一种Z源三电平逆变器的混合调制方法、控制器及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种Z源三电平逆变器的混合调制方法、控制器及系统。其中，本发明专利技术的一种Z源三电平逆变器的混合调制方法，解决了现有Z源三电平逆变器消除中点电位低频振荡方法开关损耗高的问题。该方法结合了零序分量注入与双调制波调制方法，通过动态设置限幅因子，不同条件下选择不同调制方案，最终通过混合调制方法来协调控制中点电位低频振荡的消除与升压输出，同时最大化降低开关损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种Z源三电平逆变器的混合调制方法、控制器及系统
本专利技术属于电力电子控制领域，尤其涉及一种Z源三电平逆变器的混合调制方法、控制器及系统。
技术介绍
Z源三电平逆变器结合了三电平拓扑与Z源网络结构，保留了三电平逆变器开关器件所受电压低、输出波形质量高等优势，同时具有Z源逆变器的升压功能，且控制不需加入死区，提高了系统可靠性，应用前景广泛。然而，Z源三电平逆变器的中点电位不平衡这一问题仍然需要解决。在中点电位不平衡问题中，中点电位三倍基波频率的振荡被称为低频振荡。中点电位的低频振荡对直流电容体积和输出波形质量都有影响。为解决这一问题，研究者提出了虚拟矢量PWM(VirtualSpaceVectorPWM,VSVPWM)调制方法和双调制波载波PWM(double-modulation-wavecarrier-basedPWM,DMWPWM)调制方法来解决低频振荡问题。其中，VSVPWM调制方法通过将传统三电平空间矢量PWM转化为虚拟矢量PWM，实现对中线电流为零的控制，从而消除了中点电位的低频振荡。DMWPWM调制策略本质上与VSVPWM相同。但是上述两种方法都存在开关频率高，开关损耗高的问题。因此，亟需一种既能完全消除中点电位低频振荡，且尽可能降低开关损耗的调制方法，这对于Z源三电平逆变器的应用具有很大的意义。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术的第一目的是提供了一种Z源三电平逆变器的混合调制方法，其结合零序分量注入与双调制波调制方法，通过动态设置限幅因子，不同条件下选择不同调制方案，实现了中点电位低频振荡的消除与升压输出的协调控制，同时最大化降低开关损耗。本专利技术的一种Z源三电平逆变器的混合调制方法，包括：步骤1：基于一个开关周期内平均中性点电流为零的原则以及零序电压补偿值与各相调制信号的约束条件，求解零序电压补偿值；当零序电压补偿值出现多解时，选取幅值最小的解为最优解并作为零序电压补偿值；步骤2：根据直通占空比和三相参考电压，动态设置零序电压补偿值的限幅因子；步骤3：将限幅后的零序电压补偿值叠加至原始三相调制信号上，再加入直通偏移量，得到修改后的三相调制信号，并与载波信号相比较，产生PWM信号并作用于Z源三电平逆变器；步骤4：将实时计算的零序电压补偿值与当前限幅因子相对应的零序电压补偿限幅阈值比较，若前者没超过后者，则采用零序电压注入方案；否则，切换到双调制波方案；最终通过混合调制方法来协调控制中点电位低频振荡的消除与升压输出，同时最大化降低开关损耗。进一步的，在所述步骤1中，平均中性点电流由平均中性点电流模型得到，其中，中性点电流模型的构建过程为：假设一个开关周期内三相调制信号值恒定，由标幺化后的三相调制信号与载波信号比较，得到各相输出状态及对应的作用时间，根据各相连接到中性点的时间和三相电流值，得到平均中性点电流模型。进一步的，在所述步骤2中，零序电压补偿值的限幅值的大小根据调制信号与直通占空比的改变而动态变化，从而保证Z源三电平逆变器的升压输出的同时有效消除中点电位的低频振荡。进一步的，在所述步骤3中，加入直通偏移量的方法为基于同相载波层叠调制的直通插入，其具体过程为：在调制信号取最大值的一相桥臂插入上直通状态，在调制信号取最小值的一相桥臂插入下直通状态。本专利技术的第二目的是提供一种Z源三电平逆变器的混合调制控制器。本专利技术的一种Z源三电平逆变器的混合调制控制器，包括：零序电压补偿值求解模块，其被配置为：基于一个开关周期内平均中性点电流为零的原则以及零序电压补偿值与各相调制信号的约束条件，求解零序电压补偿值；当零序电压补偿值出现多解时，选取幅值最小的解为最优解并作为零序电压补偿值；限幅因子动态设置模块，其被配置为：根据直通占空比和三相参考电压，动态设置零序电压补偿值的限幅因子；三相调制信号修改模块，其被配置为：将限幅后的零序电压补偿值叠加至原始三相调制信号上，再加入直通偏移量，得到修改后的三相调制信号，并与载波信号相比较，产生PWM信号并作用于Z源三电平逆变器；调制方案切换模块，其被配置为：将实时计算的零序电压补偿值与当前限幅因子相对应的零序电压补偿限幅阈值比较，若前者没超过后者，则采用零序电压注入方案；否则，切换到双调制波方案；最终通过混合调制方法来协调控制中点电位低频振荡的消除与升压输出，同时最大化降低开关损耗。进一步的，在所述零序电压补偿值求解模块中，平均中性点电流由平均中性点电流模型得到，其中，中性点电流模型的构建过程为：假设一个开关周期内三相调制信号值恒定，由标幺化后的三相调制信号与载波信号比较，得到各相输出状态及对应的作用时间，根据各相连接到中性点的时间和三相电流值，得到平均中性点电流模型。进一步的，在所述限幅因子动态设置模块中，零序电压补偿值的限幅值的大小根据调制信号与直通占空比的改变而动态变化，从而保证Z源三电平逆变器的升压输出的同时有效消除中点电位的低频振荡。