一种采用SHEPWM的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法技术

本发明专利技术公开了一种采用SHEPWM的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法，根据需要消除的谐波次数的个数确定每个周期的开关角个数；基于多目标粒子群优化方法求解特定谐波消除脉宽调制的开关角度，生成相应的特定谐波消除脉宽调制信号；采集T型三电平逆变器的中点电压；对信号进行优化，若T型三电平逆变器的中点电压在阈值范围内，则不改变T型三电平逆变器，使其直接进入三电平逆变器，否则将开关状态替换为相应的小矢量信号，对特定谐波消除脉宽调制信号进行改写。本发明专利技术具有和传统SHEPWM相同的消除低次谐波的功能，且可以维持中点电压平衡，能使T型三电平逆变器稳定高效运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种采用SHEPWM的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法。
技术介绍
伴随着光伏发电系统在内的分布式能源大规模接入低压配电网，电网对并网逆变器输出电流波形质量提出更高的要求，传统两电平并网逆变器很难满足大电网高电能质量要求。T型三电平并网逆变器的出现解决了上述问题，如图1所示，和传统两电平相比，该逆变器具有谐波小、开关损耗低、电磁干扰小等优点；和传统二极管钳位型三电平逆变器相比，该逆变器具有开关数目少、导通损耗小和功率损耗均匀等优点；且T型三电平逆变器开关频率在4kHz到30kHz之间效率最高。因此T型三电平逆变器已经广泛应用到光伏发电和微电网等分布式发电场合，而中点电压平衡问题是T型三电平逆变器稳定运行的关键。相比于正弦脉宽调制(SPWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM)调制，特定谐波消除法(SHEPWM)具有开关频率低、开关损耗小、输出电压质量好及损耗小等一系列优点，适用于大功率场合，是一种电力电子领域中经常用来消除低次谐波的调制方法。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种采用SHEPWM的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法，本专利技术基于T型三电平拓扑和SHEPWM调制策略，对三电平逆变器的关键技术进行了研究，针对逆变器直流侧的中点电压平衡问题进行详细的分析，针对SHEPWM和T型三电平逆变器的优点，提出一种采用SHEPWM的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法。系统由传统SHEPWM相关公式计算出开关角度，然后在传统三相SHEPWM的调制后增加了一个小矢量替换系统，通过测量逆变器中点电压来确定是否替换逆变器的小矢量的开关状态来调节中点平衡。所提出的方法不影响逆变器输出的线电压波形，所以具有和传统SHEPWM相同的消除低次谐波的功能，且可以维持中点电压平衡，能使T型三电平逆变器稳定高效运行。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种采用SHEPWM的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法，包括以下步骤：(1)根据需要消除的谐波次数的个数确定每个周期的开关角个数；(2)基于多目标粒子群优化方法求解特定谐波消除脉宽调制的开关角度，生成相应的特定谐波消除脉宽调制信号；(3)采集T型三电平逆变器的中点电压；(4)对信号进行优化，若T型三电平逆变器的中点电压在阈值范围内，则不改变开关状态，使其直接作用于三电平逆变器；否则替换小矢量开关状态，对特定谐波消除脉宽调制信号进行改写。所述步骤(1)中，每四分之一个周期中的开关角个数为需要消去的谐波次数加1。如果要消除N-1个特定的谐波分量，则要设置N个开关角，就能构成N个独立的方程，从而在选择基波幅值的同时，还可以消除N-1个希望消除的谐波分量。所述步骤(2)中，采用多目标粒子群优化(MOPSO)算法求解三电平特定谐波消除脉宽调制开关角。所述步骤(4)中，采集中点电压，如果小矢量开关状态出现，通过检测中点电压来确定是否替换小矢量；当小电压矢量开关状态没有出现时，不改变开关状态。进一步的，所述步骤(4)中，小矢量开关状态出现且中点电压的绝对值大于中点电压阈值时，若中点电压大于零，开关状态被改变为N型小矢量；若中点电压小于零，开关状态被改变为P型小矢量，当中点电压的绝对值小于中点电压阈值时，开关状态不改变。应用于T型三电平逆变器的特定谐波消除系统，包括特定谐波消除脉宽调制信号发生器、小矢量控制器、开关组、PWM信号发生器和T型三电平逆变器，其中，所述特定谐波消除脉宽调制信号发生器输出特定谐波消除脉宽调制信号给开关组，所述小矢量控制器采集T型三电平逆变器的中点电压，对中点电压进行判断；若中点电压在设定阈值范围内，则不改变开关组的状态，使特定谐波消除脉宽调制信号通过PWM信号发生器生成控制信号，控制T型三电平逆变器的开关器件；若中点电压不在设定阈值范围内，小矢量控制器改变开关组状态，替换小矢量，通过PWM信号发生器生成控制信号，控制T型三电平逆变器的开关器件。