三電平變流器的shepwm補(bǔ)償方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電氣傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及一種三電平變流器的SHEPWM補(bǔ)償 方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在冶金軋機(jī)、礦井提升機(jī)等領(lǐng)域的大功率工業(yè)用傳動(dòng)系統(tǒng)中，由于要求制動(dòng)時(shí)能 量回饋電網(wǎng)，網(wǎng)側(cè)需要設(shè)置有源整流單元。在中壓應(yīng)用條件下，有源整流單元的主電路結(jié)構(gòu) 往往采用三電平中點(diǎn)箝位型變流器。
[0003] 絕緣柵雙極型晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor，簡(jiǎn)稱IGBT)、集成門 極換流晶閘管（IntergratedGateCommutatedThyristors，簡(jiǎn)稱IGCT)、電子注入增強(qiáng)柵 晶體管（InjectionEnhancedGateTransistor，簡(jiǎn)稱IEGT)等大功率半導(dǎo)體器件，由于開 通關(guān)斷損耗等原因，開關(guān)頻率普遍較低。在低開關(guān)頻率條件下，如何降低網(wǎng)側(cè)諧波水平，減 小諧波對(duì)變壓器的危害及對(duì)電網(wǎng)的污染，是大功率變流器網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題。
[0004] 如圖1和圖2所示，在三電平變流器的單相橋臂中，為了防止橋臂直通，必須在同 一橋臂的互補(bǔ)脈沖觸發(fā)信號(hào)中設(shè)置死區(qū)時(shí)間T，以保證同相橋臂開關(guān)管可靠關(guān)斷后，與之 互補(bǔ)的開關(guān)管才能導(dǎo)通。大功率的半導(dǎo)體器件（比如IGCT等）由于開通關(guān)斷吸收回路特 性等原因，需要設(shè)置較大的死區(qū)時(shí)間，盡管開關(guān)頻率較低，但死區(qū)時(shí)間對(duì)其輸出的影響仍然 較大。
[0005] 另外，對(duì)于大功率三電平電氣傳動(dòng)系統(tǒng)而言，其網(wǎng)側(cè)電感一般都由變壓器的內(nèi) 部阻抗所等效，變壓器的次邊通常直接連接變流器的閥側(cè)，變流器輸出的脈沖寬度調(diào)制 (PulseWidthModulation，簡(jiǎn)稱PWM)電壓將直接作用在變壓器次邊繞組上。由于控制系 統(tǒng)采樣偏差、延時(shí)特性、電網(wǎng)電壓諧波以及管壓降等影響，閥側(cè)PWM電壓中會(huì)存在一定的直 流分量，若該直流分量長(zhǎng)期累積，將使變壓器的鐵芯進(jìn)入飽和狀態(tài)，從而使得變壓器次邊輸 出電流發(fā)生畸變。
[0006] 現(xiàn)有的補(bǔ)償方法均是針對(duì)中高開關(guān)頻率的變流器，基本都是通過(guò)修正控制量或者 調(diào)制波的方式進(jìn)行補(bǔ)償。但是，修正控制量或調(diào)制波的方式的補(bǔ)償精度較低，特別是在大功 率低開關(guān)頻率的應(yīng)用場(chǎng)合，其補(bǔ)償效果較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于，提供一種三電平變流器的特定諧波消除脈寬調(diào)制（Selective HarmonicEliminationPulseWidthModulation，簡(jiǎn)稱SHEPWM)補(bǔ)償方法及系統(tǒng)，以解決 現(xiàn)有技術(shù)的補(bǔ)償效果較差的技術(shù)問(wèn)題。
[0008] 本發(fā)明提供一種三電平變流器的SHEPWM補(bǔ)償方法，包括：
[0009] 分別獲取各相的補(bǔ)償值；
[0010] 根據(jù)各相的補(bǔ)償值，分別對(duì)各相調(diào)制脈沖的脈沖寬度進(jìn)行補(bǔ)償。
[0011] 進(jìn)一步的是，分別獲取各相的補(bǔ)償值，包括：
[0012] 根據(jù)死區(qū)時(shí)間的大小，分別獲取各相的死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償值。
