[發明專利]基于載波調制的二極管鉗位型多電平變換器的均壓方法

有效

• 申請號: 201710532778.0
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN107453632B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 葛瓊璇;崔冬冬
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M1/32
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

1.一種基于載波調制的二極管鉗位型多電平變換器的均壓方法，所述的二極管鉗位型多電平變換器包括m個橋臂，m≥2；每個橋臂可輸出n個電平，n≥3；其直流電容組由n-1個直流電容串聯組成，直流電容之間的連接點為懸浮節點；二極管鉗位型多電平變換器通過載波調制控制，其特征在于：所述均壓方法通過向各相調制波中注入相同的零序電壓，實現對直流電容組的多個直流電容電壓的均壓控制；所注入的零序電壓u_z的數學表達式為：

u_z＝k(1-u_max)+(1-k)(-1-u_min)

其中u_max和u_min分別為所有相調制波的最大值和最小值，k為零序因子，滿足0≤k≤1；

所述均壓方法基于預測控制或比例積分控制器，確定所需注入的零序電壓；注入上述零序電壓后的各相調制波稱為改進調制波；

所述的均壓方法基于預測控制計算所需注入的零序電壓；每個載波周期中，通過預測和比較不同零序電壓注入后，載波周期末態的直流電容電壓的偏差值，選取使得直流電容電壓偏差最小的零序電壓，以控制二極管鉗位型多電平變換器；具體為：

(1)采樣直流電容的電壓、負載電流和各相調制波，初始化零序因子k＝0；

(2)根據三相調制波，生成零序電壓u_z＝k(1-u_max)+(1-k)(-1-u_min)；其中u_max和u_min分別為所有相調制波的最大值和最小值，k為零序因子，滿足0≤k≤1；

(3)計算注入上述零序電壓u_z后的直流電容組各懸浮節點的導通因子；

a)根據采樣的各相調制波和生成的零序電壓，生成各相的改進調制波；

b)根據改進調制波和載波調制原理，計算直流電容組各懸浮節點的導通因子；

(4)根據直流電容組各懸浮節點的導通因子和負載電流，計算該載波周期中流出直流電容組各懸浮節點的電流；

(5)根據直流電容組各懸浮節點電流，計算該載波周期流入各直流電容的電流，并預測該載波周期末態時各直流電容的電壓值；

(6)評估不同零序電壓注入后的代價函數，代價函數為該載波周期末態各直流電容電壓的偏差值的絕對值之和；

(7)遞增零序因子k＝k+Δk，重復步驟(2)-步驟(6)，直到k>1.0，其中Δk為零序因子步長，滿足0≤Δk≤1；

(8)選取使得代價函數最小的零序電壓，以控制二極管鉗位型多電平變換器。

2.根據權利要求1所述的基于載波調制的二極管鉗位型多電平變換器的均壓方法，其特征在于：在所述步驟(6)的代價函數中加入開關頻率項，通過評估包括直流電容的電壓偏差值和橋臂開關頻率的代價函數，選取直流電容電壓偏差小、橋臂開關頻率低的零序電壓，來控制二極管鉗位型多電平變換器。

3.根據權利要求1所述的基于載波調制的二極管鉗位型多電平變換器的均壓方法，其特征在于：所述的評估包括直流電容的電壓偏差值和橋臂開關頻率的代價函數如下；

當不抑制橋臂開關頻率時，代價函數g₁(k)為式(1)，式中u_Ci為所述步驟(5)預測的各直流電容的電壓值，u_{Ci_ref}為各直流電容的參考電壓，i＝{1,2,…,n-1}；

當抑制橋臂開關頻率時，代價函數g₂(k)為式(2)，式中λ_v和λ_sw分別為直流電容均壓和橋臂開關頻率的控制權重因子，f_swx為各橋臂的開關頻率，i＝{1,2,…,n-1}，x＝{1,2,…,m}；

4.一種基于載波調制的二極管鉗位型多電平變換器的均壓方法，所述的二極管鉗位型多電平變換器包括m個橋臂，m≥2；每個橋臂可輸出n個電平，n≥3；其直流電容組由n-1個直流電容串聯組成，直流電容之間的連接點為懸浮節點；二極管鉗位型多電平變換器通過載波調制控制，其特征在于：所述均壓方法通過向各相調制波中注入相同的零序電壓，實現對直流電容組的多個直流電容電壓的均壓控制；所注入的零序電壓u_z的數學表達式為：

u_z＝k(1-u_max)+(1-k)(-1-u_min)

其中u_max和u_min分別為所有相調制波的最大值和最小值，k為零序因子，滿足0≤k≤1；

所述均壓方法基于預測控制或比例積分控制器，確定所需注入的零序電壓；注入上述零序電壓后的各相調制波稱為改進調制波；

所述均壓方法基于比例積分控制器計算所需注入的零序電壓，采樣直流電容組各懸浮節點的電壓，根據電壓偏差最大的懸浮節點的電壓偏差值及負載吸收的瞬時有功功率的極性，通過比例積分控制器生成所需注入的零序電壓，具體為：

(1)采樣直流電容組各懸浮節點的電壓、負載電流和各相調制波；

(2)根據各相調制波和負載電流，計算負載吸收的瞬時有功功率；

(3)計算直流電容組的各懸浮節點的電壓偏差值，選取其中最大的電壓偏差值，根據負載吸收的瞬時有功功率的極性，生成比例積分控制器的輸入信號；

a)直流電容組的各懸浮節點的電壓偏差值，是各懸浮節點的參考電壓與其采樣電壓之差；

b)當負載吸收的瞬時有功功率大于等于零時，比例積分控制器的輸入信號為最大的懸浮節點電壓偏差值；當負載吸收的瞬時有功功率小于零時，比例積分控制器的輸入信號為最大的懸浮節點電壓偏差值的相反數；

(4)比例積分控制器的輸出信號為所需的零序因子k，據此生成所需注入的零序電壓，對二極管鉗位型多電平變換器進行均壓控制。