CN114070110A - 三相逆变器及其调制方法、装置、存储介质、电子设备 - Google Patents

三相逆变器及其调制方法、装置、存储介质、电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种三相逆变器及其调制方法、装置、存储介质、电子设备，涉及逆变器技术领域，所述三相逆变器将现有的三相逆变器输出端的电容均连接至直流母线电压的负极；所述三相逆变器调制方法包括：在所述三相逆变器的一个输出周期中，前2/3周期在三相正弦调制波中注入三次谐波进行SPWM调制，后1/3周期的三相正弦调制波的输出为零；其中，所述三相正弦调制波的幅值为0～1，在调制过程中所采用的载波幅值为0～1，且所述三相正弦调制波两两之间的相位差为120°。本发明提供的技术方案，能够有效抑制共模干扰，且能够有效提高电压利用率。

Description

三相逆变器及其调制方法、装置、存储介质、电子设备
技术领域
本发明涉及逆变器技术领域，特别地涉及一种三相逆变器及其调制方法、装置、存储介质、电子设备。
背景技术
光伏逆变器是光伏发电***的重要设备之一，其性能好坏直接影响整个***的输出特性。随着光伏发电新能源产业的快速发展，对光伏产品的各方面性能提出了更高的要求。
逆变器的工作需配合合适的调制算法。现有的三相逆变器拓扑结构及其采用的调制算法存在电压利用率不高的技术问题，且现有的三相逆变器存在较大的共模干扰，影响***的稳定性。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本发明提出了一种三相逆变器及其调制方法、装置、存储介质、电子设备，能够有效抑制共模干扰，且能够有效提高电压利用率。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种三相逆变器，包括：逆变器主电路；所述逆变器主电路包括：第一半桥臂、第二半桥臂、第三半桥臂、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容和第三电容；所述第一半桥臂、所述第二半桥臂和所述第三半桥臂均与直流母线电压并联；所述第一电感的一端连接至所述第一半桥臂的中点，所述第一电感的另一端经所述第一电容连接至所述直流母线电压的负极；所述第二电感的一端连接至所述第二半桥臂的中点，所述第二电感的另一端经所述第二电容连接至所述直流母线电压的负极；所述第三电感的一端连接至所述第三半桥臂的中点，所述第三电感的另一端经所述第三电容连接至所述直流母线电压的负极；所述第一电感的另一端、所述第二电感的另一端和所述第三电感的另一端分别输出一相输出电压向负载供电。
进一步地，所述逆变器主电路还包括：支撑电容；所述支撑电容的一端连接至所述直流母线电压的正极，另一端连接至所述直流母线电压的负极。
优选地，所述支撑电容为有源电容。
优选地，所述第一半桥臂由第一开关管和第二开关管串联形成；所述第二半桥臂由第三开关管和第四开关管串联形成；所述第三半桥臂由第五开关管和第六开关管串联形成。
优选地，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管均为IGBT功率器件。
优选地，所述第一电感的电感值、所述第二电感的电感值和所述第三电感的电感值相等。
优选地，所述第一电容的电容值、所述第二电容的电容值和所述第三电容的电容值相等。
第二方面，本发明实施例提供了一种三相逆变器调制方法，应用于上述任一项所述的三相逆变器；所述方法包括：
在所述三相逆变器的一个输出周期中，前2/3周期在三相正弦调制波中注入三次谐波进行SPWM调制，后1/3周期的三相正弦调制波的输出为零；其中，所述三相正弦调制波的幅值为0～1，在调制过程中所采用的载波幅值为0～1，且所述三相正弦调制波两两之间的相位差为120°。
第三方面，本发明实施例提供了一种三相逆变器调制装置，应用于上述任一项所述的三相逆变器；所述装置包括：
调制单元，用于在所述三相逆变器的一个输出周期中，使得前2/3周期在三相正弦调制波中注入三次谐波进行SPWM调制，后1/3周期的三相正弦调制波的输出为零；其中，所述三相正弦调制波的幅值为0～1，在调制过程中所采用的载波幅值为0～1，且所述三相正弦调制波两两之间的相位差为120°。
