三相四桥臂逆变器混合调制方法

本发明属于电力电子变换与控制，更具体地，涉及一种三相四桥臂逆变器混合调制方法。

背景技术：

1、为了兼容不平衡/非线性交流负载，三相三线(3p3w)逆变器可以通过接入中线，构成三相四线(3p4w)逆变器。3p4w逆变器主要有三相三桥臂四线(3p3l4w)逆变器与三相四桥臂四线(3p4l4w)逆变器两种结构。相比于3p3l4w逆变器，3p4l4w逆变器的中线电流流过的是第四桥臂而非直流侧分裂式电容，这极大减小了3p4l4w逆变器母线电容的体积，使其在功率密度上更具优势。

2、3p4l4w逆变器的基本调制方法主要有三维空间矢量调制(3d-svm)与基于载波的脉冲宽度调制(cb-pwm)两种。尽管3d-svm十分有效，但共模分量的存在使基本电压矢量呈现立体分布，导致整个矢量合成的过程非常复杂；而且，随着电平数增多，矢量数目骤增，进一步增加了矢量选择的难度。相比3d-svm，cb-pwm直观简单，易于实现，基于共模电压注入的载波调制在效果上能与矢量调制完全等效；然而，不同效果的共模电压表达式不尽相同，且计算过程较为繁琐，此外，针对3p4l4w三电平逆变器，采用载波调制还存在均压控制失效风险，这不利于系统的安全稳定运行。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种三相四桥臂逆变器混合调制方法，其目的在于如何兼备载波调制与空间矢量调制的优点，以简化调制的执行过程，充分发挥第四桥臂的控制灵活度。

2、为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种三相四桥臂逆变器混合调制方法，所述逆变器为三相四桥臂四线逆变器，包括三相桥臂、第四桥臂及lc交流滤波器，包括：

3、s1、用各相交流滤波电容电压vcfx和各相交流滤波电感电流ilfx，计算三相桥臂调制波的差模分量vmxdm和共模电压补偿前的第四桥臂调制波vmd0；

4、s2、基于所述三相桥臂调制波的差模分量vmxdm，采用空间矢量调制的方法合成三相电压矢量，以确定当前时刻合成三相电压矢量所需的基本电压矢量；

5、s3、分别计算各基本电压矢量的作用时间，进而产生三相桥臂功率器件的驱动信号以驱动三相桥臂功率器件通断；

6、s4、根据各基本电压矢量的作用时间计算三相桥臂调制波的共模分量vmcm，并用所述三相桥臂调制波的共模分量vmcm对所述共模电压补偿前的第四桥臂调制波vmd0进行共模电压补偿，得到第四桥臂调制波vmd；

7、s5、将所述第四桥臂调制波vmd与其对应的载波交截，进而产生第四桥臂功率器件的驱动信号以驱动第四桥臂功率器件通断。

8、进一步地，s4中，根据各基本电压矢量的作用时间计算三相桥臂调制波的共模分量vmcm，包括：

9、s41、根据各基本电压矢量的作用时间计算各相在当前开关周期进行开关动作的时刻tx，x∈{a,b,c}，表示a、b、c三相中的任一相；

10、s42、用各相在当前开关周期进行开关动作的时刻tx计算对应的三相桥臂的调制波vmx；

11、s43、根据三相桥臂的调制波vmx得到所述共模分量vmcm：

12、

13、其中，vmx为三相桥臂的调制波，x为a、b、c三相中的任一相。

14、进一步地，s42中，所述三相桥臂为三电平结构时，所述调制波vmx为：

15、

16、其中，ts为开关周期，tx表示各相在当前开关周期进行开关动作的时刻，0→-1表示该相在当前开关周期从0电平切换成-1电平，1→0表示该相在当前开关周期从1电平切换成0电平。

17、进一步地，s42中，所述三相桥臂为两电平结构时，所述调制波vmx为：

18、vmx＝4tx/ts-1

19、其中，ts为开关周期，tx表示各相在当前开关周期进行开关动作的时刻。

20、进一步地，s1包括：

21、将各相交流滤波电容电压vcfx中的差模分量与设定的逆变器差模控制环路指令值作差之后进行放大；

22、将放大结果与对应各相交流滤波电感电流ilfx中的差模分量相减，得到三相桥臂中各相桥臂调制波的差模分量vmxdm；

23、将各相交流滤波电容电压vcfx中的共模分量与设定的逆变器共模控制环路指令值作差之后进行放大；

24、将放大结果与对应各相交流滤波电感电流ilfx中的共模分量相减，得到所述共模电压补偿前的第四桥臂调制波vmd0。

25、进一步地，所述设定的逆变器差模控制环路指令值为三相对称正弦波vrefx；

26、所述设定的逆变器共模控制环路指令值为0。

27、进一步地，s2中，确定合成当前时刻三相电压矢量所需的基本电压矢量，包括：

28、判断当前时刻三相电压矢量所在的大小扇区；

29、根据当前时刻三相电压矢量所在的大小扇区，确定合成当前时刻三相电压矢量所需的基本电压矢量。

30、按照本发明的第二方面，提供了一种控制器，用于执行如第一方面任一项所述的三相四桥臂逆变器混合调制方法。

31、按照本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括计算机可读存储介质和处理器；

32、所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；

33、所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令执行第一方面任一项所述的三相四桥臂逆变器混合调制方法。

34、按照本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如第一方面任一项所述的三相四桥臂逆变器混合调制方法。

35、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

36、(1)本发明的三相四桥臂逆变器混合调制方法，基于三相桥臂调制波的差模分量vmxdm合成三相电压矢量，计算当前时刻合成三相电压矢量所需基本电压矢量的作用时间，进而对三相桥臂进行矢量调制；基于三相桥臂基本电压矢量的作用时间计算三相桥臂调制波的共模分量vmcm，并注入第四桥臂调制波中，进而对第四桥臂进行载波调制。本发明的混合调制方法先对三相桥臂采用空间矢量调制，在此基础上，通过三相桥臂的调制波间接计算共模分量并将其注入第四桥臂调制波中，以对第四桥臂进行载波调制，该方法实现了三相桥臂与第四桥臂的解耦调制，有效避免了现有采用载波调制时复杂的共模分量计算过程及均压控制失效风险，同时，仅仅三相桥臂采用矢量调制，大幅度降低了现有采用矢量调制所需的电平数，降低了调制执行的复杂度，兼备载波调制与空间矢量调制的优点，简化了调制实现过程，充分发挥第四桥臂的控制灵活度。

37、同时，本发明的三相四桥臂逆变器混合调制方法，通过选择当前时刻合成三相电压矢量所需的基本电压矢量，并确定各基本电压矢量的作用时间，各基本电压矢量作用时间的合理选择与分配能够使计算得到的三相桥臂调制波的共模分量vmcm满足期望注入的共模电压，将期望注入的共模电压注入第四桥臂调制波中，可以实现减小开关损耗，提高直流侧电压利用率，或者降低emi等目的。

38、总而言之，本发明的混合调制方法，将三相桥臂采用空间矢量调制，第四桥臂采用载波调制，兼备载波调制与空间矢量调制的优点，简化了执行过程，并充分发挥第四桥臂的控制灵活度，便于注入期望的共模电压，以减小开关损耗，提高直流侧电压利用率，或者降低emi。