本发明专利技术公开了一种三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制的方法及系统，包括：通过合理构建虚拟小矢量和中矢量，使得每个虚拟矢量在一个控制周期内中点电荷的变化量为零。同时构建虚拟矢量时将造成共模电压增大的矢量剔除，以保证输出电压的共模电压最小化。在以上的基础上加入中点电压平衡因子，通过实时检测上下电容的电压差和三相电流，来调节中点电压平衡因子，从而使得电荷流入或者流出中点来调节中点电压平衡。本发明专利技术由于合理构建虚拟矢量，同时加入中点电压平衡因子使得虚拟小矢量和中矢量均可变，该方法具有在减少共模电压的同时可以全调制比范围调节中点电压平衡的特点。
Method and System of Neutral-point Voltage Control and Common-mode Voltage Suppression for Three-level Inverter
【技术实现步骤摘要】
三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制的方法及系统
本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种基于可变虚拟矢量的三电平逆变器的中点电压控制和共模电压抑制的方法。
技术介绍
与传统的两电平逆变器相比，三电平逆变器输出电压更接近正弦波，在相同的开关频率下输出波形谐波小，相同的条件下，等效开关频率高，开关损耗小，因此在中高压变频调速、有源电力滤波器和电力系统无功补偿等中高压大功率变换领域中得到广泛的应用。但三电平逆变器中存在固有的中点电压平衡问题。直流母线电容参数不一致、开关参数不一致、负载不平衡以及调制策略等都有可能引起中点电压不平衡。中点电压不平衡会导致输出电压波形发生畸变，降低电容的寿命，对整个逆变系统产生不良影响。三电平逆变器分为I型三电平逆变器和T型三电平逆变器。I型三电平逆变器在每个桥臂上有四个IGBT，通过两个箝位二极管连接至母线电压中点，它具有更高的耐压；T型三电平逆变器在每个桥臂上只有两个IGBT，再通过两个IGBT连接至母线电压中点，其耐压与两电平逆变器一致。T型三电平逆变器比I型三电平逆变器少两个二极管，同时它需要更少的独立驱动电源。这两种三电平逆变器的控制策略基本是一致的。实现中点电压平衡的控制策略的主要有两大类，一种是基于空间矢量的空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略，另一种是基于载波的正弦脉宽调制(SPWM)策略。SVPWM调制策略中，所有空间电压矢量按幅值大小可以分为大矢量、中矢量、小矢量和零矢量四类。其中小矢量具有冗余状态，每对冗余小矢量对中点电压的作用效果相反，因此一般可以通过调节正负小矢量的作用时间来调节中点电压平衡，但该方法中点电压平衡能力有限。同时又由于中矢量对于中点电压的影响和电流的方向有关，中矢量对中点电压的影响是不确定的，造成中点电压波动。针对于冗余小矢量在高调制比下平衡能力有限，同时中矢量对中点电压的影响不定造成的中点电压波动问题，提出了可变虚拟中矢量法，但可变虚拟中矢量法在低调制比下由于虚拟中矢量的作用时间Tm较小，因此存在低调制比下对中点电压调节能力不足的问题。在逆变器驱动电机系统中，逆变器输出的共模电压会造成很多危害，如损坏电机定子绝缘，与寄生电容相互作用产生共模漏电流形成共模干扰，漏电流过大会引起电机保护电路的误动作，因此有效降低逆变器输出共模电压对于电机的寿命长短有重要影响。
技术实现思路