第四方面，本发明实施例提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时，实现上述三相逆变器调制方法。
第五方面，本发明实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的程序代码，所述程序代码被所述处理器执行时，实现上述三相逆变器调制方法。
本发明实施例提供的一种三相逆变器及其调制方法、装置、存储介质、电子设备，所述三相逆变器将现有的三相逆变器输出端的电容均连接至直流母线电压的负极，能够有效抑制共模干扰；所述调制方法包括：在所述三相逆变器的一个输出周期中，前2/3周期在三相正弦调制波中注入三次谐波进行SPWM调制，后1/3周期的三相正弦调制波的输出为零；其中，所述三相正弦调制波的幅值为0～1，在调制过程中所采用的载波幅值为0～1，且所述三相正弦调制波两两之间的相位差为120°。该方法使得输出电压的幅值得到有效提升。因此，本发明实施例提供的技术方案，能够有效抑制共模干扰，且能够有效提高电压利用率。
附图说明
通过结合附图阅读下文示例性实施例的详细描述可更好地理解本发明公开的范围。其中所包括的附图是：
图1为现有技术的三相逆变器拓扑结构；
图2为本发明实施例的三相逆变器拓扑结构；
图3为本发明实施例的三相逆变器调制方法流程图；
图4为本发明实施例的三相逆变器调制装置流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方法，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
根据本发明的实施例，提供了一种三相逆变器，如图2所示，本发明实施例所述的三相逆变器包括：逆变器主电路；所述逆变器主电路包括：第一半桥臂、第二半桥臂、第三半桥臂、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容和第三电容；所述第一半桥臂、所述第二半桥臂和所述第三半桥臂均与直流母线电压并联；所述第一电感的一端连接至所述第一半桥臂的中点，所述第一电感的另一端经所述第一电容连接至所述直流母线电压的负极；所述第二电感的一端连接至所述第二半桥臂的中点，所述第二电感的另一端经所述第二电容连接至所述直流母线电压的负极；所述第三电感的一端连接至所述第三半桥臂的中点，所述第三电感的另一端经所述第三电容连接至所述直流母线电压的负极；所述第一电感的另一端、所述第二电感的另一端和所述第三电感的另一端分别输出一相输出电压向负载供电。
进一步地，所述逆变器主电路还包括：支撑电容；所述支撑电容的一端连接至所述直流母线电压的正极，另一端连接至所述直流母线电压的负极。
本实施例中，所述支撑电容为有源电容。
本实施例中，所述第一半桥臂由第一开关管和第二开关管串联形成；所述第二半桥臂由第三开关管和第四开关管串联形成；所述第三半桥臂由第五开关管和第六开关管串联形成。
本实施例中，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管均为IGBT功率器件。
具体地，如图2所示，Vin为直流母线电压，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6分别为第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管。第一开关管Q1和第二开关管Q2串联形成第一半桥臂，第三开关管Q3和第四开关管Q4串联形成第二半桥臂，第五开关管Q5和第六开关管Q6串联形成第三半桥臂，第一半桥臂、第二半桥臂和第三半桥臂均与直流母线电压Vin并联。
在直流母线电压Vin和第一半桥臂之间还并联有一有源支撑电容Cin，该支撑电容用于对直流母线电压Vin进行平滑滤波，并使直流母线电压Vin的波动保持在允许范围。
第一电感L1的一端连接至第一半桥臂的中点A点，其另一端经第一电容C1连接至直流母线电压Vin的负极；第二电感L2的一端连接至第二半桥臂的中点B点，其另一端经第二电容C2连接至直流母线电压Vin的负极；第三电感L3的一端连接至第三半桥臂的中点C点，其另一端经第三电容C3连接至直流母线电压Vin的负极。进一步参考图2，从第一电感L1的另一端引出u端，从第二电感L2的另一端引出v端，从第三电感L3的另一端引出w端，即输出三相电压向负载供电。
