CN109391132A - 一种辅助变流器逆变器连续开关方式的shepwm方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种辅助变流器逆变器连续开关方式的SHEPWM(特定谐波消除调制)方法，对辅助逆变器SHE控制算法进行优化，即采用0～90°分布角算法，将逆变器输出电压谐波THD降低了约5％。从总体来说，连续开关方式下的低次电压谐波幅值要小于不连续开关方式，从而使得其谐波性能更优。

Description

一种辅助变流器逆变器连续开关方式的SHEPWM方法
技术领域
本发明涉及电气、控制技术领域，涉及变流控制技术，尤其涉及一种辅助变流器逆变器连续开关方式的SHEPWM方法，既一种辅助变流器逆变器连续开关方式的特定谐波消除调制方法，对辅助逆变器SHE控制算法进行优化，即采用0～90°分布角算法。
背景技术
随着我国轨道交通的快速发展，轨道交通工具已成为现代化交通工具的主力，不仅速度快、运输量大，而且更加安全、方便。在轨道交通工具中电力机车占据主流地位，如何提高辅助供电***输出电源的品质，成为电力机车设计和应用中的一个问题。
发明内容
本发明的目的在于提高辅助变流器逆变器输出电源的品质，降低电压电流谐波，提高辅机的寿命。
为实现上述目的，本发明提出一种辅助变流器逆变器连续开关方式的SHEPWM(特定谐波消除调制)方法，是一种采用0～90°分布角算法的SHEPWM调制方法。
所述控制方法为：采用SHEPWM特定消谐控制算法，开关角选择在0～90°之间，从而控制脉冲的发生，实现电压电流谐波优化。
一种辅助变流器逆变器连续开关方式的SHEPWM方法，对辅助逆变器SHE控制算法进行优化，即采用0～90°分布角算法，通过特性的方法，提出优化的开关角，优化逆变器输出的谐波特性。
辅助逆变器具有比较低的电压、电流谐波特性。
该方法的具体步骤为：
101、SHWPWM的原理及开关角度的计算；
102、SHEPWM的电压、电流谐波分析；
103、试验结果对比分析。
附图说明
图1为SHWPWM的输出电压波形图；
图2为取值N＝7的SHEPWM开关角度随调制比的分布图；
图3为取值N＝7的SHEPWM电压谐波分布图；
图4为取值N＝7的SHEPWM电流谐波幅值随调制比的变化波形图；
图5A为开关角度0～60°分布下辅助逆变器输出电压和电流波形图；
图5B为开关角度0～90°分布下辅助逆变器输出电压和电流波形图；
图6为一种辅助变流器逆变器连续开关方式的SHEPWM方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明的具体实施例进行详细说明。
如图6所示：步骤101、SHWPWM的原理及开关角度的计算
SHEPWM是在满足基波要求的基础上实现对某些谐波成分的消除，从而总体上提高该调制方式的性能，其输出波形具有半波对称和1/4周期对称的特点，这样谐波成分中就完全消除偶次谐波，在3相负载中也不含有3的倍数次谐波，从而在谐波消除时只需要考虑消除6k±1次谐波。其波形有两种形式，如图1示。
基于对称性，SHEPWM的电压波形中只含有奇次分量，其傅里叶分析可以写为下面的形式：
Umn为n次谐波的幅值，开关角度就是通过求解上式所组成的方程组得到。
N个开关角度作为未知量，对应的方程组中有N个方程，包含一个基波方程和N-1个谐波电压方程。因此N个开关角度在满足基波要求的基础上就只能消除N-1次谐波。N个开关角度对应每个周期的脉冲个数为2N+1。从上式中看到，待求解的方程组为超越方程，无法进行实时求解。目前利用很多工具软件例如Mat l ab等，都可以很方便的计算出所需要的开关角。
图2为取值N＝7的SHEPWM开关角度随调制比的分布图。其中一组解的角度分布范围为0-60°(实线)，另一组为0-90°(虚线)。如果取合适的开关角初值，可以得到其他不同的解，但是在所有的解中，只有一组解的分布范围为0-60°。从图2可以看到SHEPWM的开关角度在整个调制比范围内的分布是连续的，中间没有断点。
另外，对于任何一组解来说，都对应一个最大调制比。在同样的开关角个数下，初值不同最大调制比也是不同的。
为了方便后文中的叙述，如果开关角度分布在0-60°之间，称之为不连续开关方式，否则称为连续开关方式。前者意味着逆变器每一相在正负半周中各有60°区间被钳位于正或者负母线电压。
步骤102、SHEPWM的电压、电流谐波分析
(1)SHEPWM的电压谐波分析
在不同的开关角度个数下能够消除的谐波次数是不同的，例如N＝7时能够消除5，7，11，13，17,19次谐波，在分析时只分析23,25，27，29次谐波。
将公式(3)左右两边分别用方波下相电压基波幅值2Ud/π进行标幺，得到：
在计算得到开关角度之后，将得到的开关角代入上式中即可得到相应的谐波幅值，如图3所示。图中虚线对应连续开关模式，实线对应不连续开关方式。从SHEPWM电压谐波幅值随调制比的变化波形中，可以发现谐波分布的一些规律：
1)SHEPWM在消除低次谐波的同时会使未被消除的最低次谐波幅值增大。
2)开关角个数相同时不同的初值给定方法下的谐波分布规律不相同，但是当N比较大时，不同初值给定方法下的谐波幅值变化规律变得比较接近，从而使得其电流谐波性能以及转矩的脉动等都很接近，这时开关角的解是否是最优解将变得不太重要。但是从总体来说，连续开关方式下的低次电压谐波幅值要小于不连续开关方式，从而使得其谐波性能更优。
(2)SHEPWM的电流谐波分析
在得到电压谐波幅值随调制比的变化曲线之后，单次电流谐波幅值标幺值随调制比的变化曲线如图4所示。图4中虚线为连续开关模式，实线为不连续开关方式。从图4中可以看到，N比较大时谐波幅值的变化规律变得非常相似，不同开关角的解对应的谐波幅值的差别越来越小，这也同样证明了N比较大时寻找最优解的必要性已经大大降低。
步骤103、试验结果对比分析
图5A、图5B分别为辅助变流器2组在负载接触器全部投入后，0-60°与0-90°分布条件下，逆变器输出线电压与电流波形，表1为两者THD对比分析。
表1辅助变流器2组SHE不同开关角度分布下线电压与电流THD对比
由表1数据可以看到，开关角在0-90°分布式，辅助逆变器输出电压电流谐波性能有所提升，THD值下降了4％左右，证明了该控制策略的有效性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种辅助变流器逆变器连续开关方式的SHEPWM方法，其特征在于，对辅助逆变器SHE控制算法进行优化，即采用0～90°分布角算法，通过特性的方法，提出优化的开关角，优化逆变器输出的谐波特性。
2.根据权利要求1所述的一种辅助变流器逆变器连续开关方式的SHEPWM方法，其特征在于，辅助逆变器具有比较低的电压、电流谐波特性。
3.根据权利要求1所述的一种辅助变流器逆变器连续开关方式的SHEPWM方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
101、SHWPWM的原理及开关角度的计算；
102、SHEPWM的电压、电流谐波分析；
103、试验结果对比分析。
4.根据权利要求3所述的一种辅助变流器逆变器连续开关方式的SHEPWM方法，其特征在于，所述SHEPWM的电压、电流谐波分析包括：SHEPWM的电压谐波分析和SHEPWM的电流谐波分析。
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