[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

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，通過在載波調制的調制波中注入零序電壓，實現對直流電容組多個串聯直流電容的均壓控制。所注入的零序電壓的數學表達式為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。本發明采用兩種方法計算零序電壓，第一種方法基于預測控制確定零序電壓，此方法可同時實現橋臂開關頻率的抑制；第二種方法基于比例積分控制器閉環確定零序電壓。

技術領域

本發明涉及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。

背景技術

二極管鉗位型多電平變換器的直流電容組由多個直流電容串聯組成，直流電容之間的連接點為懸浮節點。各懸浮節點通過鉗位二極管網絡與二極管鉗位型多電平變換器的橋臂相連。二極管鉗位型多電平變換器的橋臂由串聯連接的功率開關器件和鉗位二極管網絡組成。通過二極管鉗位型多電平變換器的控制裝置，改變橋臂功率開關器件的開關狀態，即可在橋臂的輸出端獲得直流電容組提供的多個電平值。

然而，由于直流電容組內外側直流電容的不對稱性，當直流電容組與負載之間傳遞有功功率時，各直流電容的電壓無法保持平衡。目前，基于空間矢量調制的均壓方法已被提出。文獻(Saeedifard M,Iravani R,Pou J.Analysis and control of DC-capacitor-voltage-drift phenomenon of a passive front-end five-level converter[J].IEEETransactions on Industrial Electronics,2007,54(6):3255-3266.)根據五電平二極管鉗位型多電平變換器空間矢量的冗余性，提出了一種基于直流電容組偏差能量最小化的均壓方法。在每個控制周期中，該方法通過對比冗余開關矢量構成的各冗余開關序列對直流電容電壓的影響，選取使得直流電容偏差能量最小化的開關序列，來控制五電平二極管鉗位型多電平變換器。此類方法的缺點是，隨著電平數的增加，二極管鉗位型多電平變換器的矢量空間的復雜性將顯著增大，導致均壓方法非常復雜。此外，當二極管鉗位型多電平變換器的電平數和橋臂數變化時，二極管鉗位型多電平變換器對應的矢量空間各不相同，導致基于空間矢量調制的均壓方法通用性差。

文獻(Pan Z,Peng F Z.A sinusoidal PWM method with voltage balancingcapability for diode-clamped five-level converters[J].IEEE Transactions onIndustry Applications,2009,45(3):1028-1034.)提出了一種基于載波調制的均壓方法，用于背靠背五電平二極管鉗位型多電平變換器的均壓控制。該方法通過在整流側和逆變側的調制波中分別注入三倍基波頻率的零序電壓，實現直流電容電壓的平衡控制。然而，該方法沒有給出所需注入的零序電壓的數學表達式，且針對背靠背應用提出，算法靈活性較差。

相比于復雜的基于空間矢量調制的均壓方法，基于載波調制的均壓方法便于實現，且對于不同電平數和橋臂數的二極管鉗位型多電平變換器有較好的通用性和可移植性。因此，基于載波調制開發通用于二極管鉗位型多電平變換器的直流電容均壓方法，有著重要的工程實用價值。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺點，提出一種二極管鉗位型多電平變換器的均壓方法。本發明基于載波調制，通用性強。

本發明所采用的技術方案如下：

應用本發明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。