本發明屬于電力電子領域，具體涉及一種修正零序分量注入的載波調制方法。

背景技術：

三相t型三電平變換器已廣泛應用于光伏發電、微電網等領域。尤其是基于三電平變換器其固有的分裂電容產生雙極性直流母線，具有能量密度大、結構簡單、體積小、成本低等優勢，更適合應用于高壓直流輸電、分布式發電、微電網、電動汽車充電領域的交直流變換場所。為使雙極性直流母線結構的三電平變換器滿足復雜多樣的負載類型與電壓等級，研究直流母線電壓不對稱調制方法已成為國內外學術熱點及工業應用的新趨勢。

然而，無論是傳統的正弦脈寬調制(spwm)，還是空間矢量脈寬調制(svpwm)調制或零序分量注入的載波調制技術，在直流電壓不對稱時都會引起交流側電流波形嚴重畸變，給電網注入大量諧波，影響電力系統安全穩定運行。因此亟需設計一種新型的調制方法使系統即使在直流母線電壓不對稱時，也能實現低電網電流諧波含量，高電網電能質量。

技術實現要素：

本發明為了解決上述問題，提出了一種修正零序分量注入的載波調制方法，本發明能夠修正注入零序分量，當雙極性直流母線電壓不對稱時，降低了偶次諧波含量，改善了t型三電平變換器電網側電能質量。本發明通過修正注入的零序分量與參考電壓波形，能夠有效抑制由于不對稱電壓引起的交流輸入電流畸變問題。尤其是當雙極性直流母線電壓嚴重不對稱時，修正注入零序分量的載波調制方法通過狀態轉換，再次修正每相導通時間，有效抑制了電網電流中偶次諧波含量。本發明實現了直流母線電壓寬不對稱范圍時，t型三電平變換器具有高品質的交流側電能質量，且高效穩定運行，極大拓展了基于t型三電平變換器的雙極性直流母線結構的應用場合。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種修正零序分量注入的載波調制方法，以下步驟：

(1)測量正直流母線電壓為v1，負直流母線電壓為v2，則定義直流母線電壓不對稱系數為兩者差值與兩者之和的比值；

(2)利用t型三電平變換器控制方法計算得到三相調制參考電壓；

(3)根據三相調制參考電壓，將一個周期均分為多個扇區，判斷參考電壓空間矢量所在扇區；

(4)根據三相調制參考電壓的最大值、中間值、最小值和雙極性直流母線電壓不對稱系數計算修正的零序分量；

(5)將修正的零序分量注入三相調制參考電壓得到修正參考電壓，根據三相調制參考電壓所在扇區、雙極性直流母線電壓不對稱系數及修正參考電壓計算三相導通時間，驅動t型三電平變換器。

所述步驟(3)中，根據三相調制參考電壓與0的關系，將一個周期均分為6個扇區。

所述步驟(4)中，修正的零序分量為相調制參考電壓中間值的一半與直流母線電壓不對稱系數之和。

所述步驟(5)中，三相導通時間必須存在與[0,1]范圍內，由于雙極性直流母線電壓不對稱導致三相導通時間修正后超出運行限制，通過狀態轉換模塊再次調整修正。

所述步驟(5)中，當導通時間大于1時，調整后的三相導通時間為：

所述步驟(5)中，當導通時間小于0時，調整后的三相導通時間為：

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

(1)本發明所提的修正零序分量注入的載波調制方法可以實現對雙極性直流母線電壓不對稱影響的免疫，保證三電平變換器拓撲在直流母線電壓不對稱條件下正常運行；

(2)本發明所提的修正零序分量注入的載波調制方法通過修正注入的零序分量與參考電壓，明顯抑制了t型三電平變換器交流側電流畸變，改善了電網側電能質量；改善了交流測電能質量；

(3)本發明所提的修正零序分量注入的載波調制方法大幅抑制了直流母線電壓嚴重不對稱時引起的偶次諧波問題，實現了三電平變換器直流母線電壓寬不對稱范圍穩定高效運行；

(4)本發明所提修正零序分量注入的載波調制方法易數字化實現，可推廣應用于電池測試、分布式充電設施、新能源發電系統、微電網等領域。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。

