[發明專利]一種五電平二極管鉗位型變換器電容電壓平衡控制方法有效

申請號：	201310132772.6	申請日：	2013-04-17
公開（公告）號：	CN103236797A	公開（公告）日：	2013-08-07
發明（設計）人：	李寧;王躍;厲肅;王兆安	申請（專利權）人：	西安交通大學
主分類號：	H02M7/487	分類號：	H02M7/487;H02M7/5387
代理公司：	西安通大專利代理有限責任公司 61200	代理人：	蔡和平
地址：	710049 ***	國省代碼：	陜西;61
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種電平二極管鉗位型變換器電容電壓平衡控制方法
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【說明書】：

【技術領域】

本發明涉及電力電子技術領域；特別涉及一種五電平二極管鉗位型變換器的直流電容電壓平衡控制方法。

【背景技術】

在當前情況下，功率器件無法在短期內取得電壓和功率上的突破，基于這種原因，提升變換器電壓和功率等級的研究點主要在拓撲和控制方法上，多電平拓撲就是高壓大功率變換器的一種很重要的實現方案。而在多電平拓撲中，二極管鉗位型（NPC）型拓撲因其結構簡單、性價比高而應用最為廣泛。

在多電平NPC電路的相關研究內容中，直流電容電壓平衡控制問題具有突出的重要性。如果直流電容電壓出現不平衡，不僅會影響電路的輸出電壓波形，還會破壞多電平電路的安全穩定運行。傳統三電平NPC變換器的直流電容電壓平衡控制已經有很多研究成果，但是五電平NPC變換器的直流電容電壓平衡控制問題相比于三電平難度增加了許多：對于三電平NPC變換器，在總電壓穩定的情況下，只需要控制一個電容電壓的平衡，而對于五電平電路，需要控制三個電容電壓的平衡；三電平電路的兩個直流電容電壓是可以獨立控制的，之間不存在耦合性，但五電平電路的四個直流電容電壓之間具有耦合性，增加了控制難度。

目前，有關五電平NPC變換器的直流電容電壓平衡控制的研究已經取得一定的研究成果，現階段的直流電容電壓平衡方案基本上分為三種類型：外加輔助電路平衡法、背靠背拓撲平衡法和軟件平衡法。在這三種方法中，外加輔助電路法需要額外的平衡回路，這會增加系統成本；背靠背拓撲法采用的是雙變換器對稱控制，不適用于單個變換器；軟件平衡算法雖然會增加系統的控制復雜性，但該方法不需要增加系統的硬件成本，隨著高性能DSP的快速發展，復雜的控制算法變得越來越容易實現，因此，軟件平衡法也獲得越來越多的關注。

當前應用的多電平NPC型變換器直流電容電壓軟件平衡方法可以分為零序電壓注入法、虛擬矢量SVM法、舍棄不平衡矢量法和目標函數優化法等多種。其中，零序電壓注入法廣泛應用于三電平NPC變換器的直流電容電壓控制中，而五電平NPC變換器共有三個中點，因此這種方法將變得復雜且難以控制；虛擬矢量SVM可以從理論上保證在每個控制周期的直流電壓平衡，但它增加了開關損耗和控制的復雜性；舍棄不平衡矢量法雖然可以實現直流電容電壓的平衡控制，但它減少了輸出電平數，輸出波形質量差；目標函數優化法的實現簡單，更加適用于五電平NPC拓撲，但是它并不適用于全調制度。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種全調制度、全數字化、簡單高效的五電平二極管鉗位型變換器電容電壓平衡控制方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種五電平二極管鉗位型變換器電容電壓平衡控制方法，包括以下步驟：

1）、計算空間矢量調制的調制度m_SV；

2）、判斷m_SV與0.5的關系，若m_SV≤0.5，則轉入低調制度直流電容電壓平衡控制方法；若m_SV>0.5，則轉入高調制度直流電容電壓平衡控制方法；

3）、當采用低調制度直流電容電壓平衡控制方法時，采用參考電壓分解法與目標函數優化法相結合的方法實現五電平二極管鉗位型變換器直流電容電壓的平衡控制；

4）、當采用高調制度直流電容電壓平衡控制方法時，采用優化的平衡矢量甄選法實現五電平二極管鉗位型變換器直流側電容電壓的平衡控制。

本發明進一步的改進在于：步驟3）具體包括以下步驟：

3.1）、計算參考電壓矢量；

3.2）、應用參考電壓分解法得到候選開關序列；

3.3）、計算各候選開關序列的目標函數值；