为了达到更好的共模抑制效果，本实施例中，所述第一电感的电感值、所述第二电感的电感值和所述第三电感的电感值相等。
为了进一步达到更好的共模抑制效果，本实施例中，所述第一电容的电容值、所述第二电容的电容值和所述第三电容的电容值相等。
现有的三相逆变器拓扑结构如图1所示，在图1中，输出端电容C1、C2、C3具有共同的端点N点，在实际使用过程中，这种连接方式会产生较大的共模干扰。
本发明实施例提供的一种三相逆变器，将现有的三相逆变器输出端的电容均连接至直流母线电压的负极，实践表明，这种连接方式能够有效抑制共模干扰。
实施例二
根据本发明的实施例，还提供了一种三相逆变器调制方法，应用于实施例一中任一项所述的三相逆变器；如图3所示，所述方法包括：
步骤S101，在所述三相逆变器的一个输出周期中，前2/3周期在三相正弦调制波中注入三次谐波进行SPWM调制，后1/3周期的三相正弦调制波的输出为零；其中，所述三相正弦调制波的幅值为0～1，在调制过程中所采用的载波幅值为0～1，且所述三相正弦调制波两两之间的相位差为120°。
其中，所述三相逆变器包括：逆变器主电路；所述逆变器主电路包括：第一半桥臂、第二半桥臂、第三半桥臂、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容和第三电容；所述第一半桥臂、所述第二半桥臂和所述第三半桥臂均与直流母线电压并联；所述第一电感的一端连接至所述第一半桥臂的中点，所述第一电感的另一端经所述第一电容连接至所述直流母线电压的负极；所述第二电感的一端连接至所述第二半桥臂的中点，所述第二电感的另一端经所述第二电容连接至所述直流母线电压的负极；所述第三电感的一端连接至所述第三半桥臂的中点，所述第三电感的另一端经所述第三电容连接至所述直流母线电压的负极；所述第一电感的另一端、所述第二电感的另一端和所述第三电感的另一端分别输出一相输出电压向负载供电。
进一步地，所述逆变器主电路还包括：支撑电容；所述支撑电容的一端连接至所述直流母线电压的正极，另一端连接至所述直流母线电压的负极。
本实施例中，所述支撑电容为有源电容。
本实施例中，所述第一半桥臂由第一开关管和第二开关管串联形成；所述第二半桥臂由第三开关管和第四开关管串联形成；所述第三半桥臂由第五开关管和第六开关管串联形成。
本实施例中，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管均为IGBT功率器件。
为了达到更好的共模抑制效果，本实施例中，所述第一电感的电感值、所述第二电感的电感值和所述第三电感的电感值相等。
为了进一步达到更好的共模抑制效果，本实施例中，所述第一电容的电容值、所述第二电容的电容值和所述第三电容的电容值相等。
具体地，对于图1所示的传统的三相逆变器，一般采用三相正弦调制，其调制波为相位差分别为120°的三相正弦波，其幅值可以为0～1，载波幅值为0～1，当调制波幅值大于载波幅值时，第一开关管Q1、第三开关管Q3和第五开关管Q5开通；当调制波幅值小于载波幅值时，第一开关管Q1、第三开关管Q3和第五开关管Q5关闭，第二开关管Q2、第四开关管Q4和第六开关管Q6开通，这样可以实现三相正弦输出，其线电压和相电压均为正弦波。
本实施例将三相逆变器拓扑结构改进为图2所示的结构后，在调制波中注入三次谐波，即在三相逆变器的一个输出周期中，前2/3周期在三相正弦调制波中注入三次谐波进行SPWM(Sinusoidal PWM，正弦脉冲宽度调制)调制，后1/3周期的三相正弦调制波的输出为零；其中，所述三相正弦调制波的幅值为0～1，在调制过程中所采用的载波幅值为0～1，且所述三相正弦调制波两两之间的相位差为120°。通过本实施例所述的方法进行调制后，逆变器输出相电压为马鞍波形，输出线电压为正弦波，且输出电压幅值可以提升
Figure BDA0003365184380000061
倍，在相同功率条件下，输入电容纹波更小。