圖1基于t型三電平變換器的雙極性直流母線系統結構圖；

圖2為本發明所提修正零序分量注入的載波調制方法框圖；

圖3(a)為正直流母線電壓高于負直流母線電壓時，修正零序分量注入的載波調制波形；

圖3(b)為正直流母線電壓低于負直流母線電壓時，修正零序分量注入的載波調制波形；

圖3(c)為雙極性直流母線電壓嚴重不對稱時，修正零序分量注入的載波調制波形；

圖4為正負直流母線電壓對稱相等時，交流側線電壓與電網電流仿真波形；

圖5(a)為正直流母線電壓高于負直流母線電壓時，應用傳統零序分量注入的載波調制方法，三電平變換器交流側線電壓與電網電流仿真波形；

圖5(b)為正直流母線電壓低于負直流母線電壓時，應用傳統零序分量注入的載波調制方法，三電平變換器交流側線電壓與電網電流仿真波形；

圖5(c)為雙極性直流母線電壓嚴重不對稱時，應用傳統零序分量注入的載波調制方法，三電平變換器交流側線電壓與電網電流仿真波形；

圖6(a)為正直流母線電壓高于負直流母線電壓時，僅應用修正的零序分量與占空比的載波調制方法，三電平變換器交流側線電壓與電網電流的仿真波形；

圖6(b)為雙極性直流母線電壓嚴重不對稱時，僅應用修正的零序分量與占空比的載波調制方法，三電平變換器交流側線電壓與電網電流的仿真波形；

圖7(a)為正直流母線電壓高于負直流母線電壓時，應用本發明所提出的修正零序分量注入的載波調制方法時，三電平變換器交流側線電壓與電網電流的仿真波形；

圖7(b)為正直流母線電壓低于負直流母線電壓時，應用本發明所提出的修正零序分量注入的載波調制方法時，三電平變換器交流側線電壓與電網電流的仿真波形；

圖7(c)為雙極性直流母線電壓嚴重不對稱時，應用本發明所提出的修正零序分量注入的載波調制方法時，三電平變換器交流側線電壓與電網電流的仿真波形；

圖8為本發明的工作原理示意圖。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術所介紹的，現有技術中存在的傳統的正弦脈寬調制(spwm)，還是空間矢量脈寬調制(svpwm)調制或零序分量注入的載波調制技術，在直流電壓不對稱時都會引起交流側電流波形嚴重畸變，給電網注入大量諧波，影響電力系統安全穩定運行的不足，為了解決如上的技術問題，本申請提出了一種修正零序分量注入的載波調制方法。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1所示，一種修正注入零序分量的載波調制方法，包括：直流母線電壓不對稱系數k計算、修正的零序分量計算、參考電壓修正與占空比計算、狀態轉換、單載波生成pwm。

