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东北电力大学王汝田获国家专利权

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龙图腾网获悉东北电力大学申请的专利基于三相T型三电平双输出逆变器的抑制共模电压调制方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115864877B

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-05发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202211603207.9,技术领域涉及:H02M7/483;该发明授权基于三相T型三电平双输出逆变器的抑制共模电压调制方法是由王汝田;高悦;解媛媛;刘闯;蔡国伟;陈继开;郭东波;张嘉伟;王秀云设计研发完成,并于2022-12-13向国家知识产权局提交的专利申请。

基于三相T型三电平双输出逆变器的抑制共模电压调制方法在说明书摘要公布了:本发明涉及电力电子变换装置技术领域,是一种基于三相T型三电平双输出逆变器的抑制共模电压调制方法,其特点是:包括输入端的两个直流侧电容,18个功率开关,电路在TS4处和3TS4处交替进行工作模式1和工作模式2的操作,通过将高幅值共模电压小矢量等效为虚拟电压矢量,使得每个小扇区内构成虚拟矢量的基本矢量平滑切换,避免了相邻基本矢量之间出现状态P和状态N的直接切换,结合分时段调制使上、下两组输出分别处于有效工作模式时,将逆变级1的共模电压uCM1抑制在‑Ud6~Ud2,逆变级2的共模电压uCM2抑制在‑Ud2~Ud6以内,并在一定调制范围内使一个开关周期仅有四次开关动作,降低开关损耗。