进一步的，在所述三相调制信号修改模块中，加入直通偏移量的方法为基于同相载波层叠调制的直通插入，其具体过程为：在调制信号取最大值的一相桥臂插入上直通状态，在调制信号取最小值的一相桥臂插入下直通状态。本专利技术的第三目的是提供一种Z源三电平逆变器的控制系统。本专利技术的一种Z源三电平逆变器的控制系统，包括上述所述的Z源三电平逆变器的混合调制控制器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过不同情况下的精确分类，将零序电压补偿值的计算简化，便于应用；还通过动态限幅因子的设定，不同条件下选择不同调制方案，实现了中点电位低频振荡的消除与升压输出的协调控制，同时最大化降低开关损耗。(2)本专利技术解决了现有消除中点电压低频振荡方案开关损耗高的问题，可以完全消除中点电压的低频振荡，而且相较于双调制波调制和VSVPWM调制具有更低的开关损耗，从而提高了逆变器的效率。(3)本专利技术对于扩大Z源三电平逆变器在光伏发电系统、电力发电系统等新能源领域应用具有重要意义。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为Z源NPC三电平逆变器拓扑图；图2为三相调制信号与一个周期内各相对应输出状态时间占空比关系图；图3为基于同相载波层叠调制的直通状态插入图；图4(a)为D＝0.1,M＝0.9,PF＝1时，施加混合调制方法前后直流母线电容电压、三相电流、相电压Uab、Z源网络输出电压波形；图4(b)为D＝0.1,M＝0.9,PF＝0.8时，施加混合调制方法前后直流母线电容电压、三相电流、相电压Uab、Z源网络输出电压波形；图4(c)为D＝0.2,M＝0.9,PF＝1时，施加混合调制方法前后直流母线电容电压、三相电流、相电压Uab、Z源网络输出电压波形；图5(a)为D＝0.1,M＝0.9,PF＝1时，注入Vcomp的三相调制信号、零序电压补偿值Vcomp波形；图5(b)为D＝0.1,M＝0.9,PF＝0.8时，注入Vcomp的三相调制信号、零序电压补偿值Vcomp、不同方案切换波形；图5(c)为D＝0.2,M＝0.9,PF＝1时，注入Vcomp的三相调制信号、零序电压补偿值Vcomp、不同方案切换波形；图6(a)为D＝0，M＝1时，使用双调制波方法和混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Z源三电平逆变器的混合调制方法，其特征在于，包括：步骤1：基于一个开关周期内平均中性点电流为零的原则以及零序电压补偿值与各相调制信号的约束条件，求解零序电压补偿值；当零序电压补偿值出现多解时，选取幅值最小的解为最优解并作为零序电压补偿值；步骤2：根据直通占空比和三相参考电压，动态设置零序电压补偿值的限幅因子；步骤3：将限幅后的零序电压补偿值叠加至原始三相调制信号上，再加入直通偏移量，得到修改后的三相调制信号，并与载波信号相比较，产生PWM信号并作用于Z源三电平逆变器；步骤4：将实时计算的零序电压补偿值与当前限幅因子相对应的零序电压补偿限幅阈值比较，若前者没超过后者，则采用零序电压注入方案；否则，切换到双调制波方案；最终通过混合调制方法来协调控制中点电位低频振荡的消除与升压输出，同时最大化降低开关损耗。

【技术特征摘要】
1.一种Z源三电平逆变器的混合调制方法，其特征在于，包括：步骤1：基于一个开关周期内平均中性点电流为零的原则以及零序电压补偿值与各相调制信号的约束条件，求解零序电压补偿值；当零序电压补偿值出现多解时，选取幅值最小的解为最优解并作为零序电压补偿值；步骤2：根据直通占空比和三相参考电压，动态设置零序电压补偿值的限幅因子；步骤3：将限幅后的零序电压补偿值叠加至原始三相调制信号上，再加入直通偏移量，得到修改后的三相调制信号，并与载波信号相比较，产生PWM信号并作用于Z源三电平逆变器；步骤4：将实时计算的零序电压补偿值与当前限幅因子相对应的零序电压补偿限幅阈值比较，若前者没超过后者，则采用零序电压注入方案；否则，切换到双调制波方案；最终通过混合调制方法来协调控制中点电位低频振荡的消除与升压输出，同时最大化降低开关损耗。2.如权利要求1所述的一种Z源三电平逆变器的混合调制方法，其特征在于，在所述步骤1中，平均中性点电流由平均中性点电流模型得到，其中，中性点电流模型的构建过程为：假设一个开关周期内三相调制信号值恒定，由标幺化后的三相调制信号与载波信号比较，得到各相输出状态及对应的作用时间，根据各相连接到中性点的时间和三相电流值，得到平均中性点电流模型。3.如权利要求1所述的一种Z源三电平逆变器的混合调制方法，其特征在于，在所述步骤2中，零序电压补偿值的限幅值的大小根据调制信号与直通占空比的改变而动态变化，从而保证Z源三电平逆变器的升压输出的同时有效消除中点电位的低频振荡。4.如权利要求1所述的一种Z源三电平逆变器的混合调制方法，其特征在于，在所述步骤3中，加入直通偏移量的方法为基于同相载波层叠调制的直通插入，其具体过程为：在调制信号取最大值的一相桥臂插入上直通状态，在调制信号取最小值的一相桥臂插入下直通状态。5.一种Z源三电平逆变器的混合调制控制器，其特征在于，包括：零序电压补偿值求解模块，其被配置为：基于一个开关周期内平均中性点电流为零的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈阿莲，刘洪超，陈杰，杜春水，张承慧，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37