[0013] 優(yōu)選的是，當(dāng)所述三電平變流器處于整流狀態(tài)時(shí)，根據(jù)各相的補(bǔ)償值，分別對(duì)各相 調(diào)制脈沖的脈沖寬度進(jìn)行補(bǔ)償，具體為：
[0014] 以各相的死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償值作為減小量，分別減小各相調(diào)制脈沖的脈沖寬度。
[0015] 優(yōu)選的是，當(dāng)所述三電平變流器處于逆變狀態(tài)時(shí)，根據(jù)各相的補(bǔ)償值，分別對(duì)各相 調(diào)制脈沖的脈沖寬度進(jìn)行補(bǔ)償，具體為：
[0016] 以各相的死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償值作為增大量，分別增大各相調(diào)制脈沖的脈沖寬度。
[0017] 進(jìn)一步的是，在根據(jù)死區(qū)時(shí)間的大小，分別獲取各相的死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償值之前，還包 括：
[0018] 判斷所述三電平變流器當(dāng)前的負(fù)載狀態(tài)；
[0019] 若為重載狀態(tài)，則繼續(xù)根據(jù)死區(qū)時(shí)間的大小，分別獲取各相的死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償值；
[0020] 若為空載或輕載狀態(tài)，則死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償值為零。
[0021] 進(jìn)一步的是，分別獲取各相的補(bǔ)償值，包括：
[0022] 獲取各相的直流分量補(bǔ)償值。
[0023] 優(yōu)選的是，獲取各相的直流分量補(bǔ)償值，具體為：
[0024] 獲取前一個(gè)工頻周期內(nèi)的線電壓Uab的直流電壓分量U。兩線電壓Ub。的直流電壓 分量Utj2;
[0025] 對(duì)Utjl進(jìn)行積分運(yùn)算，獲取A相的直流分量補(bǔ)償值；
[0026] 對(duì)Utj2進(jìn)行積分運(yùn)算，獲取C相的直流分量補(bǔ)償值；
[0027] B相的直流分量補(bǔ)償值為零。
[0028] 本發(fā)明還提供一種三電平變流器的SHEPWM系統(tǒng)，包括調(diào)制模塊、補(bǔ)償模塊和開關(guān) 豐吳塊；
[0029] 所述調(diào)制模塊將三相調(diào)制波調(diào)制為各相原始脈沖信號(hào)；
[0030] 所述補(bǔ)償模塊利用上述的補(bǔ)償方法，對(duì)各相原始脈沖信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，并輸出至所 述開關(guān)模塊。
[0031] 進(jìn)一步的是，該系統(tǒng)還包括第一積分單元和第二積分單元；
[0032]線電壓Uab通過(guò)所述第一積分單元連接至所述補(bǔ)償模塊，線電壓Ub。通過(guò)所述第二 積分單元連接至所述補(bǔ)償模塊。
[0033] 本發(fā)明帶來(lái)了以下有益效果：本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，可以針對(duì)死區(qū)時(shí)間和直 流分量，獲取變流器各相的補(bǔ)償值，并以此分別對(duì)各相調(diào)制脈沖的脈沖寬度進(jìn)行修正。相比 于修正控制量或者調(diào)制波的方式，修正脈沖寬度的補(bǔ)償方式的精度更高，尤其是在大功率 低開關(guān)頻率的場(chǎng)景中，能夠顯著提高針對(duì)諧波的補(bǔ)償精度，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中補(bǔ)償效 果較差的技術(shù)問(wèn)題。
[0034] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分的從說(shuō)明書中變 得顯而易見，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書、權(quán)利 要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 為了更清楚的說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要的 附圖做簡(jiǎn)單的介紹：
