一种抑制新能源电驱系统中共模电压的调制方法及设备

本发明涉及电压调制，特别是涉及一种抑制新能源电驱系统中共模电压的调制方法及设备。

背景技术：

1、近年来，新能源技术的快速发展促进了逆变器相关技术的快速发展，同时对逆变器的稳定安全运行提出了更高的要求。永磁同步电机（permanent magnet synchronousmotor，pmsm）具备体积小、结构简单、高效节能等特点，被广泛应用于新能源汽车领域，两电平电压源逆变器以其可靠性高、技术成熟、成本低，广泛应用于pmsm的驱动。传统的空间矢量脉宽调制和非连续脉宽调制是两电平电压源逆变器的标准调制方法。然而，传统的调制方法会在新能源电驱系统中引入较大的共模电压。

2、共模电压会导致许多工程应用问题，如电磁干扰、传感器故障甚至物理损坏等。在新能源电驱系统中，共模电压传递到电机将引起轴电流和轴电压问题，轴电流过大将使电机轴承损坏，轴电压则会通过寄生电容传递到外部空间中，造成电磁干扰。共模电压经直流母线耦合到电池中，将影响电池内部控制器工作以及电压诊断。

3、目前针对两电平逆变器的共模电压抑制算法主要有：有源零矢量调制算法、远矢量调制算法和近矢量调制算法。有源零矢量调制算法可以有效减小共模电压幅值，并且其线性调制区没有受到约束，但是其会导致较大的电流谐波，并且在考虑死区效应时，存在共模电压尖峰和过大的线电压变化率等问题。远矢量调制算法和近矢量调制算法虽然能减小共模电压，但是其调制范围相比传统空间矢量调制受到限制，并且同样伴随较大电流畸变。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种抑制新能源电驱系统中共模电压的调制方法及设备，能够在抑制共模电压的同时减小电流谐波，消除传统调制算法带来的共模电压尖峰和线电压突变。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案。

3、一种抑制新能源电驱系统中共模电压的调制方法，包括：

4、获取参考电压矢量，并根据参考电压矢量的相角确定参考电压矢量所处的扇区；所述参考电压矢量由三相参考电压经坐标变换得到；所述三相参考电压由直流电压经逆变器逆变得到；

5、基于抑制共模电压调制算法，根据参考电压矢量所处的扇区确定用于合成参考电压矢量的四个非零电压矢量；

6、基于伏秒平衡原理，确定四个非零电压矢量的作用时间关于参考电压矢量的数学表达式；

7、基于谐波磁链最小化原则，根据四个非零电压矢量的作用时间关于参考电压矢量的数学表达式建立作用时间优化模型；

8、对作用时间优化模型进行求解，得到四个非零电压矢量的作用时间；

9、根据四个非零电压矢量的作用时间计算共模注入电压，并将共模注入电压与三相参考电压相加，得到调制波；

10、根据参考电压矢量所处的扇区确定三相载波，并将三相载波与调制波相比较，产生pwm脉冲；所述pwm脉冲用于驱动电机旋转。

11、可选地，参考电压矢量与三相参考电压的坐标变换公式为：

12、；

13、其中，为参考电压矢量的轴分量，为参考电压矢量的轴分量，为a相参考电压，为b相参考电压，为c相参考电压。

14、可选地，基于抑制共模电压调制算法，根据参考电压矢量所处的扇区确定用于合成参考电压矢量的四个非零电压矢量，具体包括：

15、当参考电压矢量所处的扇区为s1扇区时，用于合成参考电压矢量的四个非零电压矢量分别为v6、v1、v2和v3，四个非零电压矢量的作用顺序为v6-v1-v2-v3-v2-v1-v6；

16、当参考电压矢量所处的扇区为s2扇区时，用于合成参考电压矢量的四个非零电压矢量分别为v1、v2、v3和v4，四个非零电压矢量的作用顺序为v1-v2-v3-v4-v3-v2-v1；

17、当参考电压矢量所处的扇区为s3扇区时，用于合成参考电压矢量的四个非零电压矢量分别为v2、v3、v4和v5，四个非零电压矢量的作用顺序为v2-v3-v4-v5-v4-v3-v2；

