一種抑制新能源電驅系統中共模電壓的調制方法及設備

本發明涉及電壓調制，特別是涉及一種抑制新能源電驅系統中共模電壓的調制方法及設備。

背景技術：

1、近年來，新能源技術的快速發展促進了逆變器相關技術的快速發展，同時對逆變器的穩定安全運行提出了更高的要求。永磁同步電機（permanent?magnet?synchronousmotor，pmsm）具備體積小、結構簡單、高效節能等特點，被廣泛應用于新能源汽車領域，兩電平電壓源逆變器以其可靠性高、技術成熟、成本低，廣泛應用于pmsm的驅動。傳統的空間矢量脈寬調制和非連續脈寬調制是兩電平電壓源逆變器的標準調制方法。然而，傳統的調制方法會在新能源電驅系統中引入較大的共模電壓。

2、共模電壓會導致許多工程應用問題，如電磁干擾、傳感器故障甚至物理損壞等。在新能源電驅系統中，共模電壓傳遞到電機將引起軸電流和軸電壓問題，軸電流過大將使電機軸承損壞，軸電壓則會通過寄生電容傳遞到外部空間中，造成電磁干擾。共模電壓經直流母線耦合到電池中，將影響電池內部控制器工作以及電壓診斷。

3、目前針對兩電平逆變器的共模電壓抑制算法主要有：有源零矢量調制算法、遠矢量調制算法和近矢量調制算法。有源零矢量調制算法可以有效減小共模電壓幅值，并且其線性調制區沒有受到約束，但是其會導致較大的電流諧波，并且在考慮死區效應時，存在共模電壓尖峰和過大的線電壓變化率等問題。遠矢量調制算法和近矢量調制算法雖然能減小共模電壓，但是其調制范圍相比傳統空間矢量調制受到限制，并且同樣伴隨較大電流畸變。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種抑制新能源電驅系統中共模電壓的調制方法及設備，能夠在抑制共模電壓的同時減小電流諧波，消除傳統調制算法帶來的共模電壓尖峰和線電壓突變。

2、為實現上述目的，本發明提供了如下方案。

3、一種抑制新能源電驅系統中共模電壓的調制方法，包括：

4、獲取參考電壓矢量，并根據參考電壓矢量的相角確定參考電壓矢量所處的扇區；所述參考電壓矢量由三相參考電壓經坐標變換得到；所述三相參考電壓由直流電壓經逆變器逆變得到；

5、基于抑制共模電壓調制算法，根據參考電壓矢量所處的扇區確定用于合成參考電壓矢量的四個非零電壓矢量；

6、基于伏秒平衡原理，確定四個非零電壓矢量的作用時間關于參考電壓矢量的數學表達式；

7、基于諧波磁鏈最小化原則，根據四個非零電壓矢量的作用時間關于參考電壓矢量的數學表達式建立作用時間優化模型；

8、對作用時間優化模型進行求解，得到四個非零電壓矢量的作用時間；

9、根據四個非零電壓矢量的作用時間計算共模注入電壓，并將共模注入電壓與三相參考電壓相加，得到調制波；

10、根據參考電壓矢量所處的扇區確定三相載波，并將三相載波與調制波相比較，產生pwm脈沖；所述pwm脈沖用于驅動電機旋轉。

11、可選地，參考電壓矢量與三相參考電壓的坐標變換公式為：

12、；

13、其中，為參考電壓矢量的軸分量，為參考電壓矢量的軸分量，為a相參考電壓，為b相參考電壓，為c相參考電壓。

14、可選地，基于抑制共模電壓調制算法，根據參考電壓矢量所處的扇區確定用于合成參考電壓矢量的四個非零電壓矢量，具體包括：

15、當參考電壓矢量所處的扇區為s1扇區時，用于合成參考電壓矢量的四個非零電壓矢量分別為v6、v1、v2和v3，四個非零電壓矢量的作用順序為v6-v1-v2-v3-v2-v1-v6；

16、當參考電壓矢量所處的扇區為s2扇區時，用于合成參考電壓矢量的四個非零電壓矢量分別為v1、v2、v3和v4，四個非零電壓矢量的作用順序為v1-v2-v3-v4-v3-v2-v1；

17、當參考電壓矢量所處的扇區為s3扇區時，用于合成參考電壓矢量的四個非零電壓矢量分別為v2、v3、v4和v5，四個非零電壓矢量的作用順序為v2-v3-v4-v5-v4-v3-v2；