利用t型三電平變換器的分裂電容構成雙極性直流母線結構示意圖如圖1所述。

通過調節雙極性直流母線總電壓、負直流母線電壓，最終實現雙極性直流母線電壓獨立控制。

修正零序分量注入的載波調制方法的主要功能是在雙極性直流母線電壓不對稱時，確保交流側電流波形正弦且含較少諧波。具體步驟包括：

1直流母線電壓不對稱系數k計算。測量正負直流母線電壓，實時計算直流母線電壓不對稱系數。

2修正的零序分量計算。根據所述步驟1所得直流母線電壓不對稱系數k計算修正的零序分量，并注入參考電壓。

3參考電壓修正與占空比計算。根據原始參考電壓所在扇區及所訴步驟1得到的雙極性直流母線電壓不對稱系數k，分別計算三相調制的占空比。

4狀態轉換。判斷當雙極性直流母線電壓不對稱修正使得占空比范圍超出0～1的范圍時，根據狀態轉換公式再次調整占空比。

5單載波生成pwm。根據所述步驟4計算所得占空比與單三角載波比較生成pwm調制，驅動t型三電平變換器。

本發明所提的一種修正零序分量注入載波調制方法適用于如圖1所示基于t型三電平變換器的直流母線結構。

本發明中修正零序分量注入調制方法原理如圖2所示，技術實現步驟包括：

步驟1：測量正直流母線電壓為v1，負直流母線電壓為v2，則定義直流母線電壓不對稱系數k為

步驟2：t型三電平變換器控制方法所得三相調制參考電壓va_ref,vb_ref,vc_ref分別為

步驟3：根據步驟2所得三相調制參考電壓，將一個周期均分為多個扇區，判斷參考電壓空間矢量所在扇區，判斷條件如表所示。

表1扇區判斷條件

步驟4：根據雙極性直流母線電壓不對稱系數k計算修正的零序分量vo，表達式為

vo＝fmid/2+k

式中fmax、fmid、fmin定義如下，分別為三相調制參考電壓的最大值、中間值、最小值。

步驟5：將修正的零序分量注入三相調制參考電壓得到修正參考電壓v’a_ref、v’b_ref、v’c_ref，例如扇區i計算公式如下

步驟6：根據三相調制參考電壓所在扇區、雙極性直流母線電壓不對稱系數k及修正參考電壓計算三相導通時間ta、tb、tc，計算公式如表2所示。

表2參考電壓修正與占空比計算

步驟7：由于三相載波調制方法存在運行限制，三相導通時間必須存在與[01]范圍內。由于雙極性直流母線電壓不對稱導致三相導通時間修正后超出運行限制，通過狀態轉換模塊再次調整修正。調整方法：當導通時間大于1時，根據公式(1)調整；當導通時間小于0時，根據公式(2)調整。

步驟8：通過軟件仿真驗證本發明所提修正零序分量注入的載波調制方法能夠應對直流母線電壓寬不對稱范圍，有效抑制交流側電流諧波含量，顯著改善交流測電能質量。仿真軟件選用matlab/simulink2014a，仿真參數如表3所示。

表3仿真參數

應用本發明所提修正的零序分量注入的載波調制方法，圖3是t型三電平變換器所獲得的調制波形。其中圖3(a)為正直流母線電壓高于負直流母線電壓情況調制波形；圖3(b)為正直流母線低于負直流母線電壓情況調制波形；圖3(c)為雙極性直流母線電壓嚴重不對稱情況調制波形。通過對圖3(a)、(b)、(c)對比分析可知，本發明所提修正的零序分量能夠通過對零序分量與占空比的修正，將載波修正至0～1范圍內。當雙極性直流母線電壓嚴重不平衡時，狀態轉換可將載波超出范圍部分再次修正至0～1范圍內。

圖4為雙極性直流母線電壓相等時，應用零序分量注入的載波調制方法，t型三電平變換器交流側線電壓與電網電流仿真波形。

圖5是t型三電平變換器應用傳統的零序分量注入的載波調制方法所獲得的仿真波形圖。圖5(a)為正直流母線電壓高于負直流母線電壓時的交流側線電壓與并網電流仿真波形；圖5(b)為正直流母線電壓低于負直流母線電壓時的交流側線電壓與并網電流仿真波形；圖5(c)為雙極性直流母線電壓嚴重不對稱時，交流側線電壓與并網電流仿真波形。通過對比分析圖5可知，t型三電平變換器應用傳統的零序分量注入的載波調制方法，在直流母線電壓不平衡時，由于交流側線電壓沒有做相應的調整，導致電網電流引入大量諧波，嚴重畸變。

圖6為t型三電平變換器僅應用本發明所提調制方法中修正零序分量計算模塊、三相參考電壓修正與占空比計算模塊時的仿真波形。圖6(a)為正直流母線電壓高于負直流母線電壓時，交流側線電壓與電網電流仿真波形；圖6(b)為雙極性直流母線電壓嚴重不對稱時，交流側線電壓與電網電流仿真波形。由圖6可知，本發明所提調制方法中，修正零序分量計算模塊、三相參考電壓修正與占空比計算模塊應對直流母線電壓輕度不平衡時，t型三電平變換器電網電流能夠保持較好正弦度，然而在雙極性直流母線電壓嚴重不平衡時，電網電流依然含有大量低次諧波、畸變嚴重。

t型三電平變換器應用本發明所提的修正零序分量注入的載波調制方法，包括修正零序分量計算模塊、三相參考電壓修正與占空比計算模塊、狀態轉換模塊等。圖7為雙極性直流母線電壓不對稱條件下仿真波形圖。圖7(a)為正直流母線高于負直流母線電壓時，t型三電平變換器交流側線電壓與電網電流波形仿真圖；圖7(b)為正直流母線電壓低于負直流母線電壓時，三電平變換器交流側線電壓與電網電流仿真波形；圖7(c)為雙極性直流母線電壓嚴重不對稱時，三電平變換器交流側線電壓與電網電流仿真波形。由圖7(a)、(b)、(c)波形分析可知，本發明所提修正零序分量注入的載波調制方法可使t型三電平變換器直流母線電壓在寬不對稱范圍內，降低t型三電平變換器電網電流諧波畸變率，顯著改善交流側電能質量，并能保障t型三電平變換器高功率因數下高效穩定運行。

以上所述僅為本申請的優選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。