[發(fā)明專利]多電平逆變器優(yōu)化虛擬矢量中點(diǎn)電位平衡閉環(huán)控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310164567.8
• 申請日: 2013-05-08
• 公開（公告）號: CN103280956A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范波;劉躍敏;許惠;趙偉剛
• 申請（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號: H02M1/14
• 分類號: H02M1/14;H02M7/487
• 代理公司: 洛陽公信知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41120
• 代理人: 羅民健

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高壓、大功率交流變頻調(diào)速領(lǐng)域，涉及一種適用于箝位型多電平逆變器中點(diǎn)電位平衡控制的閉環(huán)系統(tǒng)方案。

背景技術(shù)

箝位型多電平逆變器由于自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其存在直流側(cè)電容電壓的低頻振蕩，進(jìn)而會增加開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力，并在輸出電壓中會包含低頻諧波。另外，導(dǎo)致直流側(cè)分壓電容中點(diǎn)電位不平衡的原因還有調(diào)制策略、分壓電容的制造工藝和負(fù)載情況等等因素。目前，針對如何來解決直流側(cè)中點(diǎn)電位平衡問題，呈現(xiàn)出兩種方式：硬件方式和軟件方式。硬件方式是在電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上做些變動，例如：a、在直流側(cè)和電容器之間加入換流器，使得直流側(cè)中點(diǎn)電流直接流入換流器，而不再經(jīng)過電容；b、在直流電源和電容之間并聯(lián)接入兩個(gè)電阻，利用兩個(gè)等值電阻來強(qiáng)制性的分壓，考慮到電壓精度和電源自身的功耗，該方法并不可取。軟件方式主要是在設(shè)計(jì)控制策略時(shí)，考慮到各類矢量對中點(diǎn)電位影響的不同，特別是正、負(fù)小矢量對其影響剛好是相反的，從這個(gè)角度出發(fā)，加入一些可行性的措施來調(diào)節(jié)各類矢量的作用時(shí)間來減小或者完全控制中點(diǎn)電位波動，來控制中點(diǎn)電位平衡的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提出了一種基于優(yōu)化虛擬空間矢量的多電平逆變器中點(diǎn)電位平衡閉環(huán)控制系統(tǒng)方案，以實(shí)現(xiàn)對直流側(cè)電容中點(diǎn)電壓波動的有效控制，進(jìn)而避免了由于開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力不同所導(dǎo)致的開關(guān)管損壞，以及輸出電壓的諧波失真。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題的不足而采用的技術(shù)方案是：多電平逆變器優(yōu)化虛擬矢量中點(diǎn)電位平衡閉環(huán)控制系統(tǒng)：

步驟一、信號的調(diào)理：對利用傳感器采樣得到的逆變器輸出端三相電壓、電流分量，以及直流側(cè)分壓電容電壓值，經(jīng)過檢測電路，進(jìn)行濾波處理，去除干擾的毛刺信號；

步驟二、控制器的設(shè)計(jì)：

a、求取補(bǔ)償量???????????????????????????????????????????????：將步驟一中得到的信號輸入DSP進(jìn)行A/D變換，數(shù)字量化之后對分壓電容電壓進(jìn)行處理，分別得到中點(diǎn)電位的偏移量和直流側(cè)母線電壓值，經(jīng)過一個(gè)低通補(bǔ)償器得到對應(yīng)的補(bǔ)償量，由與其期望值得到誤差量，經(jīng)過一個(gè)補(bǔ)償器即可得到的期望值；

b、參考空間電壓矢量夾角的獲取：通過過零點(diǎn)檢測器對線電壓進(jìn)行檢測處理，記錄下每個(gè)周期過零點(diǎn)的時(shí)間間隔，計(jì)算得到參考空間電壓矢量與軸的夾角；

c、參考電壓矢量的計(jì)算：利用上一步驟得到的夾角對三相電流信號進(jìn)行3s/2r變換，設(shè)定，將三相電流信號與其期望值進(jìn)行比較得到誤差，經(jīng)過一個(gè)補(bǔ)償器的處理，在進(jìn)行誤差比較時(shí)利用對進(jìn)行解耦處理，將兩者的處理結(jié)果進(jìn)行比較即可得到參考電壓空間矢量的分量,進(jìn)而得到參考電壓矢量的模長和夾角，進(jìn)而根據(jù)關(guān)系式，即可得到角度；

d、負(fù)載位移角的在線估計(jì)：利用三相電流分量得到，即可得到負(fù)載位移角的值；

步驟三、調(diào)制器的設(shè)計(jì)：

a、占空比的在線估算：利用步驟二中得到的物理量（、、、），通過對K值查表以及的定義式得到在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的占空比：、、、、、，并利用角度對其進(jìn)行2r/3s變換得到三相靜止坐標(biāo)系下的占空比：、、、、、；

b、占空比的修正：利用步驟二中得到的補(bǔ)償量對步驟三中得到的占空比進(jìn)行補(bǔ)償修正，得到、、、、、；

步驟四、調(diào)制分配器的設(shè)計(jì)：利用步驟三中得到的修正后的占空比，通過調(diào)制分配器來產(chǎn)生能夠有效抑制直流側(cè)中點(diǎn)電位波動的多路控制信號，來調(diào)節(jié)由三相開關(guān)器件IGBT、IGCT組合形成的各種開關(guān)狀態(tài)的導(dǎo)通與關(guān)斷的作用時(shí)間長度，用來驅(qū)動多電平逆變器的開關(guān)器件，產(chǎn)生沒有諧波失真的輸出信號，最終使整個(gè)交流調(diào)速系統(tǒng)能夠正常地運(yùn)行工作。

本發(fā)明有益效果為：對于傳統(tǒng)的控制方案，不能夠?qū)χ悬c(diǎn)電位進(jìn)行有效地控制，導(dǎo)致輸出電壓的諧波失真，嚴(yán)重時(shí)還會致使交流調(diào)速系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。目前已有的控制方案有：、、，這些控制方案也能夠在一定范圍內(nèi)對直流側(cè)中點(diǎn)電位進(jìn)行局部控制，但是并不能在全局范圍內(nèi)對其進(jìn)行有效地控制。采用該控制方案，在有效地降低直流側(cè)電容容值的前提下，該控制方案可以產(chǎn)生低諧波失真的輸出電壓；同時(shí)，根據(jù)直流側(cè)中點(diǎn)電位的反饋量來循環(huán)改變控制器的控制信號，對中點(diǎn)電壓的不平衡進(jìn)行快速地控制；另外，引入了對負(fù)載位移角的在線估計(jì)環(huán)節(jié)，使整個(gè)控制方案也兼顧到了負(fù)載對直流側(cè)中點(diǎn)電位平衡的影響。整個(gè)控制方案幾乎完全考慮到了影響直流側(cè)中點(diǎn)電位平衡的因素，故可以在全局范圍內(nèi)對直流側(cè)中點(diǎn)電位進(jìn)行有效地控制。

附圖說明

附圖1為二極管箝位型三電平逆變器中點(diǎn)電位平衡閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖。