[發明專利]用于三電平電力變換器的中點電位平衡控制方法

有效

• 申請號: 201410471483.3
• 申請日: 2014-09-16
• 公開（公告）號: CN105406744B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 陳玉東
• 申請（專利權）人: 上海三菱電梯有限公司
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司31211
• 代理人: 張驥

技術領域

本發明涉及一種三電平電力變換器的控制方法，具體涉及一種用于三電平電力變換器的中點電位平衡控制方法。

背景技術

與傳統兩電平變換器相比，三電平電力變換器具有功率器件承受電壓應力小、電壓變化率dv/dt小、輸出波形諧波特性好、開關頻率低和效率高等優點，特別適用于高壓大容量功率變換場合。但是，三電平電力變換器在運行過程中，其直流電容的中點電位會發生波動，若不加以適當的限制，中點電位的波動會導致三電平電力變換器輸出性能的降低、甚至會引發三電平電力變換器的功率模塊過壓燒毀等嚴重故障。因此，需要對三電平電力變換器的中點電位波動進行適當控制。

目前，對于基于空間矢量控制的三電平電力變換器的中點電位平衡控制問題，文獻1(ANew Simplified Space-Vector PWM Method for Three-Level Inverters,IEEE Trans.Power Electronics,Vol.16,No.4,July 2001)指出可以采用改變開關順序(Changing the Switching Sequence)和重新排列冗余電壓矢量的時間分布(Rearranging the time distribution of redundant voltage vectors)兩種方法對三電平電力變換器的中點電位進行平衡控制。第一種方法是通過改變由三電平電力變換器的期望輸出電壓構成的參考電壓矢量所在主扇區編號來改變最終的輸出電平組合(即輸出電平組合的改變是通過改變開關序列來實現)，算法簡單、易于實現；第二種方法根據三電平電力變換器的中點電位偏移情況對對三電平電力變換器的小矢量作用時間進行調整，使得在對應于小矢量的中點電流的作用下三電平電力變換器的中點電位偏移得到抑制，但該方法較為復雜、計算量相對第一種方法要大。

文獻1在闡述第一種方法時，僅是指出當負載電流(此處的負載電流即后文中的中點電流)流出直流電容時，負載電流對下電容放電，同時對上電容充電；反之亦然。因此可根據中點電位偏移情況來改變主扇區編號。但是，但每個PWM(脈沖寬度調制)周期內，三電平電力變換器具有多種不同的輸出電平組合，相應的具有多種不同的中點電流情況：中點電流可能是流入直流電容器，也可能是流出電容器；對應不同輸出電平組合的中點電流的大小也通常是不同的。因此，在一個PWM周期內，對應于不同輸出電平組合的中點電流對三電平電力變換器的中點電位的總的作用并不能簡單地根據中點電流是流入或是流出直流電容器來判定。因此，雖然文獻1指出了可以通過改變參考電壓矢量所在主扇區編號來實現對三電平電力變換器的中點電位進行平衡控制，但并未給出切實可行的實現方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于選定參考電壓矢量所在主扇區編號的三電平電力變換器中點電位平衡控制方法，該方法根據對應于不同輸出電平組合的中點電流對三電平電力變換器的中點電位的總的作用的判定結果以及三電平電力變換器的中點電位的偏移情況選擇適當的參考電壓矢量所在主扇區編號實現對三電平電力變換器的中點電位進行平衡控制。

為解決上述技術問題，本發明用于三電平電力變換器的中點電位平衡控制方法為：

當由三電平電力變換器的期望輸出電壓構成的參考電壓矢量位于相鄰主扇區的重疊區域中時，選中主扇區，使得選中主扇區中為合成所述參考電壓矢量所需的合成電壓矢量中，非冗余輸出電平組合所對應的中點電流與其作用時間的積分的代數和，與未選中主扇區中為合成所述參考電壓矢量所需的合成電壓矢量中，非冗余輸出電平組合所對應的中點電流與其作用時間的積分的代數和之間的差值的符號，與所述三電平電力變換器中點電位的偏移折算出的電荷數量符號相同；和/或當由三電平電力變換器的期望輸出電壓構成的參考電壓矢量位于相鄰主扇區的重疊區域中時，選中主扇區，使得選中主扇區中為合成所述參考電壓矢量所需的合成電壓矢量中，非冗余輸出電平組合所對應的中點電流的符號，與未選中主扇區中為合成所述參考電壓矢量所需的合成電壓矢量中，非冗余輸出電平組合所對應的中點電流的符號相反，且選中主扇區中為合成所述參考電壓矢量所需的合成電壓矢量中小矢量所對應的輸出電平組合中，與同一小矢量對應的兩個輸出電平組合中僅有其中一個出現的輸出電平組合所對應的中點電流對三電平電力變換器的中點電位的作用將減小三電平電力變換器已有的中點電位偏移；所述非冗余輸出電平組合是指：小矢量所對應的輸出電平組合中對應于同一小矢量的兩個輸出電平組合中僅有其中一個出現的輸出電平組合。

所述中點電流的正方向定義為由三電平電力變換器流入直流電容的方向。