本专利技术针对基于空间矢量的空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法现有技术的不足，提出了一种基于可变虚拟矢量的三电平逆变器的中点电压控制和共模电压抑制方法及系统，其目的是通过合理构建虚拟矢量，并引入可变虚拟小矢量和中矢量，根据上下电容电压差来调节平衡因子，能够在降低共模电压的同时实现全调制比范围内中点电压平衡。本专利技术提供了一种三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制的方法，包括下述步骤：(1)按照同时减少电压波动和抑制共模电压的原则构建新的虚拟矢量：(2)根据实时检测的上、下电容的电压差和三相电流以及所述新的虚拟矢量来调节中点电压，并获得中点电压平衡因子；(3)将所述中点电压平衡因子输入到SVPWM算法中获得相应的PWM序列，并根据所述PWM序列来控制开关管的开通和关断实现共模电压抑制。其中，步骤(1)中，在第I大扇区构建的虚拟小矢量为Vs1＝(VOON+VPOO+VONO)/3，其中，VOON和VONO为第I扇区开关状态OON和ONO对应的负小矢量、VPOO为开关状态POO对应的正小矢量。更进一步地，步骤(2)中，根据实时测量的上、下电容的电压获得中点电压差ΔU＝Udc1-Udc2，再根据中点电压差和三相电流调节中点电压平衡因子。其中，在步骤(2)中，可变虚拟中矢量的调节规则包括：当-A≤ΔU≤A时，中点电压的波动在可以接受的范围内，使得中点电荷变化量ΔQ＝0，中点电压平衡因子Km＝1/3；当ΔU＞A时，ΔQ＞0∶ib＞0，Km＝P1，ib＜0，Km＝P2；当ΔU＜-A时，ΔQ＜0∶ib＞0，Km＝P2，ib＜0，Km＝P1；其中，ΔQ为一个周期内电容电荷的变化量，ΔU为上、下电容的中点电压差，A为电压滞环的大小，Km为中点电压平衡因子，ib为逆变器输出的b相电流，P1＝1/30，P2＝14/30。其中，在步骤(2)中，可变虚拟小矢量的调节规则包括：当-A≤ΔU≤A时，使得中点电荷变化量ΔQ＝0，中点电压平衡因子K11＝K21＝1/3；当ΔU＞A且参考矢量位于第I大扇区第1小扇区时，中点电压平衡因子K11＝P1；当ΔU＞A且参考矢量位于第I大扇区第2小扇区时，中点电压平衡因子K21＝P2；当ΔU＜-A且参考矢量位于第I大扇区第1小扇区时，中点电压平衡因子K11＝P2；当ΔU＜-A且参考矢量位于第I大扇区第2小扇区时，中点电压平衡因子K21＝P1。更进一步地，在步骤(3)中，60度坐标下虚拟矢量SVPWM算法实现的具体过程包括：(31)将90度坐标下的参考电压矢量转换为60度坐标下参考电压矢量；(32)判断60度坐标下参考电压矢量位于哪个大扇区；(33)对确定好大扇区的参考电压矢量进行小扇区判断从而确定参考电压矢量的位置；(34)根据所述参考电压矢量的位置确定参与合成的基本虚拟矢量，再计算每个虚拟矢量的作用时间；(35)根据每个虚拟矢量的作用时间获得脉冲序列的输出顺序；(36)根据各个矢量的作用时间和脉冲序列输出对应的PWM信号，根据所述PWM信号控制开关管的开通和关断实现共模电压抑制。更进一步地，在步骤(32)中，判断参考电压矢量位于哪个大扇区具体为：当0°≤θ＜60°时位于第I大扇区；当60°≤θ＜120°时位于第II大扇区；当120°≤θ＜180°时位于第III大扇区；当180°≤θ＜240°时位于第IV大扇区；当240°≤θ＜300°时位于第V大扇区；当300°≤θ＜360°时位于第VI大扇区；其中，θ为参考电压矢量与g轴的夹角。更进一步地，，在步骤(33)中，进行小扇区判断具体为：根据l1-l5来判断参考矢量位于什么区域；其中K＝1-Km，K1＝1-K11，K2＝1-K21，l1-l5为小扇区的边界直线。本专利技术还提供了一种三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制的系统，包括：T型三电平逆变器、中点电压差获取模块、中点电压平衡因子调节模块和SVPWM模块；中点电压平衡因子调节模块的反馈电流输入端连接至所述T型三电平逆变器的输出端，中点电压平衡因子调节模块的中点电压输入端连接至中点电压差获取模块的输出端，中点电压平衡因子调节模块的参考电压矢量大扇区位置输入端连接至SVPWM模块的第一输出端，中点电压平衡因子调节模块用于根据反馈电流、中点电压差以及SVPWM算法模块的大扇区判断结果N输出中点电压平衡因子Km，K11，K21；中点电压差获取模块的第一输入端连接至所述T型三电平逆变器中上电容的电压输出端，中点电压差获取模块的第二输入端连接至所述T型三电平逆变器中下电容的电压输出端，用于根据上、下电容的电压获得中点电压差ΔU