[發明專利]一種基于共模電壓注入的五電平逆變器調制方法

有效

• 申請號: 202110495686.6
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113162450B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 邢相洋;鐘昭文;李曉艷;張承慧
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02M7/5387
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

本發明公開了一種基于共模電壓注入的五電平逆變器調制方法及系統，包括：使用載波層疊的方式，逆變器中的兩個橋臂共用一個載波；其調制波幅值相等，相位互差180度，通過載波比較的方式生成電平狀態。本發明方法通過載波層疊的方式提高了總輸出電流的電能質量；通過對開關狀態的選擇實現了懸浮電容電壓穩定；通過注入共模電壓的方法實現中點電位的平衡。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，尤其涉及一種基于共模電壓注入的五電平逆變器調制方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

近年來，隨著新能源產業的快速發展，ANPC型逆變器在交流牽引供電系統、光電集成、戶用型光伏逆變系統、電動汽車充電等領域得到了廣泛的應用。和兩電平逆變器和三電平逆變器相比，五電平逆變器能夠輸出更高質量的電流，功率器件承受較低的電壓應力，更高的系統效率等優勢。

然而，對于單相ANPC型五電平逆變器，因其拓撲的關系，每一個橋臂除了8個開關管外，還有懸浮電容，且該懸浮電容電位與直流側中點電位耦合，因此，傳統用于三電平逆變器的控制策略并不能直接用到該拓撲中。要實現逆變器的正常工作，必須保證中點電位和懸浮電容電壓的同時穩定。并且，用模型預測控制的傳統方法實現調制和控制時，存在著輸出電流波形諧波較大，并且運算復雜等缺點。

因此，針對單相有源中點箝位型五電平逆變系統，研究一種兼顧中點電位、懸浮電容電壓同時穩定，且高輸出電能質量的方案意義重大。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種基于共模電壓注入的五電平逆變器調制方法及系統，可以實現系統在運行過程中的中點電位平衡，懸浮電容電壓穩定，明顯改善輸出電流電能質量。

在一些實施方式中，采用如下技術方案：

一種基于共模電壓注入的五電平逆變器調制方法，包括：使用載波層疊的方式，逆變器中的兩個橋臂共用一個載波；其調制波幅值相等，相位互差180度，通過載波比較的方式生成電平狀態。

進一步地，通過載波比較生成的兩個電平狀態，分別對應于兩個橋臂，根據兩個橋臂中懸浮電容電壓分別選擇對應的開關狀態。

進一步地，通過共模電壓注入改變兩相的調制波實現中點電位的平衡。

進一步地，通過載波比較的方式生成電平狀態，具體為：

CB1、CB2、CB3、CB4均為相位、幅值都相同，且垂直排列的三角載波，采用載波層疊調制法與調制波比較：當調制波U_x＝CB1時，輸出電平為當調制波U_x＝CB2時,輸出電平為當U_x＝CB3時，輸出電平為0；當U_x＝CB4時，輸出電平為當U_xCB4時，輸出電平為

進一步地，具體過程包括：

負載電流經過比例諧振控制器得到A、B相調制波；

直流側電容電壓做差得到中點電位的偏差，經過PI控制器轉換成共模電壓信號；

根據中點電位的偏差選擇不同的共模注入方式，與調制波進行疊加實現中點電位控制。

進一步地，還包括：

經過共模電壓注入的調制波與載波比較得到A、B兩相的電平狀態；

A、B兩相的電平狀態依據懸浮電容電位選擇合適的開關狀態，生成8個開關管的開通信號，使逆變器正常工作。

進一步地，根據中點電位的偏差選擇不同的共模注入方式，與調制波進行疊加實現中點電位控制，具體為：