18、当参考电压矢量所处的扇区为s4扇区时，用于合成参考电压矢量的四个非零电压矢量分别为v3、v4、v5和v6，四个非零电压矢量的作用顺序为v3-v4-v5-v6-v5-v4-v3；

19、当参考电压矢量所处的扇区为s5扇区时，用于合成参考电压矢量的四个非零电压矢量分别为v4、v5、v6和v1，四个非零电压矢量的作用顺序为v4-v5-v6-v1-v6-v5-v4；

20、当参考电压矢量所处的扇区为s6扇区时，用于合成参考电压矢量的四个非零电压矢量分别为v5、v6、v1和v2，四个非零电压矢量的作用顺序为v5-v6-v1-v2-v1-v6-v5。

21、可选地，四个非零电压矢量的作用时间关于参考电压矢量的数学表达式为：

22、；

23、；

24、其中，为参考电压矢量，为开关周期，为非零电压矢量的作用时间，为非零电压矢量的作用时间，为非零电压矢量的作用时间，为非零电压矢量的作用时间，、、和的取值均为1至6。

25、可选地，所述作用时间优化模型包括目标函数和约束条件，优化目标为在约束条件的约束下使目标函数取得最小值；

26、目标函数的数学表达式为：

27、；

28、；

29、；

30、；

31、；

32、其中，为目标函数值，和均为中间参数，为常数，为非零电压矢量作用的占空比，为参考电压矢量，为参考电压矢量转换至第一扇区后的轴分量，为参考电压矢量转换至第一扇区后的轴分量，为参考电压矢量的相角，为参考电压矢量所处的扇区编号；

33、约束条件的数学表达式为：

34、；

35、其中，为非零电压矢量作用的占空比，为非零电压矢量的序号，为非零电压矢量允许的最小占空比，、、和的取值均为1至6。

36、可选地，根据四个非零电压矢量的作用时间计算共模注入电压，具体包括：

37、根据四个非零电压矢量的作用时间计算平均共模电压；

38、根据平均共模电压和参考电压矢量所处的扇区确定共模注入电压。

39、可选地，所述平均共模电压的计算公式为：

40、；

41、其中，为平均共模电压，为直流电压，为非零电压矢量作用的占空比，为非零电压矢量作用的占空比，为非零电压矢量作用的占空比，为非零电压矢量作用的占空比为参考电压矢量转换至第一扇区后的轴分量，为参考电压矢量转换至第一扇区后的轴分量，、、和的取值均为1至6。

42、可选地，根据平均共模电压和参考电压矢量所处的扇区确定共模注入电压，具体包括：

43、当参考电压矢量所处的扇区为s1扇区时，共模注入电压为；

44、当参考电压矢量所处的扇区为s2扇区时，共模注入电压为；

45、当参考电压矢量所处的扇区为s3扇区时，共模注入电压为；

46、当参考电压矢量所处的扇区为s4扇区时，共模注入电压为；

47、当参考电压矢量所处的扇区为s5扇区时，共模注入电压为；

48、当参考电压矢量所处的扇区为s6扇区时，共模注入电压为。

49、可选地，根据参考电压矢量所处的扇区确定三相载波，具体包括：

50、当参考电压矢量所处的扇区为s1扇区时，三相载波分别为、和；

51、当参考电压矢量所处的扇区为s2扇区时，三相载波分别为、和；

52、当参考电压矢量所处的扇区为s3扇区时，三相载波分别为、和；

53、当参考电压矢量所处的扇区为s4扇区时，三相载波分别为、和；

54、当参考电压矢量所处的扇区为s5扇区时，三相载波分别为、和；

55、当参考电压矢量所处的扇区为s6扇区时，三相载波分别为、和。

56、一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现所述的抑制新能源电驱系统中共模电压的调制方法。

57、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

58、本发明提供的抑制新能源电驱系统中共模电压的调制方法，使用四个非零电压矢量来合成参考电压矢量，消除了使用零矢量所带来的较大的共模电压，根据四个非零电压矢量的作用时间关于参考电压矢量的数学表达式建立作用时间优化模型并进行求解，最优分配了四个非零电压矢量的作用时间，消除了共模电压尖峰，避免了过大的线电压变化率，并且最小化了电流谐波。此外，本发明提供的抑制新能源电驱系统中共模电压的调制方法可在线优化，可基于载波实现，无需改变硬件结构，实现简单。