低开关频率下同步CSVS的电流谐波特性分析

低开关频率下同步CSVS的电流谐波特性分析

Analysis of Current Harmonic Characteristics of Synchronized CSVS at Low Switching Frequency

中文关键词:  低开关频率  同步调制  CSVS  电流谐波

作者                    单位                                                                                             E-mail
方学礼                 中·国电建集团贵州电力设计研究院有限公司， 贵阳 550002           xueli_fang@163.com
高钰                    贵州电网有限责任公司六盘水供电局， 六盘水 553001

中文摘要:
在高电压-大电流的大功率牵引传动系统中，驱动逆变器受到开关损耗和散热条件等的限制，逆变器的最高工作开关频率通常只有几百赫兹。为了提高逆变器的输出性能，通常在中频段采用同步调制策略。针对同步SVPWM，总结了满足半周期奇对称HWS（half-wave odd symmetry）、1/4周期偶对称QWS（quarter-wave even symmetry）和三相对称3PS（quarter-wave even symmetry）的对称性规律，介绍了其中的同步CSVS的脉冲生成规律及发波方式。通过阻感负载下的仿真和实验，对同步CSVS的电流谐波特性进行分析，得到了电流谐波含量随调制比的变化规律以及电流谐波主要集中次数的分布规律，为同步CSVS的应用提供了一定的参考价值。

内容节选：
采用高电压-大电流功率开关器件（IGBT、IGCT和 GTO）作为桥臂的大功率逆变器在电力机车牵引、船舶推进、金属轧制和矿井提升等交流传动领域的应用非常广泛[1]，具有电流母线电压等级高、输出电流能力大和输出功率大的共同特点。 随着逆变器直流母线电压等级的升高、输出功率的增大，开关器件的开关损耗也会随着增大，并且会成为功率损耗的主要部分。 对于 MW 级逆变器的 IGBT 或 IGCT而言， 其开关频率一般要低于 1 kHz 才能保证开关损耗不超出允许范围， 开关器件的寿命才能得以保证[2-3]。 降低逆变器工作的开关频率是提高输出功率、降低开关器件开关损耗以及改善散热性能的有效手段。 然而，逆变器开关频率的降低带来了负载电流谐波含量增大的问题，导致电机控制性能下降。为了解决这个矛盾，通常在电机全速范围内采用“异步调制+同步调制+方波调制”组合的分段调制策略[4]。 中频段的同步调制策略是关键。
文献[5-6]基于异步 SVPWM，通过合理设置采样点的位置分布和逆变器开关状态切换序列，提出了使得逆变器输出电压具有半周期奇对称性 HWS（half-wave odd symmetry）、1/4 周 期 偶 对 称 性 QWS（quarter-wave even symmetry）和三相对称性 3PS（th-ree-phase symmetry）的同步 SVPWM 策略，主要包括传统空间矢量策略 CSVS（conventional space vectorstrategy），基本母线钳位策略 BBCS（basic bus cla-mping strategy）和边界采样策略 BSS（boundary sam-pling strategy），并进行了逆变器输出电压波形的谐波对比分析；文献[7-9]对不同类型同步 SVPWM 策略逆变器输出电压谐波进行了详细分析； 文献[10]研究了优化电压谐波含量的 PWM 方法。
然而，在实际的电机控制中，逆变器输出电压谐波含量少， 并不一定代表电流波形的正弦度好，电流波形正弦度的优劣、谐波含量的多少直接影响电机的控制性能。 本文从逆变器输出电压脉冲加载在阻感负载上以后如何影响电流的角度出发，针对应用广泛的同步 CSVS 策略， 详细总结三相 PWM脉冲对称性规律，并提出一种基于计时器比较法的CSVS 发波方式，实现起来比较简单；在阻感负载下进行仿真和实验，分析逆变器输出电压波形对负载电流谐波的影响，总结得出了同步 CSVS 的电流谐波特性及谐波主要集中次数的分布规律。 由于同步调制方式中，一个基波周期内，逆变器输出电压脉冲个数恒定，因此，本文的研究为不同脉冲个数的CSVS 的合理选取及应用提供了有效参考。

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此文章来自电源学报
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