[發(fā)明專利]一種二極管箝位三電平逆變器共模電壓抑制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611063145.1
• 申請(qǐng)日: 2016-11-25
• 公開（公告）號(hào): CN106803725A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂佃順;林資旭;張勇波;王貴鵬;張偉華;任曉娜;陳立權(quán);徐錚;李海東;武鑫;許洪華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 科諾偉業(yè)風(fēng)能設(shè)備（北京）有限公司;保定科諾偉業(yè)控制設(shè)備有限公司;北京科諾偉業(yè)科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H02M7/487
• 分類號(hào): H02M7/487;H02M1/12
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司11251
• 代理人: 關(guān)玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于二極管箝位三電平逆變器的共模電壓抑制方法。

背景技術(shù)

隨著能源和環(huán)境問題的突出，世界各國(guó)正在把更多目光投向可再生能源，其中風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為目前最具規(guī)模化開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的可再生能源發(fā)電方式。在風(fēng)力發(fā)電中，需要PWM變頻器對(duì)電能進(jìn)行處理，其中由二極管箝位三電平逆變器組成的四象限變流器具有能量轉(zhuǎn)換效率高、控制相對(duì)簡(jiǎn)單、du/dt低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛采用，但是在其應(yīng)用過程中存在一些負(fù)面效應(yīng)，典型問題為逆變器產(chǎn)生的高頻共模電壓。

高頻共模電壓會(huì)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上感應(yīng)出高頻軸電壓，進(jìn)而形成軸電流，腐蝕發(fā)電機(jī)軸承。高頻共模電壓與發(fā)電機(jī)繞組寄生電容相互作用，降低繞組對(duì)地絕緣；同時(shí)高頻共模電壓產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，影響其它控制系統(tǒng)和電子設(shè)備的正常運(yùn)行。隨著電壓的升高，電力設(shè)備可供設(shè)計(jì)的電壓裕量越來越小，考慮到多電平結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)高電壓的典型途徑，研究多電平PWM逆變器輸出共模電壓抑制技術(shù)具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

文獻(xiàn)《多電平SPWM變頻器中共模電壓抑制技術(shù)的研究》姜艷姝,徐殿國(guó)等.、《多電平逆變器共模電壓的抑制》趙莉,宋平崗等，提出采用軟件方式抑制逆變器共模電壓輸出，但均未考慮中點(diǎn)電壓平衡控制。而中點(diǎn)電壓平衡是二極管箝位三電平逆變器穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有共模電壓抑制方法不能控制中點(diǎn)電壓平衡的缺點(diǎn)，提出一種降低二極管箝位三電平逆變器輸出共模電壓的抑制方法，在達(dá)到共模電壓抑制的同時(shí)能控制中點(diǎn)電壓平衡。

本發(fā)明將二極管箝位三電平逆變器的矢量空間分為6個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)細(xì)分為2個(gè)小區(qū)，根據(jù)小矢量作用時(shí)中點(diǎn)電流與對(duì)應(yīng)相電流方向，將小矢量分為正小矢量和負(fù)小矢量，采用不含正小矢量的PWM(NPSVPWM)矢量合成策略，在輸出電壓合成的矢量中去除正小矢量，同時(shí)維持中點(diǎn)電壓平衡；將參與輸出電壓合成的負(fù)小矢量按照矢量合成關(guān)系分為過渡小矢量、第一附加小矢量和第二附加小矢量，并根據(jù)不同小矢量作用時(shí)對(duì)中點(diǎn)電壓的控制能力推導(dǎo)出最優(yōu)工況選擇標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)中點(diǎn)電壓有效控制。本發(fā)明可將逆變器輸出共模電壓幅值由原來的1/3直流母線電壓降低到1/6直流母線電壓。

對(duì)于二極管箝位三電平逆變器，由12個(gè)IGBT和6個(gè)箝位二極管組成。用開關(guān)變量S_a、S_b、S_c分別表示三電平逆變器各橋臂開關(guān)狀態(tài)，0、1、2三個(gè)狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)橋臂-0、三個(gè)電壓輸出。定義三電平逆變器的開關(guān)狀態(tài)為S_aS_bS_c，則三電平逆變器共有27個(gè)開關(guān)狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)19個(gè)空間狀態(tài)。

將整個(gè)矢量空間分成6個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)分成2個(gè)小區(qū)，用(xy)表示，x代表扇區(qū)號(hào)，y代表小區(qū)號(hào)，比如(12)區(qū)表示第1扇區(qū)第2小區(qū)。矢量根據(jù)長(zhǎng)短分為4類：零矢量、小矢量、中矢量和大矢量，位于0點(diǎn)的為零矢量，長(zhǎng)度位于小矢量圓的為小矢量，長(zhǎng)度位于中矢量圓的為中矢量，長(zhǎng)度位于大矢量圓的為大矢量。小矢量有1個(gè)冗余狀態(tài)，零矢量有2個(gè)冗余狀態(tài)。定義三相電流I_abc和中點(diǎn)電流I_m均以輸出為正，如果小矢量作用時(shí)對(duì)應(yīng)中點(diǎn)電流與相電流方向相同，稱為正小矢量，如100,122；如果小矢量作用時(shí)對(duì)應(yīng)中點(diǎn)電流與相電流相反，則稱為負(fù)小矢量，如011、211。

不同矢量對(duì)應(yīng)不同共模電壓幅值|V_N0|，如表1所示。其中，U_dc為逆變器直流母線電壓。

表1

其中，中矢量對(duì)應(yīng)共模電壓幅值|V_N0|＝0，大矢量對(duì)應(yīng)共模電壓幅值正小矢量對(duì)應(yīng)共模電壓幅值負(fù)小矢量對(duì)應(yīng)共模電壓幅值零矢量111對(duì)應(yīng)共模電壓幅值|V_N0|＝0，零矢量000、222對(duì)應(yīng)共模電壓幅值如果參與合成輸出電壓的矢量狀態(tài)不包含000、222兩個(gè)零矢量，逆變器輸出共模電壓幅值將從降低到如果再去掉正小矢量，則逆變器輸出共模電壓幅值將從降低到去除000、222兩個(gè)零矢量，去除6個(gè)正小矢量，剩余的19個(gè)矢量位置唯一對(duì)應(yīng)19個(gè)空間狀態(tài)。

為了實(shí)現(xiàn)抑制共模電壓輸出的目的，參與輸出電壓合成的矢量去除兩個(gè)零矢量000和222，去除6個(gè)正小矢量。對(duì)于各小區(qū)采用零矢量111，負(fù)小矢量、中矢量和大矢量4個(gè)基礎(chǔ)矢量參與輸出電壓合成。各小區(qū)參與輸出電壓合成的基礎(chǔ)矢量如表2所示。

表2