本发明授权基于三相T型三电平双输出逆变器的抑制共模电压调制方法在权利要求书中公布了:1.一种基于三相T型三电平双输出逆变器的抑制共模电压调制方法,包括:三相T型三电平双输出逆变器,所述三相T型三电平双输出逆变器包括输入端的直流侧电容C1和电容C2、18个功率开关和18个二极管,所述三相T型三电平双输出逆变器有A相、B相和C相桥臂,所述A相、B相和C相桥臂的每相桥臂均由6个功率开关Sx1~Sx6和6个二极管Dx1~Dx6组成,其中x∈{A,B,C};所述三相T型三电平双输出逆变器直流侧电容C1和电容C2的电容值相等,电容C1的正极与直流母线正极端P相连接,电容C1的负极与电容C2的正极相连,并将电容C1的负极与电容C2的正极相连接的点定义为直流中性点O,其电位为0,电容C2的负极与直流母线负极端N相连接,正极端P与负极端N之间的直流侧输入电压为Ud,正极端P与中性点O之间的电压为Ud2,中性点O与负极端之间的电压为Ud2;将逆变器的两组输出定义为逆变级1和逆变级2,逆变级1的输出端定义为x1,逆变级1的输出相电压定义为ux1O,逆变级2的输出端定义为x2,逆变级2的输出相电压定义为ux2O,其中x∈{A,B,C};逆变级输出端x1和x2分别与两组三相负载相连,x1与三相负载Zx1相连,x2与三相负载Zx2相连,三相负载Zx1的中性点定义为n1,三相负载Zx2的中性点定义为n2,其中x∈{A,B,C};其特征是,还包括抑制共模电压调制方法,所述调制方法包括的内容有: 所述三相T型三电平双输出逆变器共有2种工作模式,工作模式1为逆变级1有效工作状态,工作模式2为逆变级2有效工作状态;当处于所述工作模式1时,保持每一相的功率开关Sx2和Sx6导通;当处于所述工作模式2时,保持每一相的功率开关Sx1和Sx5导通; 所述工作模式1包括3种开关状态,分别为:开关状态1_1、开关状态1_2和开关状态1_3; ①所述开关状态1_1:功率开关Sx1、Sx2和Sx6导通,若电流从逆变器流向负载,电流流经功率开关Sx1和三相负载Zx1,输出端x1电位等同于P点电位,此时逆变级1输出相电压ux1O为Ud2;若电流从负载流向逆变器,电流流经三相负载Zx1和二极管Dx1,输出端x1电位等同于P点电位; ②所述开关状态1_2:功率开关Sx2、Sx3、Sx4和Sx6导通,若电流从逆变器流向负载,电流流经功率开关Sx3、二极管Dx4、Dx2和三相负载Zx1,输出端x1电位等同于O点电位,此时逆变级1输出相电压ux1O为0;若电流从负载流向逆变器,电流流经三相负载Zx1、功率开关Sx2、Sx4和二极管Dx3,输出端x1电位等同于O点电位; ③所述开关状态1_3:功率开关Sx2、Sx5和Sx6导通,若电流从逆变器流向负载,电流流经二极管Dx6、Dx5、Dx2和三相负载Zx1,输出端x1电位等同于N点电位,此时逆变级1输出相电压ux1O为-Ud2;若电流从负载流向逆变器,电流流经三相负载Zx1、功率开关Sx2、Sx5和Sx6,输出端x1电位等同于N点电位; 所述工作模式2包括3种开关状态,分别为:开关状态2_1、开关状态2_2和开关状态2_3; i.所述工作模式2的开关状态2_1:功率开关Sx1、Sx2和Sx5导通,若电流从逆变器流向负载,电流流经功率开关Sx1、Sx2、Sx5和三相负载Zx2,输出端x2电位等同于P点电位,此时逆变级2输出相电压ux2O为Ud2;若电流从负载流向逆变器,电流流经三相负载Zx2、二极管Dx5、Dx2和Dx1,输出端x2电位等同于P点电位; ii.所述工作模式2的开关状态2_2:功率开关Sx1、Sx3、Sx4和Sx5导通,若电流从逆变器流向负载,电流流经功率开关Sx3、二极管Dx4、功率开关Sx5和三相负载Zx2,输出端x2电位等同于O点电位,此时逆变级2输出相电压ux2O为0;若电流从负载流向逆变器,电流流经三相负载Zx2、二极管Dx5、功率开关Sx4和二极管Dx3,输出端x2电位等同于O点电位; iii.所述工作模式2的开关状态2_3:功率开关Sx1、Sx5和Sx6导通,若电流从逆变器流向负载,电流流经二极管Dx6和三相负载Zx2,输出端x2电位等同于N点电位,此时逆变级2输出相电压ux2O为-Ud2;若电流从负载流向逆变器,电流流经三相负载Zx2和功率开关Sx6,输出端x2电位等同于N点电位; 根据所述功率开关Sx1~Sx6导通与关断的状态,并对所述工作模式1的和所述工作模式2的每种开关状态对应的两个逆变级输出电平重新定义;在一个开关周期TS内平均分配工作时间,对逆变级1和逆变级2进行分时段调制,电路在TS4处和3TS4处交替进行工作模式1和工作模式2的操作;在0~TS4和3TS4~TS开关周期内,处于所述工作模式1,逆变级1的输出电平为P时,输出相电压ux1O为Ud2;逆变级1的输出电平为O时,输出相电压ux1O为0;逆变级1的输出电平为N时,输出相电压ux1O为-Ud2;此时逆变级2的输出电平保持为N',输出相电压ux2O为-Ud2;在TS4~3TS4开关周期内,处于所述工作模式2,逆变级2的输出电平为P'时,输出相电压ux2O为Ud2;逆变级2的输出电平为O'时,输出相电压ux2O为0;逆变级2的输出电平为N'时,输出相电压ux2O为-Ud2;此时逆变级1的输出电平保持为P,输出相电压ux1O为Ud2; 所述逆变级1和逆变级2的三相输出相电压分别组合为空间电压矢量,所述逆变级1与逆变级2的空间电压矢量相同,对于所述逆变级1的空间电压矢量,包括电压矢量幅值为2Ud3的6个大矢量,其三相交流输出端对应状态分别为PNN、PPN、NPN、NPP、NNP、PNP;电压矢量幅值为的6个中矢量,其三相交流输出端对应状态分别为PON、OPN、NPO、NOP、ONP、PNO;电压矢量幅值为Ud3的6个P型小矢量,其三相交流输出端对应状态分别为POO、PPO、OPO、OPP、OOP、POP;电压矢量幅值为Ud3的6个N型小矢量,其三相交流输出端对应状态分别为ONN、OON、NON、NOO、NNO、ONO;电压矢量幅值为0的3个零矢量,其三相交流输出端对应状态分别为PPP、OOO、NNN;零矢量位于所有矢量的中心,P型小矢量与N型小矢量互为冗余矢量成对出现,与大矢量的方向一致,幅值为大矢量的一半,中矢量位于大矢量所构成三角形的中线上;空间电压矢量分为6个大扇区A~F,每个大扇区又分为4个小扇区X1~X4,X∈{A~F}; 定义共模电压uCM为负载中性点相对于参考地的电压值,取参考地为直流侧电容的中点O,则所述逆变级1的共模电压uCM1表示为: 所述逆变级2的共模电压uCM2表示为: 将各基本电压矢量代入共模电压表达式,能够推导出所有空间电压矢量对应的共模电压大小; 对于所述大扇区A,小矢量ONN等效为小矢量OON与中矢量PNO所合成矢量的一半;小矢量PPO等效为小矢量POO与中矢量OPN所合成矢量的一半;将共模电压为±Ud3的小矢量等效为由共模电压幅值较小的小矢量与中矢量线性组合的虚拟电压矢量,则所述大扇区A内构建的虚拟电压矢量及基本电压矢量为: 其中,VS1_1、VS2_1为基本电压矢量,VS1_2、VS2_2为构建的虚拟电压矢量,其输出平均电流为零,不具备中点电位控制能力;为保证输出电压矢量序列的平滑切换,在小扇区A3中将同时使用基本电压矢量VS1_1和虚拟电压矢量VS1_2;在小扇区A4中同时使用基本电压矢量VS2_1和虚拟电压矢量VS2_2; 逆变级1的三相输出参考电压为: 其中,Um1为逆变级1输出相电压幅值,ω1为逆变级1输出电压的角频率,为逆变级1输出电压初相角; 逆变级2的三相输出参考电压为: 其中,Um2为逆变级2输出相电压幅值,ω2为逆变级2输出电压的角频率,为逆变级2输出电压初相角; 能够得到两个参考电压矢量式为: 设逆变级1和逆变级2的输出参考电压矢量Uref1和Uref2分别位于扇区A1和A1',根据最近三矢量原则得到合成参考电压矢量的空间电压矢量,利用伏秒平衡原理计算出各电压矢量的作用时间;由两个参考电压矢量式可知,一个开关周期TS内逆变级1和逆变级2交替工作,因此每个逆变级的占空比之和为12;由此得: 其中,d1、d2、d3分别为逆变级1有效矢量的占空比;d1'、d2'、d3'分别为逆变级2有效矢量的占空比;当所述工作模式1或所述工作模式2时,输出电压矢量序列满足以下原则:使用虚拟电压矢量代替共模电压大小为±Ud3的基本电压矢量使得输出序列相邻开关状态切换时只有一相发生变化,且不存在状态P和状态N之间的直接切换;参考电压矢量从一个扇区运动到下一个扇区时,遵循最小开关切换的原则,因此均选择N型小矢量为起始矢量;采用对称式的脉冲序列以减少谐波;当参考电压矢量位于小扇区A1A1'或A2A2',参与合成的矢量只涉及基本电压矢量,输出端B2于所述工作模式2,钳位在O电平,一个开关周期仅有四次开关动作,开关损耗低。

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