可见，在本实施例提供的调制方法中，在三相逆变器的一个输出周期中，减少了1/3的开关周期，有利于***效率的提高。并且，在图1所示的拓扑结构中，N点与输入电压的1/2点位近似相等，采用本实施例所述的调制方式后，N点的电压与输入电压负相等，提高了电压利用率。
本发明实施例提供的一种三相逆变器及其调制方法，所述三相逆变器将现有的三相逆变器输出端的电容均连接至直流母线电压的负极，能够有效抑制共模干扰；所述调制方法包括：在所述三相逆变器的一个输出周期中，前2/3周期在三相正弦调制波中注入三次谐波进行SPWM调制，后1/3周期的三相正弦调制波的输出为零；其中，所述三相正弦调制波的幅值为0～1，在调制过程中所采用的载波幅值为0～1，且所述三相正弦调制波两两之间的相位差为120°。该方法使得输出电压的幅值得到有效提升。因此，本发明实施例提供的技术方案，能够有效抑制共模干扰，且能够有效提高电压利用率。
实施例三
与上述方法实施例相对应地，本发明还提供一种三相逆变器调制装置，应用于实施例一中任一项所述的三相逆变器，如图4所示，所述装置包括：
调制单元201，用于在所述三相逆变器的一个输出周期中，使得前2/3周期在三相正弦调制波中注入三次谐波进行SPWM调制，后1/3周期的三相正弦调制波的输出为零；其中，所述三相正弦调制波的幅值为0～1，在调制过程中所采用的载波幅值为0～1，且所述三相正弦调制波两两之间的相位差为120°。
其中，所述三相逆变器包括：逆变器主电路；所述逆变器主电路包括：第一半桥臂、第二半桥臂、第三半桥臂、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容和第三电容；所述第一半桥臂、所述第二半桥臂和所述第三半桥臂均与直流母线电压并联；所述第一电感的一端连接至所述第一半桥臂的中点，所述第一电感的另一端经所述第一电容连接至所述直流母线电压的负极；所述第二电感的一端连接至所述第二半桥臂的中点，所述第二电感的另一端经所述第二电容连接至所述直流母线电压的负极；所述第三电感的一端连接至所述第三半桥臂的中点，所述第三电感的另一端经所述第三电容连接至所述直流母线电压的负极；所述第一电感的另一端、所述第二电感的另一端和所述第三电感的另一端分别输出一相输出电压向负载供电。
进一步地，所述逆变器主电路还包括：支撑电容；所述支撑电容的一端连接至所述直流母线电压的正极，另一端连接至所述直流母线电压的负极。
本实施例中，所述支撑电容为有源电容。
本实施例中，所述第一半桥臂由第一开关管和第二开关管串联形成；所述第二半桥臂由第三开关管和第四开关管串联形成；所述第三半桥臂由第五开关管和第六开关管串联形成。
本实施例中，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管均为IGBT功率器件。
为了达到更好的共模抑制效果，本实施例中，所述第一电感的电感值、所述第二电感的电感值和所述第三电感的电感值相等。
为了进一步达到更好的共模抑制效果，本实施例中，所述第一电容的电容值、所述第二电容的电容值和所述第三电容的电容值相等。
上述装置的工作原理、工作流程等涉及具体实施方式的内容可参见本发明所提供的三相逆变器调制方法的具体实施方式，此处不再对相同的技术内容进行详细描述。
本发明实施例提供的一种三相逆变器及其调制装置，所述三相逆变器将现有的三相逆变器输出端的电容均连接至直流母线电压的负极，能够有效抑制共模干扰；所述调制装置包括：调制单元，用于在所述三相逆变器的一个输出周期中，使得前2/3周期在三相正弦调制波中注入三次谐波进行SPWM调制，后1/3周期的三相正弦调制波的输出为零；其中，所述三相正弦调制波的幅值为0～1，在调制过程中所采用的载波幅值为0～1，且所述三相正弦调制波两两之间的相位差为120°。该装置使得输出电压的幅值得到有效提升。因此，本发明实施例提供的技术方案，能够有效抑制共模干扰，且能够有效提高电压利用率。
实施例四
根据本发明的实施例，还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时，实现如上述实施例任一项所述的三相逆变器调制方法。
实施例五
根据本发明的实施例，还提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的程序代码，所述程序代码被所述处理器执行时，实现如上述实施例任一项所述的三相逆变器调制方法。
