二极管箝位型三电平逆变器的中性点电位平衡控制方法技术

本发明专利技术提供了一种二极管箝位型三电平逆变器的中性点电位平衡控制方法，包括：根据对称三相输出参考电压的瞬时值获取原始调制信号；将获取到的原始调制信号叠加第一零序分量后，获取最大修正调制信号、中值修正调制信号和最小修正调制信号；根据所述原始调制信号在每个采样周期内的瞬时值，获取所述原始调制信号瞬时值最小相对应的电流瞬时值；根据所述原始调制信号瞬时值最小相对应的电流值和由上下直流母线电压值之差计算出的中性点电位偏移量，根据所述中性点电位偏移量和中性点电位补偿策略获取第二零序分量。本发明专利技术对于二极管箝位型三电平逆变器的采样信息要求较低，控制方法简单有效，可以快速地实现中点电位平衡控制。

Neutral point potential balance control method for diode clamped three level inverter

【技术实现步骤摘要】
二极管箝位型三电平逆变器的中性点电位平衡控制方法
本专利技术涉及电力技术变换领域，特别涉及一种二极管箝位型三电平逆变器的中性点电位平衡控制方法
技术介绍
三电平逆变器因具有较好的输出波形质量被广泛应用。三电平逆变器相较于传统的两电平逆变器，其输出电压多了一个电平，更加接近于正弦波，可以降低输出电压的谐波含量，减小功率开关器件的电压应力，提升直流母线电压的容量，因此在高压大功率场合得到了广泛的应用。三电平逆变器可细分为二极管箝位型、飞跨电容型和级联H桥型等，其中二极管箝位型三电平逆变器因为不需要额外的箝位电容和大体积的移相变压器，在中高压领域获得了大量的应用。但是二极管箝位型三电平逆变器具有中性点电位不平衡这一固有问题，会导致输出波形畸变，直流电容分压不均匀和功率开关器件承受的应力过大等问题，对于逆变器的稳定安全运行造成巨大的影响。因此，对于二极管箝位型三电平逆变器的中性点电位平衡控制是必不可少的。现有技术中，针对二极管箝位型三电平逆变器中性点电位不平衡问题的解决方法主要采取以下几种：方法一，增加直流母线电容容值，通过中性点电位偏差大小与电容容值成反比这一规律来抑制中性点电位不平衡；方法二，采用额外的硬件辅助电路为中性点电流提供通路，例如，单相半桥桥臂主动平衡中性点电位；方法三，通过调制策略来主动削弱或消除中性点电位不平衡。上述方法中，都存在明显的缺点。方法一对于系统的成本的体积要求都有所增加，且对于硬件性能的考验巨大；方法二需要增设额外的硬件，对于成本和控制的复杂程度都有所增加；方法三在直流母线上下直流电压时变和不相等的逆变器上无法适用，且无法让逆变器在所有工况下都实现中性点电位平衡。
技术实现思路
本专利技术提供了一种二极管箝位型三电平逆变器的中性点电位平衡控制方法，其目的是为了使逆变器在直流母线上下电压时变、不等的情况和所有工况下都能实现中性点电位平衡。为了达到上述目的，本专利技术的实施例提供了一种二极管箝位型三电平逆变器的中性点电位平衡控制方法，包括：步骤1，根据对称三相输出参考电压的瞬时值获取原始调制信号；步骤2，将获取到的原始调制信号叠加第一零序分量后，获取最大修正调制信号、中值修正调制信号和最小修正调制信号；步骤3，根据所述原始调制信号在每个采样周期内的瞬时值，获取所述原始调制信号瞬时值最小相对应的电流瞬时值；步骤4，根据所述原始调制信号瞬时值最小相对应的电流值和由上下直流母线电压值之差计算出的中性点电位偏移量，根据所述中性点电位偏移量和中性点电位补偿策略获取第二零序分量；步骤5，将最大修正调制信号、中值修正调制信号和最小修正调制信号叠加第二零序分量后，获取最大最终调制信号、中值最终调制信号和最小最终调制信号；步骤6，将所述最大最终调制信号、所述中值最终调制信号和所述最小最终调制信号进行归一化处理，获取归一化调制信号和占空比，将归一化调制信号与载波进行比较，得到二极管箝位型三电平逆变器所有功率开关管的开关序列。本专利技术的上述方案有如下的有益效果：本专利技术的二极管箝位型三电平逆变器的中性点电位平衡控制方法对于二极管箝位型三电平逆变器的采样信息要求较低，控制方法简单有效，可以快速地实现中点电位平衡控制，且具有响应速度快，鲁棒性强等特点。附图说明图1为本专利技术的控制方法构成示意图；图2为本专利技术的拓扑结构示意图；图3为本专利技术的实施例中在0.1s施加补偿策略的波形图；图4为本专利技术的实施例中在初始就施加补偿策略的波形图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术的实施例提供了一种二极管箝位型三电平逆变器的中性点电位平衡控制方法，包括：步骤1，根据对称三相输出参考电压的瞬时值获取原始调制信号；步骤2，将获取到的原始调制信号叠加第一零序分量后，获取最大修正调制信号、中值修正调制信号和最小修正调制信号；步骤3，根据所述原始调制信号在每个采样周期内的瞬时值，获取所述原始调制信号瞬时值最小相对应的电流瞬时值；步骤4，根据所述原始调制信号瞬时值最小相对应的电流值和由上下直流母线电压值之差计算出的中性点电位偏移量，根据所述中性点电位偏移量和中性点电位补偿策略获取第二零序分量；步骤5，将最大修正调制信号、中值修正调制信号和最小修正调制信号叠加第二零序分量后，获取最大最终调制信号、中值最终调制信号和最小最终调制信号；步骤6，将所述最大最终调制信号、所述中值最终调制信号和所述最小最终调制信号进行归一化处理，获取归一化调制信号和占空比，将归一化调制信号与载波进行比较，得到二极管箝位型三电平逆变器所有功率开关管的开关序列。其中，所述步骤1具体包括：对称三相输出参考电压的瞬时值获取的原始调制信号为：其中，uaref、ubref、ucref为原始调制信号，Um为相电压幅值，θ＝ωt为相角值，ω为角频率。其中，所述步骤2具体包括：根据以下公式获取最大修正调制信号、中值修正调制信和最小修正调制信号：其中，ua为累加零序分量u01后的A相调制信号，ub为累加零序分量u01后的B相调制信号，uc为累加零序分量u01后的C相调制信号，u01为第一零序分量，且u1为上直流母线电压，u2为下直流母线电压，umax为最大修正调制信号，umid为中值修正调制信号，umin为最小修正调制信号。其中，所述步骤3具体包括：逆变器三相电流表示为：其中，Im为电流幅值，为功率因数角；其中，ul、um、un分别为原始调制信号的最小值、中值和最大值，imin、imid、imax分别为原始调制信号的最小值、中值和最大值相对应的电流瞬时值。其中，所述步骤4具体包括：所述第二零序分量的获取方法为：其中，Δu＝u1-u2为中性点电压偏移量；为该补偿策略使用的PI控制器的传递函数，控制器中kp为比例项系数，ki为积分项系数，s为拉氏变换所用的复变量，sign()为符号函数。其中，所述步骤5具体包括：根据以下公式获取最大最终调制信号中值最终调制信号和最小最终调制信号其中，u02为实现中性点电位平衡补偿策略所叠加的第二零序分量；为最大最终调制信号；为最终的中值最终调制信号；为最终的最小最终调制信号。其中，所述步骤6具体包括：根据以下公式获取归一化调制信号和占空比：其中，为最大最终调制信号对应相的P状态占空比，为中值最终调制信号对应相的P状态或N状态占空比，为最小最终调制信号对应相的N状态占空比；将归一化调制信号与载波进行比较，得到所属二极管箝位型三电平逆变器所有功率开关管的开关序列。第一实施例：如图1所示，本专利技术的实施例提供一种二极管箝位型三电平逆变器的中性点电位平衡控制方法的控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二极管箝位型三电平逆变器的中性点电位平衡控制方法，其特征在于，包括：/n步骤1，根据对称三相输出参考电压的瞬时值获取原始调制信号；/n步骤2，将获取到的原始调制信号叠加第一零序分量后，获取最大修正调制信号、中值修正调制信号和最小修正调制信号；/n步骤3，根据所述原始调制信号在每个采样周期内的瞬时值，获取所述原始调制信号瞬时值最小相对应的电流瞬时值；/n步骤4，根据所述原始调制信号瞬时值最小相对应的电流值和由上下直流母线电压值之差计算出的中性点电位偏移量，根据所述中性点电位偏移量和中性点电位补偿策略获取第二零序分量；/n步骤5，将最大修正调制信号、中值修正调制信号和最小修正调制信号叠加第二零序分量后，获取最大最终调制信号、中值最终调制信号和最小最终调制信号；/n步骤6，将所述最大最终调制信号、所述中值最终调制信号和所述最小最终调制信号进行归一化处理，获取归一化调制信号和占空比，将归一化调制信号与载波进行比较，得到二极管箝位型三电平逆变器所有功率开关管的开关序列。/n