所述中点电压为T型三电平逆变器的直流侧两个并联电容之间的电压差值的一半。所述中点电压的绝对值大于中点电压阈值时，若中点电压大于零，开关状态被替换为N型小矢量；若中点电压小于零，开关状态被替换为P型小矢量。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术可以将中点电压限定在一个更小的波动区域；(2)本专利技术可以在中点电压偏离平衡点时迅速使其恢复平衡；(3)本专利技术保持了对特定谐波消除的能力。附图说明图1为三电平逆变器拓扑图；图2为三电平逆变器SHEPWM的典型波形；图3为当N＝7时，调制系数由0到1变化时的开关角度变化情况；图4为小矢量对中点电压的影响示意图；图5(a)为大电压矢量[PPN]对三电平逆变器中点电压影响示意图；图5(b)为中电压矢量[PON]对三电平逆变器中点电压影响示意图；图5(c)为零电压矢量[PPP]对三电平逆变器中点电压影响示意图；图5(d)为P型小电压矢量[POO]对三电平逆变器中点电压影响示意图；图5(e))为N型小电压矢量[ONN]对三电平逆变器中点电压影响示意图；图6为所提出SHEPWM算法的运行原理；图7为所提出SHEPWM算法的流程图；图8为传统SHEPWM调制系数为0.99时的开关状态；图9(a)是传统SHEPWM的仿真结果；图9(b)是本专利技术的SHEPWM仿真结果；图10(a)是传统SHEPWM的仿真结果；图10(b)是本专利技术的SHEPWM仿真结果；图11(a)是传统SHEPWM的仿真结果；图11(b)是本专利技术的SHEPWM仿真结果。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。以如图1所示T型三电平逆变器结构阐述逆变器控制策略。包括并联的三相桥臂，每相桥臂包括两个串联的IGBT管，各相桥臂的中点一侧串联两个方向不同的IGBT管，另一侧经滤波器与电阻连接；在并联的各桥臂输入端接入输入电压源；输入电压源两端并联有两个电容，两个电容连接处连接各项桥臂的两个方向不同IGBT管的一端，各个IGBT管均由控制信号驱动。直流侧串联两个电容C1和C2，中点为Z，从而使逆变器的上部器件和下部器件的开关将产生正电平和负电平。a、b、c三相各连接四个带有反并联二极管的开关器件，通过LA、LB、LC滤波后连接三相负载。每一个半桥逆变器有三种状态：正电平、负电平、零电平。本专利技术中三电平T型SHEPWM控制方法主要包括以下内容：(1)根据消去谐波次数的个数确定每四分之一个周期中的开关角个数；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用SHEPWM的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法，其特征是：包括以下步骤：(1)根据需要消除的谐波次数的个数确定每个周期的开关角个数；(2)基于多目标粒子群优化方法求解特定谐波消除脉宽调制的开关角度，生成相应的特定谐波消除脉宽调制信号；(3)采集T型三电平逆变器的中点电压；(4)对信号进行优化，若T型三电平逆变器的中点电压在阈值范围内，则不改变T型三电平逆变器，使其直接进入三电平逆变器，否则将开关状态修改为小矢量信号，对特定谐波消除脉宽调制信号进行改写。

【技术特征摘要】
1.一种采用SHEPWM的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法，其特征是：包括以下步
骤：
(1)根据需要消除的谐波次数的个数确定每个周期的开关角个数；
(2)基于多目标粒子群优化方法求解特定谐波消除脉宽调制的开关角度，生成相应的
特定谐波消除脉宽调制信号；
(3)采集T型三电平逆变器的中点电压；
(4)对信号进行优化，若T型三电平逆变器的中点电压在阈值范围内，则不改变T型三电
平逆变器，使其直接进入三电平逆变器，否则将开关状态修改为小矢量信号，对特定谐波消
除脉宽调制信号进行改写。
2.如权利要求1所述的一种采用SHEPWM的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法，其
特征是：所述步骤(1)中，每四分之一个周期中的开关角个数为需要消去的谐波次数加1。
3.如权利要求1所述的一种采用SHEPWM的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法，其
特征是：所述步骤(2)中，采用多目标粒子群优化算法求解三电平特定谐波消除脉宽调制开
关角。
4.如权利要求1所述的一种采用SHEPWM的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法，其
特征是：所述步骤(4)中，采集中点电压，如果设定的小电压矢量开关状态出现，通过检测中
点电压来替换小矢量；当小电压矢量开关状态没有出现时，不改变开关状态。
5.如权利要求4所述的一种采用SHEPWM的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法，其
特征是：所述步骤(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张承慧，张桐盛，杜春水，陈阿莲，秦昌伟，邢相洋，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37