[發(fā)明專利]一種控制五電平逆變器母線中點電壓平衡的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611270871.0
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN107959428A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚國俊;劉戰(zhàn);劉毅;楊波
• 申請（專利權(quán)）人: 徐州中礦大傳動與自動化有限公司
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種五電平逆變器母線中點電壓平衡的實現(xiàn)方法，尤其涉及一種有源中點箝位型五電平逆變器母線中點電壓平衡的方法。

背景技術(shù)

由于有源中點箝位型五電平變換器結(jié)合了二極管箝位型和電容箝位型五電平變換器的優(yōu)點，該拓撲結(jié)構(gòu)只有一個中點，與傳統(tǒng)二極管箝位型結(jié)構(gòu)相比大大簡化了中點電壓控制的復(fù)雜程度，同時由于結(jié)構(gòu)中只有一個懸浮電容，這樣使得控制既不像電容箝位型那樣控制復(fù)雜，同時又增加了控制系統(tǒng)的靈活性。

目前現(xiàn)有技術(shù)中有采用載波PWM調(diào)制算法通過對調(diào)制波疊加零序分量達到控制中點電壓的目的，但是零序電壓的計算比較復(fù)雜，同時，載波PWM在直流母線電壓利用率及調(diào)制范圍等方面不如SVPWM。另外還有采用了一種混合箝位型的五電平逆變器拓撲結(jié)構(gòu)，盡管該拓撲結(jié)構(gòu)可以很好的解決直流側(cè)電容電壓的平衡問題，但該結(jié)構(gòu)含有大量的二極管和電容器，增加了系統(tǒng)的體積和成本，很難實用。

本發(fā)明針對上述研究存在的缺點，以ANPC-5L逆變器為研究對象，結(jié)合SVPWM調(diào)制算法對母線中點電壓控制方面的研究空白進行研究分析。采用基于線電壓坐標系下的SVPWM調(diào)制算法，對母線中點電壓的波動進行分析，通過計算推導(dǎo)出中點電壓控制的理論公式，最后根據(jù)公式通過靈活的選擇開關(guān)序列和復(fù)用矢量的作用時間，實現(xiàn)了直流母線中點電壓的平衡控制，同時在實現(xiàn)中點電壓平衡的同時還實現(xiàn)了懸浮電容電壓的穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明正是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供了一種控制五電平逆變器母線中點電壓平衡的方法，夠有效的降低中點電壓的紋波幅值，取得很好的控制效果。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下，

一種控制五電平逆變器母線中點電壓平衡的方法，包括以下步驟：

1)檢測中點電壓的大小，對其偏離給定值的程度進行計算；

2)根據(jù)中點偏離的程度，選擇出適當?shù)拈_關(guān)序列N；

3)根據(jù)中點偏離的程度結(jié)合N的取值，合理的選取k的值。

優(yōu)選的，所述步驟1)中對其偏離給定值的程度進行計算公式為：

ΔV＝(V_up+V_down)/2-V_up＝(V_down-V_up)/2

優(yōu)選的，所述步驟1)開關(guān)序列N選擇公式為:

N＝floor[k(Num-3)+1]

其中，1≤N≤Num-3，Num為參考矢量所在三角形三個頂點冗余開關(guān)狀態(tài)的總數(shù)，0≤k≤1，uup、udown分別為上母線和下母線電壓，kdc定義為直流母線的不平衡度，一般取5％，φ為逆變器輸出功率因數(shù)角。

優(yōu)選的，所述步驟3),計算K的公式為：

式中，kvf為逆變器容許的最大不平衡電壓。在工程應(yīng)用中，一般采用直流母線的5％。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點，

1)采用閉環(huán)控制實現(xiàn)了懸浮電容電壓的平衡控制；

2)針對ANPC-5L逆變器的中點電壓的不平衡的本質(zhì)進行研究，得出中點電壓與中點電流的關(guān)系式，結(jié)合線電壓坐標系下的SVPWM控制算法的特點，得出了平衡母線中點電壓的控制公式；

3)通過計算和分析提出了平衡母線中點電壓的控制方法，即通過中點電壓偏差的幅值大小選擇不同的開關(guān)序列N和復(fù)用矢量的作用時間比值k，從而達到穩(wěn)定中點電壓的目的，實驗表明中點電壓的波動較小，有效的抑制了中點的波動。

附圖說明

圖1 ANPC-5L逆變器單相拓撲結(jié)構(gòu)；

圖2懸浮電容控制的流程圖；

圖3 ANPC-5L逆變器主電路圖；

圖4不同坐標系下的五電平電壓空間矢量圖；

圖5五電平逆變器在不同矢量下與負載連接狀態(tài)圖；

圖6負載相電壓與電流實驗波形及電流頻譜分析圖；

圖7三相懸浮電容電壓實驗波形；

圖8上下母線電容電壓實驗波形與下母線電壓細節(jié)放大圖；

圖9 m＝0.85,突加負載前后A相懸浮電容電壓、上下母線電容電壓及A相電流實驗波形；

圖10 m＝0.2,突加負載前后A相懸浮電容電壓、上下母線電容電壓及A相電流實驗波形。

具體實施方式

為了加深對本發(fā)明的理解，下面結(jié)合附圖對本實施例做詳細的說明。