[發(fā)明專利]一種三電平NPC變流器中點電位平衡控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811265428.3
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109347358B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葛瓊璇;高瞻;趙魯
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02M7/72
• 分類號: H02M7/72;H02M7/487
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關(guān)玲

一種三電平NPC變流器中點電位平衡控制方法。所述控制方法在中點電位振蕩超過限定值時，以保持每個采樣周期內(nèi)中點電位振蕩為零為計算目標，得出不同扇區(qū)和區(qū)域內(nèi)對應的中點電位平衡公式；為對中點電位平衡進行實時調(diào)節(jié)，所述控制方法首先判斷當前指令電壓所在扇區(qū)和區(qū)域位置，然后檢測三相電流值和空間矢量角，將其代入當前扇區(qū)和區(qū)域?qū)悬c電位平衡公式進行計算，得出冗余小矢量的作用時間因子，利用作用時間因子控制兩個冗余小矢量的作用時間，可實現(xiàn)對中點電位的動態(tài)平衡調(diào)節(jié)。本發(fā)明控制方法可以將三電平NPC變流器中點電位偏差控制在較小范圍內(nèi)，提高三電平NPC變流器的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種中點電位平衡控制方法，尤其涉及一種三電平NPC變流器中點電位平衡控制方法。

背景技術(shù)

三電平NPC(Neutral Point Clamped)變流器的拓撲如圖1所示，通過控制三相由上到下各四個開關(guān)器件P1、P2、P3、P4的導通與關(guān)斷，三電平NPC變流器可輸出三種不同的電平狀態(tài)。三電平NPC變流器具有體積較小、結(jié)構(gòu)簡單，易實現(xiàn)能量雙向流動的優(yōu)點，目前被普遍應用于中高壓大功率電機的調(diào)速場合。

SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)是三電平NPC變流器經(jīng)常使用的一種調(diào)制策略。經(jīng)典的SVPWM方法基于最近三矢量原則，即通過三相電壓dq變換得到指令電壓V_ref，然后將指令電壓V_ref與采樣周期的乘積分解為三個電壓空間矢量與各自作用時間的乘積，通過合理安排三個電壓空間矢量的作用順序來輸出目標電壓，從而實現(xiàn)調(diào)制。

三電平NPC變流器在各空間角度區(qū)間內(nèi)的電壓空間矢量分布如圖2所示。圖2中V_A、V_B、V_C分別對應A相、B相、C相的相電壓，諸如0°、90°等角度代表對應度數(shù)的空間矢量角，即三相電壓dq變化后所得到指令電壓V_ref與A相相電壓之間的夾角。定義指令電壓V_ref與A相重合時的空間矢量角為0°，360度空間矢量角對應一個電壓基波周期。圖2諸如PPP、PPO等代表相應的電壓空間矢量，圖2中各電壓空間矢量對應的開關(guān)狀態(tài)總結(jié)于表1。

表1 SVPWM各電壓空間矢量及對應的開關(guān)狀態(tài)

如表1所示，SVPWM各電壓空間矢量依據(jù)幅值大小可分為零矢量、小矢量、中矢量和大矢量，其中，零矢量和小矢量存在冗余狀態(tài)。對于小矢量，空間矢量角相位相同的兩個P型小矢量和N型小矢量互為冗余小矢量。各冗余小矢量及其對應流經(jīng)中點的電流總結(jié)于表2。

表2冗余小矢量及其對應的中點電流

表2中，i_o對應流經(jīng)中點的中點電流，i_a、i_b、i_c分別對應A相、B相、C相的相電流。由表2知，兩個冗余小矢量對應流經(jīng)中點的電流方向相反，故兩個冗余小矢量對中點電位的影響相反。

對于圖1三電平NPC變流器，如果一個采樣周期內(nèi)，流入中點的電流與時間的乘積不等于流出中點的電流與時間的乘積，會導致電容C1、C2的充電電壓和放電電壓不相等，進而造成中點電位不平衡。不平衡的中點電位會在輸出電壓中產(chǎn)生低次諧波并使三電平NPC變流器某半邊橋臂的開關(guān)器件承受過高的電壓，危及運行安全，因此必須要采取措施保證三電平NPC變流器中點電位平衡。

現(xiàn)有中點電位平衡控制方法可分類為硬件方法和軟件方法。文獻《基于混合SVPWM方法的NPC三電平逆變器中點電壓平衡控制》(邵虹君，[D].天津:天津大學,2012:4-7)詳細對比了常見的硬件方法和軟件方法。相比于硬件方法，軟件方法不需要增加額外的硬件設(shè)備和控制系統(tǒng)就能控制中點電壓平衡，其能夠減小體積、節(jié)省成本，是一種較好的選擇。三電平NPC變流器通常使用的軟件方法可分為兩類：