同步载波DPWM中点电压平衡方法、系统及相关组件技术方案

本申请公开了一种同步载波DPWM中点电压平衡方法、系统及相关组件，涉及变流器领域，应用于三电平变流器调制，包括：获取当前同步载波DPWM类型；获取直流侧的上桥臂电压和下桥臂电压，并计算所述上桥臂电压和所述下桥臂电压的电压差值；判断所述电压差值的绝对值是否大于偏差阈值；若是，根据所述当前同步载波DPWM类型和所述电压差值的符号确定零序分量；根据所述零序分量确定三相调制波，以控制所述三电平变流器。本申请用于控制三电平变流器，在电压差值的绝对值大于偏差阈值也即发生中点电压偏差时，根据当前同步载波DPWM类型和电压差值确定零序分量，以该零序分量确定三相调制波，从而消除中点电压偏差，实现中点电压平衡。实现中点电压平衡。实现中点电压平衡。

Neutral point voltage balancing method, system and related components of synchronous carrier DPWM

【技术实现步骤摘要】
同步载波DPWM中点电压平衡方法、系统及相关组件


[0001]本专利技术涉及变流器领域，特别涉及一种同步载波DPWM中点电压平衡方法、系统及相关组件。

技术介绍

[0002]三电平中点钳位(Neutral Point Clamped,NPC)变流器是最常用的三电平变流器，其主电路拓扑如图1。由于器件电压应力低、结构和控制简单、易实现能量双向流动等优点，三电平变流器在光伏和风力发电、变频调速、冶金采矿等领域得到了广泛应用。
[0003]三电平变流器由高到低输出三种电平，依次可定义为P电平、O电平、N电平，将三电平变流器的空间矢量总结于图2。图2中各空间矢量可分类为零矢量、P型小矢量、N型小矢量、中矢量和大矢量，如下表1所示，其中零矢量OOO/PPP/NNN互为冗余零矢量，同一位置的P型小矢量和N型小矢量互为冗余小矢量。
[0004]表1三电平变流器各电压空间矢量类型
[0005][0006]同步DPWM(Discontinuous Pulse Width Modulation,间断脉冲宽度调制)是三电平变流器常用的同步调制策略。针对同步DPWM的研究，文献《Space
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vector
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based synchronized three
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level discontinuous PWM for medium
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voltage high
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power VSI》(Beig A R,Kanukollu S,Hosani K A,et al.[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2014,61(8):3891
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3901.)通过将相电压钳位于P或N电平，提出了如图3所示的四种同步DPWM，并分别定义为同步DPWM 1、同步DPWM 2、同步DPWM 3和同步DPWM 4。这四种同步DPWM均可以消除线电压中3的倍数次谐波和偶次谐波，从而改善了输出波形质量，但在其作用下的相电压存在两电平跳变，威胁三电平变流器的安全运行。为克服这一缺陷，专利《避免三电平逆变器相电压两电平跳变的同步载波DPWM方法》(张波.[P].专利技术专利，2019，CN 201911186556.3)提出了避免三电平逆变器相电压两电平跳变的同步载波DPWM 1、同步载波DPWM 2、同步载波DPWM 3和同步载波DPWM 4。四种同步载波DPWM在保证输出波形对称性的同时简化了计算并避免了相电压两电平跳变，从而更适用于大功率三电平变流器。此外，文献《三电平逆变器改进型同步不连续载波脉宽调制策略研究》(高瞻,李耀华,葛琼璇,等.[J].中国电机工程学报,2020,40(17):5620
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5636.)通过将相电压钳位于O电平，提出了如图4所示的同步载波DPWM A、同步载波DPWM B、同步载波DPWM C、同步载波DPWM D、
同步载波DPWM E、同步载波DPWM F和同步载波DPWM G，其均可以满足波形对称性并降低开关频率。
[0007]然而，除降低开关频率和保持波形对称性外，中点电压平衡控制也是大功率三电平变流器的关键问题。传统脉宽调制可通过重新分配冗余小矢量作用时间的方式控制中点电压平衡，而同步载波DPWM在各采样周期内只使用特定的小矢量或特定的零矢量，其并不存在冗余小矢量和冗余零矢量，无法利用现有重新分配冗余小矢量作用时间的方法来控制中点电压平衡。
[0008]因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种能够实现中点电压平衡控制的同步载波DPWM中点电压平衡方法、系统及相关组件。其具体方案如下：
[0010]一种同步载波DPWM中点电压平衡方法，应用于三电平变流器的调制过程，包括：
[0011]获取当前同步载波DPWM类型；
[0012]获取直流侧的上桥臂电压和下桥臂电压，并计算所述上桥臂电压和所述下桥臂电压的电压差值；
[0013]判断所述电压差值的绝对值是否大于偏差阈值；
[0014]若是，根据所述当前同步载波DPWM类型和所述电压差值的符号确定零序分量；
[0015]根据所述零序分量确定三相调制波，以控制所述三电平变流器；
[0016]其中所述当前同步载波DPWM类型为DPWM 1、DPWM 2、DPWM 3、DPWM 4、DPWM A、DPWM B、DPWM C、DPWM D、DPWM E、DPWM F、DPWM G中的任一类型。
[0017]优选的，所述同步载波DPWM中点电压平衡方法还包括：
[0018]判断所述当前同步载波DPWM类型是否需要获取运行参数；
[0019]若是，根据所述当前同步载波DPWM类型获取对应的所述运行参数；
[0020]相应的，所述根据所述当前同步载波DPWM类型和所述电压差值的符号确定零序分量的过程，包括：
[0021]根据所述当前同步载波DPWM类型、所述运行参数和所述电压差值的符号确定零序分量。
[0022]优选的，若所述当前同步载波DPWM类型为DPWM1、DPWM2、DPWM3、DPWM4中的任一类型，则所述运行参数包括当前调制比；若所述当前调制比不小于预设调制比，则所述运行参数还包括当前目标电流和当前相角；
[0023]相应的，所述根据所述当前同步载波DPWM类型、所述运行参数和所述电压差值的符号确定零序分量的过程，包括：
[0024]当所述当前调制比小于所述预设调制比，若所述电压差值的符号为正，确定所述零序分量为1
‑
Vmax，若所述电压差值的符号为负，确定所述零序分量为
‑
Vmin
‑
1；