【技术特征摘要】
1.一种二极管箝位型三电平逆变器的中性点电位平衡控制方法，其特征在于，包括：
步骤1，根据对称三相输出参考电压的瞬时值获取原始调制信号；
步骤2，将获取到的原始调制信号叠加第一零序分量后，获取最大修正调制信号、中值修正调制信号和最小修正调制信号；
步骤3，根据所述原始调制信号在每个采样周期内的瞬时值，获取所述原始调制信号瞬时值最小相对应的电流瞬时值；
步骤4，根据所述原始调制信号瞬时值最小相对应的电流值和由上下直流母线电压值之差计算出的中性点电位偏移量，根据所述中性点电位偏移量和中性点电位补偿策略获取第二零序分量；
步骤5，将最大修正调制信号、中值修正调制信号和最小修正调制信号叠加第二零序分量后，获取最大最终调制信号、中值最终调制信号和最小最终调制信号；
步骤6，将所述最大最终调制信号、所述中值最终调制信号和所述最小最终调制信号进行归一化处理，获取归一化调制信号和占空比，将归一化调制信号与载波进行比较，得到二极管箝位型三电平逆变器所有功率开关管的开关序列。


2.根据权利要求1所述的二极管箝位型三电平逆变器的中性点电位平衡控制方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
对称三相输出参考电压的瞬时值获取的原始调制信号为：



其中，uaref、ubref、ucref为原始调制信号，Um为相电压幅值，θ＝ωt为相角值，ω为角频率。


3.根据权利要求2所述的二极管箝位型三电平逆变器的中性点电位平衡控制方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
根据以下公式获取最大修正调制信号、中值修正调制信和最小修正调制信号：



其中，ua为累加零序分量u01后的A相调制信号，ub为累加零序分量u01后的B相调制信号，uc为累加零序分量u01后的C相调制信号，u01为第一零序分量，且u1为上直流母线电压，u2为下直流母线电压，umax为最大修正调制信号，um...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，刘昊，粟梅，孙尧，韩华，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43