矢量脉宽调制（svpwm）和基于载波调制（cbpwm）。svpwm技术需要对空间中的矢量作用时间和作用顺序进行精确控制，相较之下，采用cbpwm技术对变换器进行输出控制是一种简单而实用的方法，如载波层叠脉宽调制（pdpwm）。pdpwm能够轻松实现对变换器的控制，并有效降低非必要开关损耗。

2、然而，上述pwm变换器存在一个固有的问题，即共模电压，同时开关器件的高频动作会导致共模电压含有高的dv/dt。高共模电压不仅会影响系统的稳定性，导致电机绕组故障和轴承受损，还可能通过寄生电容产生共模电流，引发电磁干扰（emi）的问题。为了确保系统的可靠运行和变换器输出的稳定性，必须对共模电压进行抑制。关于此问题，目前主要有两类共模电压抑制思路，一类是对变换器拓扑本身进行改进，或是增加额外的滤波设备，但这无疑会增加硬件成本；另一类则是对现有调制技术进行改进和创新，但复杂的调制技术在实际应用中往往会有较大的实施难度。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于载波调制的t型三电平变换器的共模电压抑制方法，可以有效解决共模电压高幅值的问题以及型t型三电平变换器的共模电压抑制过程中的计算复杂且数字控制器负担重的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于载波调制的t型三电平变换器的共模电压抑制方法，包括以下步骤：

3、s1、确定共模电压的所有值和需要消除的最大共模电压值；

4、s2、确定t型三电平变换器的输出调制度 m；

5、s3、在不同调制度 m下，找到恰好能够消除最大共模电压的临界移相电角度 θ*，并对二者所组成的数据集进行曲线拟合；

6、s4、针对t型三电平变换器的交流输出的要求，确定相应的调制度 m的大小，然后利用所得的曲线拟合公式，确定临界移相电角度 θ*的值，并对下层载波进行移相；

7、s5、对三相调制波和上、下层载波进行比较，实现pwm控制，输出开关脉冲信号；

8、s6、将三相pwm开关信号分配至t型三电平变换器对应的三相功率开关器件。

9、优选的，在步骤s1中，利用开关函数表示t型三电平变换器的输出电压和负载电压，经公式变换后，根据共模电压定义得到开关函数表示的共模电压方程，代入t型三电平变换器的27种不同的开关状态，确定共模电压的幅值有4种，但在基于载波的正弦脉宽调制下幅值只有3种，若直流侧电压表示为 vdc，3种幅值分别为 vdc/3、 vdc/6、0，最大共模电压则为± vdc/3。

10、优选的，开关函数表示的t型三电平变换器输出电压为：

11、；

12、负载电压的开关函数表达式为：

13、；

14、其中， vao、 vbo、 vco分别为t型三电平变换器a、b、c三相的输出相电压，sa、sb、sc分别为t型三电平变换器a、b、c三相的开关状态函数， van、 vbn、 vcn分别为t型三电平变换器a、b、c三相的负载电压，得到t型三电平变换器的共模电压的开关函数表达式为：

15、；

16、其中， vcmv为t型三电平变换器的共模电压。

17、优选的，在步骤s2中，通过负载电压基波幅值和直流侧电压值确定t型三电平变换器的输出调制度 m。

18、优选的，调制度 m定义为负载电压基波幅值和直流侧电压的半值之比，即：

19、；

20、其中， van1为a相负载电压基波幅值。

21、优选的，在步骤s3中，针对不同的调制度 m，在电角度为-180°至180°范围内遍历下层载波移相角度 θ，找到恰好能够消除最大共模电压的临界移相电角度 θ*；利用最小二乘拟合法对数据集进行曲线拟合。

22、优选的，只对下层载波cr2左移，即θ>0侧进行拟合，右移的数据则根据对称性来得到，分别在调制度m为0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0时，在电角度为0°至180°范围内遍历下层载波移相角度 θ，找到恰好能够抑制最大共模电压的临界移相电角度 θ*，利用最小二乘法拟合的公式结果为：

23、。

24、优选的，在步骤s4中，选择在-180°至-θ*和θ*至180°范围内的任一值对下层载波cr2进行移相，消除潜在的高共模电压的开关状态。

25、优选的，在步骤s5中，利用三相负载电压的基波幅值，根据调制度 m确定归一化后的a、b、c三相正弦调制波信号va、vb、vc，并与上、下层载波比较，得到pwm信号。

26、优选的，在步骤s6中，将与t型三电平变换器a、b、c三相的开关状态函数相匹配的各个功率开关器件的pwm信号进行分配，sx1分配给功率开关器件tx1，sx2分配给功率开关器件tx2，sx3分配给功率开关器件tx3，sx4分配给功率开关器件tx4，其中，sx1、sx2、sx3、sx4分别为具体到每一个功率开关器件的三相开关脉冲信号。

27、因此，本发明采用上述的一种基于载波调制的t型三电平变换器的共模电压抑制方法具有如下有益效果：

28、（1）可以解决t型三电平变换器的高共模电压抑制的问题，通过对下层载波进行移相，消除对应于高共模电压的开关状态。

29、（2）简单便利，对数字控制器计算资源占用低，无需额外成本。

30、（3）在低调制度下，下层载波的移相电角度的范围仍有很宽的裕度，可以实现高容错率。

31、（4）本发明对变换器交流侧的波形输出影响较小，下层载波在范围内移相后均能达到相同的共模电压抑制效果，将共模电压抑制到原本值的50%。

32、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。