＝Udc1-Udc2；所述SVPWM模块的第一输入端用于接收参考电压Uref和Udc，SVPWM模块的第二输入端连接至所述中点电压平衡因子调节模块的输出端，SVPWM模块用于根据参考电压和中点电压平衡因子输出PWM序列；T型三电平逆变器的输入端连接至所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制的方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)按照同时减少电压波动和抑制共模电压的原则构建新的虚拟矢量：(2)根据实时检测的上、下电容的电压差和三相电流以及所述新的虚拟矢量来调节中点电压，并获得中点电压平衡因子；(3)将所述中点电压平衡因子输入到SVPWM算法中获得相应的PWM序列，并根据所述PWM序列来控制开关管的开通和关断实现共模电压抑制。
【技术特征摘要】
1.一种三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制的方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)按照同时减少电压波动和抑制共模电压的原则构建新的虚拟矢量：(2)根据实时检测的上、下电容的电压差和三相电流以及所述新的虚拟矢量来调节中点电压，并获得中点电压平衡因子；(3)将所述中点电压平衡因子输入到SVPWM算法中获得相应的PWM序列，并根据所述PWM序列来控制开关管的开通和关断实现共模电压抑制。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，在第I大扇区构建的虚拟小矢量为Vs1＝(VOON+VPOO+VONO)/3，其中，VOON和VONO为第I扇区开关状态OON和ONO对应的负小矢量、VPOO为开关状态POO对应的正小矢量。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，根据实时测量的上、下电容的电压获得中点电压差ΔU＝Udc1-Udc2，再根据中点电压差和三相电流调节中点电压平衡因子。4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，可变虚拟中矢量的调节规则包括：当-A≤ΔU≤A时，中点电压的波动在可以接受的范围内，使得中点电荷变化量ΔQ＝0，中点电压平衡因子Km＝1/3；当ΔU＞A时，ΔQ＞0：ib＞0，Km＝P1，ib＜0，Km＝P2；当ΔU＜-A时，ΔQ＜0：ib＞0，Km＝P2，ib＜0，Km＝P1；其中，ΔQ为一个周期内电容电荷的变化量，ΔU为上、下电容的中点电压差，A为电压滞环的大小，Km为中点电压平衡因子，ib为逆变器输出的b相电流，P1＝1/30，P2＝14/30。5.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，可变虚拟小矢量的调节规则包括：当-A≤ΔU≤A时，使得中点电荷变化量ΔQ＝0，中点电压平衡因子K11＝K21＝1/3；当ΔU＞A且参考矢量位于第I大扇区第1小扇区时，中点电压平衡因子K11＝P1；当ΔU＞A且参考矢量位于第I大扇区第2小扇区时，中点电压平衡因子K21＝P2；当ΔU＜-A且参考矢量位于第I大扇区第1小扇区时，中点电压平衡因子K11＝P2；当ΔU＜-A且参考矢量位于第I大扇区第2小扇区时，中点电压平衡因子K21＝P1。6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，60度坐标下虚拟矢量SVPWM算法实现的具体过程包括：(31)将90度坐标下的参考电压矢量转换为60度坐标下参考电压矢量；(32)判断60度坐标下参考电压矢量位于哪个大扇区；(33)对确定好...
【专利技术属性】
技术研发人员：程善美，胡振宇，周建成，周石强，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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