[0036] 圖1是三電平變流器的單相橋臂的示意圖；
[0037] 圖2是關(guān)于死區(qū)時(shí)間的時(shí)序圖；
[0038] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的三電平變流器的SHEPWM系統(tǒng)的示意圖；
[0039] 圖4是三電平變流器的相電壓的波形圖；
[0040] 圖5和圖6是死區(qū)時(shí)間對(duì)相電壓影響的波形圖；
[0041] 圖7是變壓器直流磁偏飽和的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用 技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說(shuō)明 的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合， 所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0043] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種三電平變流器的SHEPWM補(bǔ)償方法及系統(tǒng)。如圖3所示，該 三電平變流器的SHEPWM系統(tǒng)包括調(diào)制模塊、補(bǔ)償模塊和開關(guān)模塊。調(diào)制模塊將三相調(diào)制波 USa、Usb、Us。調(diào)制為A、B、C各相的原始脈沖信號(hào)。補(bǔ)償模塊利用本發(fā)明實(shí)施例提供的補(bǔ)償方 法，對(duì)各相原始脈沖信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，生成A、B、C各相的實(shí)際脈沖信號(hào)，并輸出至開關(guān)模塊。 開關(guān)模塊即為三電平變流器中由IGCT等開關(guān)部件組成的橋臂。
[0044] 本發(fā)明實(shí)施例提供的三電平變流器的SHEPWM補(bǔ)償方法主要包括：
[0045] Sl:分別獲取各相的補(bǔ)償值。
[0046] S2 :根據(jù)各相的補(bǔ)償值，分別對(duì)各相調(diào)制脈沖的脈沖寬度進(jìn)行補(bǔ)償。
[0047] 本實(shí)施例中，可以針對(duì)死區(qū)時(shí)間和直流分量進(jìn)行補(bǔ)償，以下分別針對(duì)這兩種情況 詳細(xì)描述：
[0048] 對(duì)于死區(qū)時(shí)間，在步驟S1中包括：
[0049] Sll:根據(jù)死區(qū)時(shí)間的大小，分別獲取各相的死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償值。
[0050] 補(bǔ)償值的大小為Tdt/?，其中Tdt為死區(qū)時(shí)間的時(shí)長(zhǎng)，《為電網(wǎng)角頻率。
[0051] 對(duì)于直流分量，在步驟Sl中包括：
[0052] S12 :獲取各相的直流分量補(bǔ)償值。
[0053] 具體的，若三相三電平PWM整流器輸出的實(shí)際線電壓為U'ab、U'be、U' ea，而理想輸 出電壓為Uab、Ub。、Um，三相線電壓中各種因素引起的直流分量為Utjn隊(duì)2、Utj3，則：
[0054] U\b=Uab+Uol
[0055] U，bc=Ubc+Uo2
[0056] U，ca=Uca+Uo3
[0057] 由于三相變壓器系統(tǒng)中，對(duì)于實(shí)際線電壓而言：
[0058] U'ab+U'bc+U' ca=0
[0059] 對(duì)于理想線電壓，同樣有：
[0060] Uab+Ubc+Uca= 0
[0061] 因此：
[0062] Uol+Uo2+Uo3= 0
[0063] 在一段時(shí)間[T1,T2]內(nèi)，對(duì)于三相直流分量而言：
[0064] J^,.1^+f, = ^ r,. JT\ JT\ JT\
[0065] 若使得= ()，=〇，則f=()，即可有效的抑制三相線電壓中 jA"IJT1 的直流分量，消除變壓器磁感應(yīng)強(qiáng)度的位移，防止由于變壓器偏磁飽和導(dǎo)致電流畸變。
[0066] 因此，如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的SHEPWM系統(tǒng)還包括第一積分單元和第二 積分單元。線電壓Uab通過(guò)第一積分單元連接至補(bǔ)償模塊，線電壓Ub。通過(guò)第二積分單元連 接至補(bǔ)償模塊。此外，補(bǔ)償模