[0025]当所述当前调制比不小于所述预设调制比，判断是否满足第一条件，所述第一条件包括：所述电压差值的符号与所述当前目标电流的符号相同且所述当前相角处于目标相角区域，或，所述电压差值的符号与所述当前目标电流的符号相反且所述当前相角不处于
所述目标相角区域；
[0026]若是，则确定所述零序分量为
‑
Umin；
[0027]若否，则确定所述零序分量为1
‑
Umax；
[0028]其中，Vmin为三相正弦调制波的最小值，Vmax为所述三相正弦调制波的最大值，Umin为处理后调制波的最小值，Umax为所述处理后调制波的最大值，所述处理后调制波为对所述三相正弦调制波进行处理后的调制波，所述处理包括：对所述三相正弦调制波的负值增加一个基准电压值；
[0029]所述目标相角区域包括三个目标相角分区，三个所述目标相角分区分别为0
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60
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，120
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和240
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同步载波DPWM中点电压平衡方法，其特征在于，应用于三电平变流器的调制过程，包括：获取当前同步载波DPWM类型；获取直流侧的上桥臂电压和下桥臂电压，并计算所述上桥臂电压和所述下桥臂电压的电压差值；判断所述电压差值的绝对值是否大于偏差阈值；若是，根据所述当前同步载波DPWM类型和所述电压差值的符号确定零序分量；根据所述零序分量确定三相调制波，以控制所述三电平变流器；其中所述当前同步载波DPWM类型为DPWM 1、DPWM 2、DPWM 3、DPWM 4、DPWM A、DPWM B、DPWM C、DPWM D、DPWM E、DPWM F、DPWM G中的任一类型。2.根据权利要求1所述同步载波DPWM中点电压平衡方法，其特征在于，还包括：判断所述当前同步载波DPWM类型是否需要获取运行参数；若是，根据所述当前同步载波DPWM类型获取对应的所述运行参数；相应的，所述根据所述当前同步载波DPWM类型和所述电压差值的符号确定零序分量的过程，包括：根据所述当前同步载波DPWM类型、所述运行参数和所述电压差值的符号确定零序分量。3.根据权利要求2所述同步载波DPWM中点电压平衡方法，其特征在于，若所述当前同步载波DPWM类型为DPWM1、DPWM2、DPWM3、DPWM4中的任一类型，则所述运行参数包括当前调制比；若所述当前调制比不小于预设调制比，则所述运行参数还包括当前目标电流和当前相角；相应的，所述根据所述当前同步载波DPWM类型、所述运行参数和所述电压差值的符号确定零序分量的过程，包括：当所述当前调制比小于所述预设调制比，若所述电压差值的符号为正，确定所述零序分量为1
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Vmax，若所述电压差值的符号为负，确定所述零序分量为
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Vmin
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1；当所述当前调制比不小于所述预设调制比，判断是否满足第一条件，所述第一条件包括：所述电压差值的符号与所述当前目标电流的符号相同且所述当前相角处于目标相角区域，或，所述电压差值的符号与所述当前目标电流的符号相反且所述当前相角不处于所述目标相角区域；若是，则确定所述零序分量为
‑
Umin；若否，则确定所述零序分量为1
‑
Umax；其中，Vmin为三相正弦调制波的最小值，Vmax为所述三相正弦调制波的最大值，Umin为处理后调制波的最小值，Umax为所述处理后调制波的最大值，所述处理后调制波为对所述三相正弦调制波进行处理后的调制波，所述处理包括：对所述三相正弦调制波的负值增加一个基准电压值；所述目标相角区域包括三个目标相角分区，三个所述目标相角分区分别为0
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60
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，120
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180
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和240
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300
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；当所述当前相角处于60
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120
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或240
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300
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，所述当前目标电流为所述三电平变流器的A相电流；
当所述当前相角处于120
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或300
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360
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，所述当前目标电流为所述三电平变流器的C相电流；当所述当前相角处于180
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240
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或0
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60
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，所述当前目标电流为所述三电平变流器的B相电流。4.根据权利要求2所述同步载波DPWM中点电压平衡方法，其特征在于，若所述当前同步载波DPWM类型为DPWM A、DPWM B、DPWM C、DPWM D中的任意一种，则所述运行参数包括当前目标电流和当前相角；相应的，所述根据所述当前同步载波DPWM类型、所述运行参数和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：高瞻，谢扬旭，赖娜，蔡旗，周志达，耿程飞，刘海威，
申请(专利权)人：深圳市英威腾电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：