[發(fā)明專利]一種利用時(shí)間因子平衡三電平直流中點(diǎn)電壓的方法

有效

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• 申請日: 2010-04-22
• 公開（公告）號: CN101834443A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧大智
• 申請（專利權(quán)）人: 河源市雅達(dá)電子有限公司
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 羅曉林;李志強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于有源電力濾波器三電平系統(tǒng)的平衡方法，特別是涉及一種利用時(shí)間因子平衡三電平直流中點(diǎn)電壓的方法。

背景技術(shù)：

有源電力濾波器的直流側(cè)的三電平電壓平衡問題，是有源濾波器的關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)有源電力濾波器直流側(cè)的中點(diǎn)不平衡時(shí)，將帶來以下危害：第一、變流器輸出電壓波形發(fā)生畸變，輸入到電網(wǎng)中的諧波補(bǔ)償電流就帶有低次諧波，從而使有源電力濾波器不能很好地跟蹤負(fù)載的諧波電流；第二、開關(guān)器件承受的電壓不均衡，每相中一部分器件承受電壓偏高，嚴(yán)重時(shí)將影響正常工作；第三、直流側(cè)電容上的電壓波動(dòng)降低了電容的壽命。

為了使有源電力濾波器能夠正常工作，應(yīng)努力使中點(diǎn)電壓保持平衡。尤其在設(shè)計(jì)變流器控制策略時(shí)要考慮到矢量對中點(diǎn)電壓的影響，把中點(diǎn)電壓的波動(dòng)降到最低的程度。現(xiàn)有技術(shù)控制中點(diǎn)電壓平衡的方法主要有：一、開環(huán)控制，通過交替選擇正負(fù)小矢量，不需要檢測直流母線電壓和輸出端電流，實(shí)現(xiàn)簡單，但是由于無法補(bǔ)償中矢量對中點(diǎn)電壓的影響，所以只能通過中矢量自身的對稱性，在一個(gè)完整的輸出電壓周期內(nèi)，完成中點(diǎn)電壓平衡，導(dǎo)致中點(diǎn)電壓存在很大的低頻紋波；二、檢測直流側(cè)電容電壓大小，然后根據(jù)中點(diǎn)電壓的偏離方向，合理安排正負(fù)小矢量的PWM(Pulse?WidthModulation的縮寫，即脈沖寬度調(diào)制)脈沖的作用時(shí)間，進(jìn)行中點(diǎn)電壓補(bǔ)償，但該方法算法十分復(fù)雜；三、檢測直流側(cè)電容電壓大小和三相交流輸出電流，該方法通過實(shí)時(shí)檢測三相交流輸出電流方向得到方向函數(shù)，利用該函數(shù)選擇一個(gè)PWM周期內(nèi)正負(fù)電壓矢量作用時(shí)間來控制中點(diǎn)電流方向，實(shí)現(xiàn)電壓平衡，理論上這種方法很好好，它能計(jì)算出補(bǔ)償?shù)木唧w時(shí)間，但是該方法要采樣的數(shù)據(jù)比較多，計(jì)算量比較大，對軟硬件的要求較高。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用時(shí)間因子平衡三電平直流中點(diǎn)電壓的方法，簡單方便的實(shí)現(xiàn)三電平中點(diǎn)電壓平衡。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種利用時(shí)間因子平衡三電平直流中點(diǎn)電壓的方法，步驟如下：

步驟1、開始對中點(diǎn)電壓和中點(diǎn)電流進(jìn)行采樣，并對中點(diǎn)電壓和中點(diǎn)電流進(jìn)行判斷；

步驟2、中點(diǎn)電壓不為零，執(zhí)行步驟3，中點(diǎn)電壓為零，跳至步驟5；

步驟3、中點(diǎn)電壓大于零且中點(diǎn)電流大于零時(shí)負(fù)小矢量根據(jù)時(shí)間因子微調(diào)抵消中點(diǎn)電壓大于零的部分，

中點(diǎn)電壓小于零且中點(diǎn)電流小于零時(shí)正小矢量根據(jù)時(shí)間因子微調(diào)抵消中點(diǎn)電壓大于零的部分，

中點(diǎn)電壓小于零且中點(diǎn)電流大于零時(shí)正小矢量根據(jù)時(shí)間因子微調(diào)抵消中點(diǎn)電壓大于零的部分，

中點(diǎn)電壓大于零而中點(diǎn)電流小于零時(shí)負(fù)小矢量根據(jù)時(shí)間因子k微調(diào)抵消中點(diǎn)電壓大于零的部分；

步驟4、經(jīng)過正負(fù)小矢量抵消后的中點(diǎn)電壓達(dá)到平衡；

步驟5、程序結(jié)束。

本發(fā)明采用時(shí)間因子來分配一個(gè)采樣周期內(nèi)一對小矢量正負(fù)狀態(tài)的作用時(shí)間，控制中點(diǎn)電壓。假設(shè)受控小矢量的作用時(shí)間為Tx，k表示時(shí)間因子，則開始時(shí)的負(fù)小矢量作用時(shí)間為kTx，正小矢量的作用時(shí)間為(1-k)Tx，中點(diǎn)電壓值為直流側(cè)分壓電容電壓Vdc1和Vdc2之差，中點(diǎn)電流流出方向?yàn)檎唧w的控制規(guī)律是：

Vdc1-Vdc2＞h且I₀＞0則k值取(1-k)，正小矢量作用的時(shí)間是(1-k)Tx；

Vdc1-Vdc2＞h且I₀＜0則k值不變，負(fù)小矢量作用的時(shí)間是kTx；

Vdc1-Vdc2＜-h且I₀＞0則k值不變，負(fù)小矢量作用的時(shí)間是kTx；

Vdc1-Vdc2＜-h且I₀＜0則k值取(1-k)，正小矢量作用的時(shí)間是(1-k)Tx。

h為電壓的滯環(huán)帶寬，I₀為中點(diǎn)電流，k是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)在電力有源濾波器中檢測到的電壓值、電流值及電壓和電流的運(yùn)行方向調(diào)整大小，來決定正負(fù)小矢量PWM脈沖作用于系統(tǒng)的時(shí)間，調(diào)整的大小依據(jù)4個(gè)關(guān)系式中的滯環(huán)帶寬h的大小。

從以上四式看出，無需經(jīng)過復(fù)雜的邏輯判斷就能保持中點(diǎn)電壓的平衡，同時(shí)由于滯環(huán)帶寬的存在，使得k值變化幅度小，通過負(fù)反饋控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)對中點(diǎn)電壓值進(jìn)行控制，達(dá)到中點(diǎn)電壓的平衡。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：第一、利用時(shí)間因子k對三電平中點(diǎn)電壓的正負(fù)小矢量進(jìn)行微調(diào)，達(dá)到中點(diǎn)電壓平衡，操作簡便；第二、直流側(cè)電容上的電壓波動(dòng)小，延長了電容的壽命；第三、采樣數(shù)據(jù)少，對軟硬件的要求低。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的原理框圖；