[發明專利]三相單向級聯式多電平變流器直流電壓平衡調制控制方法

有效

• 申請號: 201910257520.3
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN109980962B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 程紅;王聰;孔佳儀;胡昊雨;王朋輝;申偉良;于志超;盧其威
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學(北京)
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.三相單向級聯式多電平變流器直流電壓平衡調制控制方法，所述三相單向級聯式多電平變流器，包括三相星接單向級聯式多電平變流器，所述三相星接單向級聯式多電平變流器由3*N個能量單方向流動變流器級聯組成，其中每相由N個能量單方向流動變流器級聯組成，N為大于1的整數；所述三相星接單向級聯式多電平變流器包括三相星接級聯式二極管H橋變流器、三相星接級聯式無橋變流器、三相星接級聯式VIENNA變流器；

其特征在于，三相單向級聯式多電平變流器直流電壓平衡調制控制方法步驟如下：

(1)分別對三相星接單向級聯式多電平變流器的交流側輸入電壓、交流側輸入電流進行采樣，得到三相交流輸入電壓U_sa、U_sb、U_sc，三相交流輸入電流I_sa、I_sb、I_sc；

(2)對三相星接單向級聯式多電平變流器的直流側電壓進行采樣，得到3*N個直流電壓信號U_dca1、U_dca2...U_dcaN、U_dcb1、U_dcb2...U_dcbN、U_dcc1、U_dcc2...U_dccN，其中每相得到N個直流電壓信號；

(3)將步驟(2)中每相采樣得到的N個直流電壓信號U_dck1、U_dck2...U_dckN(k＝a,b,c)分別相加，得到每相總輸出直流電壓信號U_dca、U_dcb、U_dcc為

其中U_dckn為三相星接單向級聯式多電平變流器k相第n個能量單方向流動變流器直流電壓信號，n為小于等于N的正整數；

(4)根據三相星接單向級聯式多電平變流器在dq旋轉坐標系或alpha-beta靜止坐標系下的數學模型，將步驟(1)中采樣得到的三相交流輸入電壓U_sa、U_sb、U_sc，三相交流輸入電流I_sa、I_sb、I_sc，步驟(3)中計算得到的每相總輸出直流電壓信號U_dca、U_dcb、U_dcc帶入三相星接單向級聯式多電平變流器數學模型，應用電壓電流雙閉環控制方式實現三相星接單向級聯式多電平變流器的控制，采用SPWM或SVPWM調制方式，得到初始三相標幺調制信號|V_a|、|V_b|、|V_c|；

(5)通過控制三相星接單向級聯式多電平變流器交流側中性點相對于電源中性點的電壓實現對三相星接單向級聯式多電平變流器電流過零畸變抑制，采用基于零序電壓注入的方式完成相間電壓均衡控制，從而將步驟(4)中三相初始標幺調制信號|V_a|、|V_b|、|V_c|優化為三相標幺調制信號|V_a′|、|V_b′|、|V_c′|；

(6)將步驟(2)中每相采樣得到的N個直流電壓信號U_dck1、U_dck2...U_dckN(k＝a,b,c)分別送入各相的排序模塊，按電壓從大到小或從小到大的順序進行排列；

(7)將步驟(6)中各相排序后的直流電壓U_dck1、U_dck2...U_dckN(k＝a,b,c)進行配組，配組方法如下：

(a)當N為偶數時，各相排序后的N個直流電壓信號中的最高值對應的能量單方向流動變流器與最低值對應的能量單方向流動變流器為一組直流電壓信號，余下的直流電壓信號中的最高值對應的能量單方向流動變流器與最低值對應的能量單方向流動變流器為一組直流電壓信號，最終三相星接單向級聯式多電平變流器以此規則配為3*N/2組直流電壓信號，三相星接單向級聯式多電平變流器每相配為N/2組直流電壓信號，此時三相配組模塊共輸出3*N/2組直流電壓信號信息，其中每相配組模塊輸出N/2組直流電壓信號信息，每組直流電壓信號由一個高電壓信號和一個低電壓信號組成；

(b)當N為奇數時，各相排序后的N個直流電壓信號中的最高值對應的能量單方向流動變流器與最低值對應的能量單方向流動變流器為一組直流電壓信號，余下的直流電壓信號中的最高值對應的能量單方向流動變流器與最低值對應的能量單方向流動變流器為一組直流電壓信號，除每相直流電壓信號排序在最中間的能量單方向流動變流器外，最終三相星接單向級聯式多電平變流器以此規則配為3*(N-1)/2組直流電壓信號，其中三相星接單向級聯式多電平變流器每相配為(N-1)/2組直流電壓信號，此時三相配組模塊共輸出3*(N-1)/2組直流電壓信號信息，其中每相配組模塊輸出(N-1)/2組直流電壓信號信息，每組直流電壓信號由一個高電壓信號和一個低電壓信號組成；

(8)將步驟(5)中優化的三相標幺調制信號|V_a′|、|V_b′|、|V_c′|送入運算模塊，計算得到調制波調整信號Δ|V_k′|(k＝a,b,c)

(9)將步驟(7)中的配組方法、步驟(5)中優化的三相標幺調制信號|V_a′|、|V_b′|、|V_c′|以及步驟(8)中調制波調整信號Δ|V_k′|(k＝a,b,c)送入調制波生成模塊，三相調制波信號再優化，輸出3*N路調制波信號|V_a1″|、|V_a2″|...|V_aN″|、|V_b1″|、|V_b2″|...|V_bN″|、|V_c1″|、|V_c2″|...|V_cN″|，其中每相輸出N路調制波信號|V_k1″|、|V_k2″|...|V_kN″|(k＝a,b,c)：

(a)根據步驟(7)中的配組方法，令每相每組直流電壓信號中，高電壓信號對應的能量單方向流動變流器調制波信號為|V_k″|＝|V_k′|-|ΔV_k′|(k＝a,b,c)；

(b)根據步驟(7)中的配組方法，令每相每組直流電壓信號中，低電壓信號對應的能量單方向流動變流器調制波信號為|V_k″|＝|V_k′|+|ΔV_k′|(k＝a,b,c)；

(c)當N為奇數時，排序在最中間的直流電壓信號對應的能量單方向流動變流器調制波信號為|V_k″|＝|V_k′|(k＝a,b,c)；

(10)將N個載波依次延遲1/N*T_s，T_s為開關周期，分別與步驟(9)中每相再優化的N路調制波信號|V_k1″|、|V_k2″|...|V_kN″|(k＝a,b,c)通過比較器進行信號交割，共產生3*N路PWM信號，其中每相產生N路PWM信號，進而控制三相星接單向級聯式多電平變流器開關器件的通斷。