[發(fā)明專利]一種飛跨電容型三電平逆變裝置的控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410126713.2
• 申請(qǐng)日: 2014-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN103872938A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王琨;馮琳;李國杰;江秀臣;汪可友;韓蓓;杭麗君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/487
• 分類號(hào): H02M7/487;H02M7/5387;H02M1/12
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張寧展

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及并網(wǎng)發(fā)電用逆變器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種飛跨電容型三電平逆變裝置的控制方法。

背景技術(shù)

近年來，多電平逆變器在高壓大功率領(lǐng)域應(yīng)用越來越多，現(xiàn)在應(yīng)用較為成熟的主要有三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：二極管鉗位型、級(jí)聯(lián)型和飛跨電容型。二極管鉗位型多電平逆變器拓?fù)溆兄绷髂妇€側(cè)各電容電壓均壓困難和電壓應(yīng)力不均勻等缺點(diǎn)。級(jí)聯(lián)型多電平逆變器拓?fù)湓谛杼峁┯泄β蕡龊希枰鄠€(gè)獨(dú)立直流電源且不共地。飛跨電容型多電平逆變器拓?fù)浜推渌麅煞N相比，利用電容鉗位，克服了二極管鉗位型逆變器的固有缺陷；利用一個(gè)直流電源，克服了級(jí)聯(lián)型逆變器的多電源缺陷；并有大量的冗余開關(guān)狀態(tài)，具有更容易向多電平發(fā)展的優(yōu)良特點(diǎn)。

多電平脈寬調(diào)制(Pulse?Width?Modulation，PWM)技術(shù)是多電平逆變器研究的核心技術(shù)。多電平逆變器脈寬調(diào)制技術(shù)的原理是用正弦波作為調(diào)制波，以恒定頻率的三角波為載波，由于三角波的上下寬度是線性變化的，通過正弦調(diào)制波與三角波進(jìn)行比較，可以得到一組幅值相等而寬度正比于正弦波的矩形脈沖序列，用開關(guān)量取代模擬量，并通過逆變開關(guān)管的通斷控制，把直流電能變換成多電平PWM交流電能。

PWM調(diào)制的控制目的主要有兩個(gè)：

一、對(duì)輸出電壓的控制；

二、對(duì)多電平逆變器自身運(yùn)行狀態(tài)的控制。

PWM調(diào)制技術(shù)包括載波PWM方法和空間矢量PWM方法。如下所示：

多電平逆變器的PWM控制，必須和其電路結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系，根據(jù)不同電路的不同特點(diǎn)，設(shè)計(jì)不同的應(yīng)用方法。主要的載波方法有載波同相層疊PWM方法(PDPWM)、載波反相層疊PWM方法(APOD?PWM)和載波移相PWM方法(PSPWM)等。其中載波同相層疊PWM方法(PDPWM)方法被廣泛認(rèn)為具有最低的線電壓諧波性能，并且實(shí)現(xiàn)簡單。但將PDPWM方法應(yīng)用于飛跨電容型逆變器時(shí)，會(huì)造成電容上電壓變化，而飛跨電容型逆變器利用電容鉗位，必須保證電容上電壓穩(wěn)定，因此傳統(tǒng)PDPWM方法不適用于飛跨電容型多電平逆變器。

飛跨電容型多電平逆變器只有載波移相PWM方法(PSPWM)適用，但將傳統(tǒng)PSPWM方法應(yīng)用于飛跨電容型多電平逆變器時(shí)，由于此算法固有特點(diǎn)，將在逆變器輸出側(cè)產(chǎn)生較大的線電壓諧波，不利于發(fā)電并網(wǎng)；由于飛跨電容電壓自動(dòng)平衡，不能人為干預(yù)和調(diào)整，會(huì)使飛跨電容電壓有一定的電壓偏差，且無法改變。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種飛跨電容型三電平逆變裝置的控制方法，通過載波層疊算法獲得逆變器運(yùn)行狀態(tài)，在零電平時(shí)增加零電平選擇環(huán)節(jié)，合理分配零電平向量，利用飛跨電容型逆變器特有的“0+”、“0-”狀態(tài)平衡飛跨電容電壓，降低輸出線電壓諧波。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種適用于飛跨電容型三電平逆變器的改進(jìn)的載波層疊PWM控制方法，其特點(diǎn)在于該方法包括下列具體步驟：

步驟①、逆變控制模塊設(shè)定飛跨電容型三電平逆變裝置輸出電平狀態(tài)及開關(guān)組合狀態(tài)，當(dāng)飛跨電容型三電平逆變裝置的輸出電壓為+V_dc/2，0，-V_dc/2時(shí)（V_dc為直流電源電壓），分別定義逆變裝置對(duì)應(yīng)輸出為“1”，“0”，“-1”電平狀態(tài)：

當(dāng)輸出為“1”電平狀態(tài)時(shí)，第一功率開關(guān)管S_a1至第四功率開關(guān)管S_a4開關(guān)狀態(tài)為1100；

當(dāng)輸出為“0”電平狀態(tài)時(shí)分為兩種：“0+”電平狀態(tài)，第一功率開關(guān)管S_a1至第四功率開關(guān)管S_a4開關(guān)狀態(tài)為1010；“0-”電平狀態(tài)，第一功率開關(guān)管S_a1至第四功率開關(guān)管S_a4開關(guān)狀態(tài)為0101；

當(dāng)輸出為“-1”電平狀態(tài)時(shí)，第一功率開關(guān)管S_a1至第四功率開關(guān)管S_a4開關(guān)狀態(tài)為0011；

其中，1和0分別表示閉合開關(guān)和關(guān)斷開關(guān)；

步驟②、逆變控制模塊根據(jù)上位機(jī)給定的載波頻率F1，產(chǎn)生幅值為1且恒定的雙層三角載波；

逆變控制模塊根據(jù)上位機(jī)給定的所述的飛跨電容型三電平逆變裝置輸出側(cè)電壓幅值及頻率要求，產(chǎn)生恒定的正弦調(diào)制波，其頻率為F2；

步驟③、逆變控制模塊根據(jù)載波頻率F1及調(diào)制波頻率F2，計(jì)算預(yù)設(shè)參數(shù)K，具體過程為：

首先計(jì)算單個(gè)調(diào)制周期中“0”電平出現(xiàn)次數(shù)n=F1/F2+1：

當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)，K=n;

當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，K=(n-3)/2；