本发明实施例提供的一种三相逆变器及其调制方法、装置、存储介质、电子设备，所述三相逆变器将现有的三相逆变器输出端的电容均连接至直流母线电压的负极，能够有效抑制共模干扰；所述调制方法包括：在所述三相逆变器的一个输出周期中，前2/3周期在三相正弦调制波中注入三次谐波进行SPWM调制，后1/3周期的三相正弦调制波的输出为零；其中，所述三相正弦调制波的幅值为0～1，在调制过程中所采用的载波幅值为0～1，且所述三相正弦调制波两两之间的相位差为120°。该方法使得输出电压的幅值得到有效提升。因此，本发明实施例提供的技术方案，能够有效抑制共模干扰，且能够有效提高电压利用率。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种三相逆变器，包括：逆变器主电路；其特征在于，所述逆变器主电路包括：第一半桥臂、第二半桥臂、第三半桥臂、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容和第三电容；所述第一半桥臂、所述第二半桥臂和所述第三半桥臂均与直流母线电压并联；所述第一电感的一端连接至所述第一半桥臂的中点，所述第一电感的另一端经所述第一电容连接至所述直流母线电压的负极；所述第二电感的一端连接至所述第二半桥臂的中点，所述第二电感的另一端经所述第二电容连接至所述直流母线电压的负极；所述第三电感的一端连接至所述第三半桥臂的中点，所述第三电感的另一端经所述第三电容连接至所述直流母线电压的负极；所述第一电感的另一端、所述第二电感的另一端和所述第三电感的另一端分别输出一相输出电压向负载供电。
2.根据权利要求1所述的三相逆变器，其特征在于，所述逆变器主电路还包括：支撑电容；所述支撑电容的一端连接至所述直流母线电压的正极，另一端连接至所述直流母线电压的负极。
3.根据权利要求2所述的三相逆变器，其特征在于，所述支撑电容为有源电容。
4.根据权利要求1所述的三相逆变器，其特征在于，所述第一半桥臂由第一开关管和第二开关管串联形成；所述第二半桥臂由第三开关管和第四开关管串联形成；所述第三半桥臂由第五开关管和第六开关管串联形成。
5.根据权利要求4所述的三相逆变器，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管均为IGBT功率器件。
6.根据权利要求1所述的三相逆变器，其特征在于，所述第一电感的电感值、所述第二电感的电感值和所述第三电感的电感值相等。
7.根据权利要求1所述的三相逆变器，其特征在于，所述第一电容的电容值、所述第二电容的电容值和所述第三电容的电容值相等。
8.一种三相逆变器调制方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的三相逆变器；所述方法包括：
在所述三相逆变器的一个输出周期中，前2/3周期在三相正弦调制波中注入三次谐波进行SPWM调制，后1/3周期的三相正弦调制波的输出为零；其中，所述三相正弦调制波的幅值为0～1，在调制过程中所采用的载波幅值为0～1，且所述三相正弦调制波两两之间的相位差为120°。
9.一种三相逆变器调制装置，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的三相逆变器；所述装置包括：
调制单元，用于在所述三相逆变器的一个输出周期中，使得前2/3周期在三相正弦调制波中注入三次谐波进行SPWM调制，后1/3周期的三相正弦调制波的输出为零；其中，所述三相正弦调制波的幅值为0～1，在调制过程中所采用的载波幅值为0～1，且所述三相正弦调制波两两之间的相位差为120°。
10.一种存储介质，所述存储介质上存储有程序代码，其特征在于，所述程序代码被处理器执行时，实现如权利要求8所述的三相逆变器调制方法。
11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的程序代码，所述程序代码被所述处理器执行时，实现如权利要求8所述的三相逆变器调制方法。
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