[發明專利]一種多電平變換器中點電位快速平衡控制系統及方法

有效

• 申請號: 202010342336.1
• 申請日: 2020-04-27
• 公開（公告）號: CN111416540B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 張承慧;陳志遠;邢相洋;段彬;付有良
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02M1/12;H02M7/797
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 祖之強

本公開提供了一種多電平變換器中點電位快速平衡控制系統及方法，屬于多電平變換器技術領域，通過實時檢測上下電容電壓值，并將其差值送入有限時間控制器，實時輸出用于調節P/N型冗余小矢量作用時間的零序分量，并輔以零序注入簡化型SVPWM調制策略，實時調整中點電位調節能力較強的小矢量的作用時間，最終實現了中點電位的快速平衡控制；本公開能夠實現中點電位的快速平衡控制，有效減少了直流側電容和功率回路開關管承受的電壓應力，同時大幅降低了交流側電壓電流的諧波含量和對電網的諧波污染；同時本公開不依賴于系統模型，通用性強、靈活度高，且中點平衡速度更快、穩態誤差更小、抗干擾能力更強。

技術領域

本公開涉及多電平變換器技術領域，特別涉及一種多電平變換器中點電位快速平衡控制系統及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

與傳統三相兩電平變換器拓撲相比，T型三電平變換器具有效率高、輸出諧波低、電磁干擾小等優點；與中點鉗位(Neutral Point Clamped，NPC)型三電平變換器相比，T型三電平變換器又具有器件數量更少(無需二極管)、開關損耗更低、熱量分布更均勻、獨立驅動電源數目更少等優點，已成為研究和應用的熱點。在電動汽車或儲能用充放電裝備、新能源功率變換系統、電機拖動變流器系統等領域極具應用前景。

然而，由于開關器件和直流側電容特性的不一致性及外界擾動，T型三電平變換器直流側中點電位易出現直流偏差，即中點不平衡問題。這將會增大交流輸出電壓、電流的諧波含量，同時會加大功率回路開關器件的電壓應力，甚至會損壞開關器件、擊穿直流側電容。因此，為了確保T型三電平變換器的安全可靠運行，必須確保變換器中點電位為直流側電壓的一半。

本公開發明人發現，為有效解決上述T型三電平變換器系統存在的中點電位不平衡問題，目前主要有硬、軟兩種解決方案。硬件方案主要包括：(1)上下電容電壓分別由兩路獨立的直流電源單獨供電；(2)用額外的變流器向電容中點注入或抽取電流。顯然，硬件方案會增加系統成本和復雜度。軟件方案主要包括：(1)基于比例P控制器的中點電位平衡控制方法；(2)基于比例-積分PI控制器的中點電位平衡控制方法；(3)基于無差拍控制器的中點電位平衡控制方法；(4)基于模型預測控制的中點電位平衡控制方法。然而，第(1)和第(2)種方法存在動態響應速度慢、穩態誤差大、抗干擾能力差等缺點；第(3)和第(4)種方法中又存在受制于系統模型、對系統硬件參數依賴性強、通用性差等問題。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本公開提供了一種多電平變換器中點電位快速平衡控制系統及方法，不依賴于系統模型，通用性強，靈活度高，與傳統比例P控制器和比例-積分PI控制器相比，具有中點平衡速度快、穩態誤差小和抗干擾能力強的優勢。

為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

本公開第一方面提供了一種多電平變換器中點電位快速平衡控制系統。

一種多電平變換器中點電位快速平衡控制系統，包括FTC控制器、共模分量計算模塊和SVPWM調制模塊；

對多電平變換器的d軸調制信號和q軸調制信號進行坐標變換后分別得到abc坐標系下交流調制信號；

共模分量計算模塊根據接收到的abc坐標系下交流調制信號，輸出共模分量信號，共模分量信號分別與abc坐標系下交流調制信號疊加后，分別得到abc坐標系下的第一調制信號；

獲取多電平變換器直流側第一電容和第二電容的電壓值，FTC控制器根據兩者的差值輸出調節量，所述調節量分別與abc坐標系下的第一調制信號疊加后，得到abc坐標系下的第二調制信號；

SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空間矢量脈寬調制)調制模塊根據abc坐標系下的第二調制信號和三角載波，輸出T型多電平變換器的驅動信號。