[發明專利]Ⅱ型混合級聯七電平逆變器功率均衡控制方法

在審

• 申請號: 201811138526.0
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN109149984A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 葉滿園;康力旋;宋平崗;李宋
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種Ⅱ型混合級聯七電平逆變器功率均衡控制方法，主要是為了解決直流電壓源的充放電不平衡和利用率不一致問題。該方法首先定義一個方波信號用來控制高壓單元四個開關管的通斷；然后定義正弦調制波和三角載波，將正弦調制波與方波信號相減后得到新的調制波，新的調制波與三角載波進行比較獲得低壓單元四個開關管的控制信號；通過調節方波信號的觸發角，實現了各個單元輸出功率的均衡。該方法有效解決了傳統調制方法在部分調制比區間出現的由于各單元功率分配嚴重失衡而導致系統工作不穩定的極端現象，均衡了各個H橋單元的負荷。

技術領域

本發明涉及逆變器控制技術領域，尤其涉及一種Ⅱ型混合級聯七電平逆變器功率均衡控制方法。

背景技術

在中高壓大容量變頻調速器和電力有源濾波器廣泛應用的前景下，多電平逆變器已經成為當前電力電子功率變換領域備受關注的重要研究熱點。目前主要的多電平逆變器包括二極管嵌位式多電平逆變器、飛跨電容嵌位式多電平逆變器和級聯H橋式多電平逆變器。級聯多電平逆變器是中壓大功率傳動系統中應用廣泛的逆變器拓撲結構，具有相電壓冗余、諧波含量低、所需器件相對較少、結構簡單、輸出波形質量好、易于模塊化設計制造、系統可靠性高等優點。與另外兩種主流多電平逆變器相比，不存在分壓電容均壓和飛跨電容穩壓問題。

混合H橋級聯多電平逆變器拓撲結構由傳統H橋級聯多電平逆變器拓撲結構發展而來，其主電路也是由多個H橋單元串聯組成，但各個H橋單元的電壓等級、開關頻率各不相同。與CHB相比該拓撲結構在相同的級聯單元下可以輸出更多的電平數，提升了逆變器的輸出波形質量，且允許多種不同電壓等級的功率開關協同工作，增加了控制的靈活性，因而受到廣泛關注。其中，由Manjrekar等人最早提出的兩單元混合七電平逆變器由直流側電壓比為2:1的高壓和低壓H橋單元組成,其設計思想符合目前電力電子器件的發展特點，具有一定實用價值。

調制策略是混合級聯多電平逆變器的關鍵技術，而目前常用的調制策略往往存在各個級聯單元的輸出功率分配不均衡問題，引起各個單元電源的利用率不一致，導致輸出電壓的總諧波含量增大，直接影響逆變器的運行性能。混合級聯七電平逆變器拓撲的傳統混合調制策略存在電流倒灌問題，在部分調制比區間甚至出現功率倒灌現象，其兩單元輸出功率分配極不均衡，常用的解決方案是通過在低壓單元直流側采用可控整流橋，確保能量可以雙向流動，但這種方案增加了成本，同時也降低了系統的可靠性。

陳仲等人在標題為一種適用與混合級聯多電平逆變器的LS-PWM方法(中國電機工程學報，2016年，第36卷23期)的文獻中提出一種多載波同相層疊調制方法，該方法雖然能解決電流倒灌問題，但是依然存在直流電源利用率不一致，輸出功率分配不均衡的問題。

發明內容

本發明的所要解決的技術問題是：提出一種Ⅱ型混合級聯七電平逆變器功率均衡控制方法，主要是為了解決直流電壓源的充放電不平衡和利用率不一致問題。該方法首先定義一個方波信號用來控制高壓單元四個開關管的通斷；然后定義正弦調制波和三角載波，將正弦調制波與方波信號相減后得到新的調制波，新的調制波與三角載波進行比較獲得低壓單元四個開關管的控制信號；通過調節方波信號的觸發角，實現了各個單元輸出功率的均衡。該方法有效解決了傳統調制方法在部分調制比區間出現的由于各單元功率分配嚴重失衡，而導致系統工作不穩定的極端現象，均衡了各個H橋單元的負荷。

本發明為解決上述技術問題，采用如下技術方案：

直流側電壓比為2:1的Ⅱ型混合級聯七電平逆變器的功率均衡控制方法，其中，Ⅱ型混合級聯七電平逆變器由高壓和低壓兩個H橋單元組成，高壓單元工作在基頻，由方波信號Va進行控制，低壓單元工作在高頻，其調制信號Vm由初始調制波Vref與方波信號Va相減后得到，通過調節方波信號的觸發導通角a使高壓和低壓H橋單元輸出電壓基波幅值比為2:1從而達到功率均衡的目的。