[發明專利]一種基于調制波區間劃分的中點電壓控制裝置

有效

• 申請號: 201711023190.9
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107834883B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 呂建國;王紀東;馬丙輝;胡文斌;季振東
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/5387;H02M1/12
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種基于調制波區間劃分的中點電壓控制裝置及方法。該裝置包括三電平逆變器、數字處理控制模塊和驅動電路，其中數字處理控制模塊包括采樣單元、閉環控制單元、正弦脈寬調制單元、調制波區間劃分單元和零序分量計算單元。方法為：計算三相調制信號加入零序分量后過零點的偏移角度；劃分調制波區間，并計算出抑制中點電壓波動所需的零序分量；通過比較直流側上下電容的瞬時電壓，判斷零序分量的符號；將零序分量與三相調信號相加，并經過正弦脈寬調制單元處理，得到脈寬調制控制信號，進而驅動電路控制三電平逆變器開關管工作。本發明硬件成本低、控制準確、適用范圍廣，可以有效抑制中點電壓波動，降低入網電流的畸變率。

技術領域

本發明屬于電力電子變換技術中的控制技術領域，特別是一種基于調制波區間劃分的中點電壓控制裝置。

背景技術

NPC三電平逆變器由于其拓撲結構成熟，開關器件承受電壓低，輸出諧波含量少等優點，在中高功率場合得到了廣泛的應用。但由于NPC三電平逆變器的固有特性，逆變器的直流側會產生中點電壓波動的問題。目前對于三電平逆變器直流側中點電壓波動的問題，主要有三種解決方法：(1)采用獨立的直流電壓源為直流側電容供電；(2)外接中點平衡控制電路；(3)采用特定的中點電壓控制方法；由于前兩種方法會增加硬件成本，故一般不予考慮。

在理想電網條件下，現有的中點電壓控制方法相對成熟，如基于零序分量注入的DPWM方法、基于冗余小矢量調整的SVPWM方法、基于混合調制的方法等。然而在實際情況中，電網故障會導致網側三相電壓不平衡，在三相電壓不平衡的狀態下，中點電壓波動的幅值會增大，頻率則由三相平衡時的三倍工頻變為工頻，且含有3、5、7次等奇次諧波分量，這給中點電壓的控制帶來了困難。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于非理想電網條件下基于調制波區間劃分的中點電壓控制方法及裝置，在非理想電網條件下實現逆變器直流側上、下電容電壓的平衡，且在低功率因數運行的情況下也有較好的效果。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于調制波區間劃分的中點電壓控制裝置，包括三電平逆變器、數字處理控制模塊和驅動電路，其中：

數字處理控制模塊包括采樣單元、閉環控制單元、正弦脈寬調制單元、調制波區間劃分單元和零序分量計算單元；采樣單元分別采集三電平逆變器直流側上、下電容電壓信號、三電平逆變器交流側的三相電壓信號、三電平逆變器交流側的三相電流信號，發送至調制波區間劃分單元、零序分量計算單元和閉環控制單元；調制波區間劃分單元和零序分量計算單元根據采樣得到的交流側電流信號及調制波信號，計算得出抑制中點電壓波動所需的零序分量，將零序分量與閉環控制單元得到的調制波信號相加，發送至正弦脈寬調制單元，正弦脈寬調制單元的輸出端經過驅動電路，接入三電平逆變器中每相橋臂的各個開關管。

一種基于調制波區間劃分的中點電壓控制方法，包括以下步驟：

步驟1、采樣交流側三相電壓e_a、e_b、e_c，交流側三相電流i_a、i_b、i_c，直流側上電容電壓U_C1，直流側下電容電壓U_C2；

步驟2、利用對稱分量法，對交流側三相電壓e_a、e_b、e_c、交流側三相電流i_a、i_b、i_c進行正負序分解；

步驟3、以消除有功功率波動為目標，計算電流給定，并通過閉環控制單元得到三相調制波u_a、u_b、u_c；

步驟4、計算加入零序分量后a、b、c三相調制波的過零點偏移角度