18、當參考電壓矢量所處的扇區為s4扇區時，用于合成參考電壓矢量的四個非零電壓矢量分別為v3、v4、v5和v6，四個非零電壓矢量的作用順序為v3-v4-v5-v6-v5-v4-v3；

19、當參考電壓矢量所處的扇區為s5扇區時，用于合成參考電壓矢量的四個非零電壓矢量分別為v4、v5、v6和v1，四個非零電壓矢量的作用順序為v4-v5-v6-v1-v6-v5-v4；

20、當參考電壓矢量所處的扇區為s6扇區時，用于合成參考電壓矢量的四個非零電壓矢量分別為v5、v6、v1和v2，四個非零電壓矢量的作用順序為v5-v6-v1-v2-v1-v6-v5。

21、可選地，四個非零電壓矢量的作用時間關于參考電壓矢量的數學表達式為：

22、；

23、；

24、其中，為參考電壓矢量，為開關周期，為非零電壓矢量的作用時間，為非零電壓矢量的作用時間，為非零電壓矢量的作用時間，為非零電壓矢量的作用時間，、、和的取值均為1至6。

25、可選地，所述作用時間優化模型包括目標函數和約束條件，優化目標為在約束條件的約束下使目標函數取得最小值；

26、目標函數的數學表達式為：

27、；

28、；

29、；

30、；

31、；

32、其中，為目標函數值，和均為中間參數，為常數，為非零電壓矢量作用的占空比，為參考電壓矢量，為參考電壓矢量轉換至第一扇區后的軸分量，為參考電壓矢量轉換至第一扇區后的軸分量，為參考電壓矢量的相角，為參考電壓矢量所處的扇區編號；

33、約束條件的數學表達式為：

34、；

35、其中，為非零電壓矢量作用的占空比，為非零電壓矢量的序號，為非零電壓矢量允許的最小占空比，、、和的取值均為1至6。

36、可選地，根據四個非零電壓矢量的作用時間計算共模注入電壓，具體包括：

37、根據四個非零電壓矢量的作用時間計算平均共模電壓；

38、根據平均共模電壓和參考電壓矢量所處的扇區確定共模注入電壓。

39、可選地，所述平均共模電壓的計算公式為：

40、；

41、其中，為平均共模電壓，為直流電壓，為非零電壓矢量作用的占空比，為非零電壓矢量作用的占空比，為非零電壓矢量作用的占空比，為非零電壓矢量作用的占空比為參考電壓矢量轉換至第一扇區后的軸分量，為參考電壓矢量轉換至第一扇區后的軸分量，、、和的取值均為1至6。

42、可選地，根據平均共模電壓和參考電壓矢量所處的扇區確定共模注入電壓，具體包括：

43、當參考電壓矢量所處的扇區為s1扇區時，共模注入電壓為；

44、當參考電壓矢量所處的扇區為s2扇區時，共模注入電壓為；

45、當參考電壓矢量所處的扇區為s3扇區時，共模注入電壓為；

46、當參考電壓矢量所處的扇區為s4扇區時，共模注入電壓為；

47、當參考電壓矢量所處的扇區為s5扇區時，共模注入電壓為；

48、當參考電壓矢量所處的扇區為s6扇區時，共模注入電壓為。

49、可選地，根據參考電壓矢量所處的扇區確定三相載波，具體包括：

50、當參考電壓矢量所處的扇區為s1扇區時，三相載波分別為、和；

51、當參考電壓矢量所處的扇區為s2扇區時，三相載波分別為、和；

52、當參考電壓矢量所處的扇區為s3扇區時，三相載波分別為、和；

53、當參考電壓矢量所處的扇區為s4扇區時，三相載波分別為、和；

54、當參考電壓矢量所處的扇區為s5扇區時，三相載波分別為、和；

55、當參考電壓矢量所處的扇區為s6扇區時，三相載波分別為、和。

56、一種計算機設備，包括：存儲器、處理器以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序以實現所述的抑制新能源電驅系統中共模電壓的調制方法。

57、根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：

58、本發明提供的抑制新能源電驅系統中共模電壓的調制方法，使用四個非零電壓矢量來合成參考電壓矢量，消除了使用零矢量所帶來的較大的共模電壓，根據四個非零電壓矢量的作用時間關于參考電壓矢量的數學表達式建立作用時間優化模型并進行求解，最優分配了四個非零電壓矢量的作用時間，消除了共模電壓尖峰，避免了過大的線電壓變化率，并且最小化了電流諧波。此外，本發明提供的抑制新能源電驅系統中共模電壓的調制方法可在線優化，可基于載波實現，無需改變硬件結構，實現簡單。