[發明專利]三電平逆變器中點電壓控制和共模電壓抑制的方法及系統

有效

• 申請號: 201910353670.4
• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN110112945B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 程善美;胡振宇;周建成;周石強
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發明公開了一種三電平逆變器中點電壓控制和共模電壓抑制的方法及系統，包括：通過合理構建虛擬小矢量和中矢量，使得每個虛擬矢量在一個控制周期內中點電荷的變化量為零。同時構建虛擬矢量時將造成共模電壓增大的矢量剔除，以保證輸出電壓的共模電壓最小化。在以上的基礎上加入中點電壓平衡因子，通過實時檢測上下電容的電壓差和三相電流，來調節中點電壓平衡因子，從而使得電荷流入或者流出中點來調節中點電壓平衡。本發明由于合理構建虛擬矢量，同時加入中點電壓平衡因子使得虛擬小矢量和中矢量均可變，該方法具有在減少共模電壓的同時可以全調制比范圍調節中點電壓平衡的特點。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，具體涉及一種基于可變虛擬矢量的三電平逆變器的中點電壓控制和共模電壓抑制的方法。

背景技術

與傳統的兩電平逆變器相比，三電平逆變器輸出電壓更接近正弦波，在相同的開關頻率下輸出波形諧波小，相同的條件下，等效開關頻率高，開關損耗小，因此在中高壓變頻調速、有源電力濾波器和電力系統無功補償等中高壓大功率變換領域中得到廣泛的應用。但三電平逆變器中存在固有的中點電壓平衡問題。直流母線電容參數不一致、開關參數不一致、負載不平衡以及調制策略等都有可能引起中點電壓不平衡。中點電壓不平衡會導致輸出電壓波形發生畸變，降低電容的壽命，對整個逆變系統產生不良影響。

三電平逆變器分為I型三電平逆變器和T型三電平逆變器。I型三電平逆變器在每個橋臂上有四個IGBT，通過兩個箝位二極管連接至母線電壓中點，它具有更高的耐壓；T型三電平逆變器在每個橋臂上只有兩個IGBT，再通過兩個IGBT連接至母線電壓中點，其耐壓與兩電平逆變器一致。T型三電平逆變器比I型三電平逆變器少兩個二極管，同時它需要更少的獨立驅動電源。這兩種三電平逆變器的控制策略基本是一致的。

實現中點電壓平衡的控制策略的主要有兩大類，一種是基于空間矢量的空間矢量脈寬調制(SVPWM)策略，另一種是基于載波的正弦脈寬調制(SPWM)策略。SVPWM調制策略中，所有空間電壓矢量按幅值大小可以分為大矢量、中矢量、小矢量和零矢量四類。其中小矢量具有冗余狀態，每對冗余小矢量對中點電壓的作用效果相反，因此一般可以通過調節正負小矢量的作用時間來調節中點電壓平衡，但該方法中點電壓平衡能力有限。同時又由于中矢量對于中點電壓的影響和電流的方向有關，中矢量對中點電壓的影響是不確定的，造成中點電壓波動。

針對于冗余小矢量在高調制比下平衡能力有限，同時中矢量對中點電壓的影響不定造成的中點電壓波動問題，提出了可變虛擬中矢量法，但可變虛擬中矢量法在低調制比下由于虛擬中矢量的作用時間T_m較小，因此存在低調制比下對中點電壓調節能力不足的問題。

在逆變器驅動電機系統中，逆變器輸出的共模電壓會造成很多危害，如損壞電機定子絕緣，與寄生電容相互作用產生共模漏電流形成共模干擾，漏電流過大會引起電機保護電路的誤動作，因此有效降低逆變器輸出共模電壓對于電機的壽命長短有重要影響。

發明內容

本發明針對基于空間矢量的空間矢量脈寬調制(SVPWM)方法現有技術的不足，提出了一種基于可變虛擬矢量的三電平逆變器的中點電壓控制和共模電壓抑制方法及系統，其目的是通過合理構建虛擬矢量，并引入可變虛擬小矢量和中矢量，根據上下電容電壓差來調節平衡因子，能夠在降低共模電壓的同時實現全調制比范圍內中點電壓平衡。

本發明提供了一種三電平逆變器中點電壓控制和共模電壓抑制的方法，包括下述步驟：

(1)按照同時減少電壓波動和抑制共模電壓的原則構建新的虛擬矢量：

(2)根據實時檢測的上、下電容的電壓差和三相電流以及所述新的虛擬矢量來調節中點電壓，并獲得中點電壓平衡因子；

(3)將所述中點電壓平衡因子輸入到SVPWM算法中獲得相應的PWM序列，并根據所述PWM序列來控制開關管的開通和關斷實現共模電壓抑制。