无电解电容NPC三电平逆变器中点电压平衡控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无电解电容NPC三电平逆变器中点电压平衡控制方法及系统，本发明专利技术基于载波比较PWM调制策略，即CB‑PWM调制策略，首先根据电压矢量计算出三相调制波，同时得到幅值最大的调制波Vmax，最小的调制波Vmin；再通过电压检测电路检测出上下电容的电压，并计算出压差；确定电机运行在电动状态还是制动状态；根据这两个条件确定将Vmax和Vmin箝位到母线电压的P或N，重新选取冗余矢量，修改IGBT的开关序列，保证电压平衡。本发明专利技术提供的中点电压平衡控制方法及系统，开关损耗小，实现简单CPU计算时间少，中点电压波动能控制在合理范围内，且调整速度快。

Neutral Point Voltage Balance Control Method and System for NPC Three-Level Inverter without Electrolytic Capacitor

The invention discloses a neutral-point voltage balancing control method and system for NPC three-level Inverters without electrolytic capacitors. Based on carrier comparison PWM modulation strategy, i.e. CB_PWM modulation strategy, the three-phase modulation wave is calculated according to the voltage vector at first, and the maximum modulation wave Vmax and minimum modulation wave Vmin are obtained at the same time. The voltage of upper and lower capacitors is detected by the voltage detection circuit. According to these two conditions, Vmax and Vmin are clamped to bus voltage P or N, redundant vectors are re-selected, and IGBT switching sequence is modified to ensure voltage balance. The neutral-point voltage balance control method and system provided by the invention have small switching loss, less calculation time for simple CPU, reasonable range of neutral-point voltage fluctuation and fast adjustment speed.

【技术实现步骤摘要】
无电解电容NPC三电平逆变器中点电压平衡控制方法及系统
本专利技术涉及交流伺服驱动控制
，具体涉及一种无电解电容NPC(NeutralPointClamped)三电平逆变器中点电压平衡控制方法及系统。
技术介绍
NPC三电平逆变器广泛应用于中、高压驱动系统中，现如今，这种拓扑结构如图1所示，也开始逐步在低压系统中应用，该拓扑结构包含两个串联的电容C1，C2，两电容之间的点称为中点，因此中点钳位型逆变器也被称作二极管钳位逆变器；每一相包含四组IGBT/Diode(绝缘栅门极晶闸管/二极管)TX1、TX2、TX3和TX4；两个钳位二极管DX5和DX5(X＝A，B，和C，分别表示三相)。与传统的两电平逆变器相比，在相同的条件下NPC三电平逆变器表现出显著的优势：①输出波形更为接近正弦，谐波含量低；②开关器件每次开关时电压变化率du/dt和电流变化率di/dt较小，器件承受的开关应力减小，电磁干扰程度大大减轻；③效率高，在相同谐波含量时，开关频率大大降低，开关损耗明显减少。但是在传统的交-直-交变频驱动系统中，由于电解电容的存在，导致整个变频驱动系统体积庞大，成本高，同时使用寿命低，因本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无电解电容NPC三电平逆变器中点电压平衡控制方法，所述无电解电容NPC三电平逆变器包含依次串联在母线之间的第一电容和第二电容，第一母线电容和第二母线电容与母线的连接点分别标记为P和N，第一电容和第二电容与之间的电压为所述中点电压，其特征在于，所述无电解电容NPC三电平逆变器中点电压平衡控制方法包括以下步骤：S1：根据电压矢量计算NPC三电平三相逆变器对应的三相调制波Va、Vb和Vc；S2：计算三相调制波中幅值最大相Vmax，幅值最小相Vmin；S3：分别获得所述第一母线电容和所述第二母线电容的电压，并计算二者的差值Vcap；S4：判断永磁同步电机的运行状态，即电动状态还是发电状态；S5...

【技术特征摘要】
1.一种无电解电容NPC三电平逆变器中点电压平衡控制方法，所述无电解电容NPC三电平逆变器包含依次串联在母线之间的第一电容和第二电容，第一母线电容和第二母线电容与母线的连接点分别标记为P和N，第一电容和第二电容与之间的电压为所述中点电压，其特征在于，所述无电解电容NPC三电平逆变器中点电压平衡控制方法包括以下步骤：S1：根据电压矢量计算NPC三电平三相逆变器对应的三相调制波Va、Vb和Vc；S2：计算三相调制波中幅值最大相Vmax，幅值最小相Vmin；S3：分别获得所述第一母线电容和所述第二母线电容的电压，并计算二者的差值Vcap；S4：判断永磁同步电机的运行状态，即电动状态还是发电状态；S5：根据步骤S3、S4中两个条件判断，将Vmax箝位到P或将Vmin箝位到N，以产生新的调制波Var,、Vbr和Vcr；S6：根据新的Var、Vbr和Vcr产生PWM信号驱动电机运行。2.根据权利要求1所述的无电解电容NPC三电平逆变器中点电压平衡控制方法，其特征在于，步骤S1中，三相调制波Va、Vb和Vc的计算方法为：Va＝m·cosθ，其中θ为电压矢量的角度，m为调制比，定义为：Vs为电压矢量，母线电压Vdc为第一母线电容和第二母线电容的电压之和。3.根据权利要求1所述的无电解电容NPC三电平逆变器中点电压平衡控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述三相调制波最大相Vmax，最小相Vmin计算公式为：Vmax＝max(Va,Vb,Vc)，Vmin＝min(Va,Vb,Vc)，其中，max()表示选取最大值，min()表示选取最小值。4.根据权利要求1所述的无电解电容NPC三电平逆变器中点电压平衡控制方法，其特征在于，步骤S3中，所述电压差Vcap计算方法为：Vcap＝Vdc1-Vdc2，其中，Vdc1表示所述第一电容的电压，Vdc2表示所述第二电容的电压。5.根据权利要求1所述的无电解电容NPC三电平逆变器中点电压平衡控制方法，其特征在于，步骤S4中，所述永磁同步电机的运行状态的判断方法为：根据逆变器输出的电压矢量和电流矢量的夹角来判断，当夹角小于90度时，电机运行在电动状态，母线电容对逆变器供电；当夹角大于90度时，电机运行在发电状态，逆变器对母线电容充电。6.根据权利要求1所述的无电解电容NPC三电平逆变器中点电压平衡控制方法，其特征在于，步骤S5中，新的调制波Var、Vbr和Vcr的产生规则为：(1)当永磁同步电机运行在电动状态时：Vcap≥0时，Vmax箝位到P，选择正矢量序列作用，同时Vz＝1-Vmax；Vcap≤0时，Vmin箝位到N，选择负矢量序列作用，同时Vz＝-1-Vmin；(2)当永磁同步电机运行在发电状态时：Vca...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹泉，李海春，罗慧，刘洋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42