[發明專利]一種采用SHEPWM的T型三電平逆變器中點電壓平衡控制方法

有效

• 申請號: 201610165414.9
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105680711B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 張承慧;張桐盛;杜春水;陳阿蓮;秦昌偉;邢相洋
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02M7/5395
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種采用SHEPWM的T型三電平逆變器中點電壓平衡控制方法。

背景技術

伴隨著光伏發電系統在內的分布式能源大規模接入低壓配電網，電網對并網逆變器輸出電流波形質量提出更高的要求，傳統兩電平并網逆變器很難滿足大電網高電能質量要求。T型三電平并網逆變器的出現解決了上述問題，如圖1所示，和傳統兩電平相比，該逆變器具有諧波小、開關損耗低、電磁干擾小等優點；和傳統二極管鉗位型三電平逆變器相比，該逆變器具有開關數目少、導通損耗小和功率損耗均勻等優點；且T型三電平逆變器開關頻率在4kHz到30kHz之間效率最高。因此T型三電平逆變器已經廣泛應用到光伏發電和微電網等分布式發電場合，而中點電壓平衡問題是T型三電平逆變器穩定運行的關鍵。

相比于正弦脈寬調制(SPWM)和空間矢量脈寬調制(SVPWM)調制，特定諧波消除法(SHEPWM)具有開關頻率低、開關損耗小、輸出電壓質量好及損耗小等一系列優點，適用于大功率場合，是一種電力電子領域中經常用來消除低次諧波的調制方法。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種采用SHEPWM的T型三電平逆變器中點電壓平衡控制方法，本發明基于T型三電平拓撲和SHEPWM調制策略，對三電平逆變器的關鍵技術進行了研究，針對逆變器直流側的中點電壓平衡問題進行詳細的分析，針對SHEPWM和T型三電平逆變器的優點，提出一種采用SHEPWM的T型三電平逆變器中點電壓平衡控制方法。系統由傳統SHEPWM相關公式計算出開關角度，然后在傳統三相SHEPWM的調制后增加了一個小矢量替換系統，通過測量逆變器中點電壓來確定是否替換逆變器的小矢量的開關狀態來調節中點平衡。所提出的方法不影響逆變器輸出的線電壓波形，所以具有和傳統SHEPWM相同的消除低次諧波的功能，且可以維持中點電壓平衡，能使T型三電平逆變器穩定高效運行。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種采用SHEPWM的T型三電平逆變器中點電壓平衡控制方法，包括以下步驟：

(1)根據需要消除的諧波次數的個數確定每個周期的開關角個數；

(2)基于多目標粒子群優化方法求解特定諧波消除脈寬調制的開關角度，生成相應的特定諧波消除脈寬調制信號；

(3)采集T型三電平逆變器的中點電壓；

(4)對信號進行優化，若T型三電平逆變器的中點電壓在閾值范圍內，則不改變開關狀態，使其直接作用于三電平逆變器；否則替換小矢量開關狀態，對特定諧波消除脈寬調制信號進行改寫。

所述步驟(1)中，每四分之一個周期中的開關角個數為需要消去的諧波次數加1。

如果要消除N-1個特定的諧波分量，則要設置N個開關角，就能構成N個獨立的方程，從而在選擇基波幅值的同時，還可以消除N-1個希望消除的諧波分量。

所述步驟(2)中，采用多目標粒子群優化(MOPSO)算法求解三電平特定諧波消除脈寬調制開關角。

所述步驟(4)中，采集中點電壓，如果小矢量開關狀態出現，通過檢測中點電壓來確定是否替換小矢量；當小電壓矢量開關狀態沒有出現時，不改變開關狀態。

進一步的，所述步驟(4)中，小矢量開關狀態出現且中點電壓的絕對值大于中點電壓閾值時，若中點電壓大于零，開關狀態被改變為N型小矢量；若中點電壓小于零，開關狀態被改變為P型小矢量，當中點電壓的絕對值小于中點電壓閾值時，開關狀態不改變。

應用于T型三電平逆變器的特定諧波消除系統，包括特定諧波消除脈寬調制信號發生器、小矢量控制器、開關組、PWM信號發生器和T型三電平逆變器，其中，所述特定諧波消除脈寬調制信號發生器輸出特定諧波消除脈寬調制信號給開關組，所述小矢量控制器采集T型三電平逆變器的中點電壓，對中點電壓進行判斷；

若中點電壓在設定閾值范圍內，則不改變開關組的狀態，使特定諧波消除脈寬調制信號通過PWM信號發生器生成控制信號，控制T型三電平逆變器的開關器件；

若中點電壓不在設定閾值范圍內，小矢量控制器改變開關組狀態，替換小矢量，通過PWM信號發生器生成控制信號，控制T型三電平逆變器的開關器件。

所述中點電壓為T型三電平逆變器的直流側兩個并聯電容之間的電壓差值的一半。

所述中點電壓的絕對值大于中點電壓閾值時，若中點電壓大于零，開關狀態被替換為N型小矢量；若中點電壓小于零，開關狀態被替換為P型小矢量。

本發明的有益效果為：

(1)本發明可以將中點電壓限定在一個更小的波動區域；