[發明專利]一種二級式三電平逆變器中點電位協調控制方法

在審

• 申請號: 202010195662.4
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111490696A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 馮興明;周宇;王勝;戴云峰;趙峰;周昕;陳偉;李正佳;孫大軍
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司鹽城供電分公司;蘇州華天國科電力科技有限公司
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02M7/5387;H02M7/5395
• 代理公司: 蘇州市港澄專利代理事務所(普通合伙) 32304
• 代理人: 范佳晨

本發明公開了一種二級式三電平逆變器中點電位協調控制方法，二級式三電平逆變器前級采用三電平DC/DC變換器，后級采用二極管嵌位式三電平逆變器，所述方法包括：采用SVPWM調制策略，確定三電平逆變器的空間矢量作用序列；結合空間矢量作用序列，計算三電平逆變器的中線電流；計算三電平逆變器流出中線的電荷量；計算三電平DC/DC的中點補償電荷量；對三電平DC/DC的工作模式進行劃分；獲得三電平DC/DC與三電平逆變器的中點平衡協調控制策略。本發明基于電荷守恒的二級式三電平逆變器中點電位協調控制方法，結合具體調制策略，定量計算三電平逆變器補償電荷量和前級三電平DC/DC補償電荷量，使得最終注入直流中點的負荷為零，實現中點電位平衡控制。

技術領域

本發明涉及一種三電平逆變器中點電位平衡方法，具體為基于電荷守恒的二級式三電平逆變器中點電位協調控制方法。

背景技術

隨著光伏、風力、電動汽車、儲能等新能源產業的快速發展，人們對作為新能源接口的逆變器提出了更高的要求，如：期望它在寬電壓輸入、寬功率輸入范圍內都能正常工作，能適應高壓大容量的場合，具有高功率密度、高效率、高可靠性等。相較于單級式逆變器而言，二級式逆變器具有更寬的輸入電壓范圍和功率追蹤范圍，能更好地適應新能源出力間歇性等特點。相較于二電平逆變器而言，三電平逆變器具有容量大、輸出波形質量高、開關管電壓應力低、電磁干擾低等特點。因此，綜合上述優勢的二級式三電平逆變器得到了越來越廣泛的應用。對于常見的二極管嵌位式(NPC)三電平逆變器，存在直流中點電位波動的問題，中點電位波動會導致逆變器輸出波形畸變、開關管電壓應力不一致、開關管壽命縮短等問題。

目前解決該問題的方法主要分為兩大類：1、通過改進逆變器自身調制策略；2、通過前級三電平DC/DC變換器實現中點電位平衡控制。對于載波調制策略，通過向調制波注入零序電壓可實現中點電位平衡；對于空間矢量調制策略(SVPWM)，通過改變冗余小矢量的作用時間，在一定條件下可實現中點電位精準平衡控制或者將中點電位波動限制在給定環寬內，這是目前主流的控制方法。然而，當逆變器運行在高調制比、低功率因數狀態下時，上述逆變器中點電位平衡策略效果就會變差甚至失去平衡能力。另外，目前已有的中點電位平衡策略都是針對單一級的，要么基于前級三電平DC/DC變換器進行控制，要么改進逆變器調制策略。然而每級系統的中點電位平衡能力都是有限的，對于前級三電平DC/DC變換器而言，當占空比越低時，主控制環受均壓環的影響就會越大，中點電位平衡能力下降。綜合前級三電平DC/DC和后級逆變器的中點電位抑制能力，可更為有效地實現中點電位平衡控制。

發明內容

本發明提供一種基于電荷守恒的二級式三電平逆變器中點電位協調控制方法，結合具體調制策略，定量計算三電平逆變器補償電荷量和前級三電平DC/DC補償電荷量，使得最終注入直流中點的負荷為零，實現中點電位平衡控制。

本發明具體為一種二級式三電平逆變器中點電位協調控制方法，所述二級式三電平逆變器前級采用三電平DC/DC變換器，后級采用二極管嵌位式三電平逆變器，所述協調控制方法具體包括如下步驟：

步驟(1)、采用SVPWM調制策略，確定三電平逆變器的空間矢量作用序列；

步驟(2)、結合空間矢量作用序列，計算三電平逆變器的中線電流；

步驟(3)、計算三電平逆變器流出中線的電荷量；

步驟(4)、計算三電平DC/DC的中點補償電荷量；

步驟(5)、對三電平DC/DC的工作模式進行劃分；

步驟(6)、獲得三電平DC/DC與三電平逆變器的中點平衡協調控制策略：根據計算的三電平DC/DC中點補償電荷量，結合三電平DC/DC輸入電流變化規律，定量推導占空比調節量Δd的表達式，通過調整三電平DC/DC上下開關管的占空比調節量Δd大小，進而控制補償電荷量大小，補償掉三電平逆變器無法補償的電荷量，從而實現中點電位精準平衡控制。