一种四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及电学领域，尤其是涉及一种四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法及系统，具体是将四电平逆变器可分解为一个两电平逆变器单元和一个三电平逆变器单元，并两个单元粉笔进行平衡控制，包括：与四电平中点钳位型逆变器中的两电平逆变器单元相关的中间母线电容电压平衡控制步骤；与四电平中点钳位型逆变器中的三电平逆变器单元相关的上下母线电容电压平衡控制步骤。本发明专利技术成功地将一个复杂控制问题简化为两个相对简单的控制问题，极大地简化了控制算法。简化了控制算法。简化了控制算法。

【技术实现步骤摘要】
一种四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法及系统


[0001]本专利技术涉及电学领域，尤其是涉及一种四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法及系统。

技术介绍

[0002]所有的四电平中点钳位型逆变器拓扑存在一个共同的特点，即其直流母线由三个串联的电容组成，从而形成两个中性点。现有的四电平中点钳位型逆变器拓扑主要包括4L
‑
DT(图1)、4L
‑
Nested(图2)、4L
‑
NPC(图3)、4L
‑
ANPC(图4)、4L
‑
HNPC(图5)。另外，4L
‑
HC逆变器拓扑(图6)尽管是一种四电平混合钳位型逆变器拓扑，但是4L
‑
HC逆变器也具有四电平中点钳位型逆变器拓扑的特点。
[0003]相较于三电平中点钳位型逆变器拓扑，四电平中点钳位型逆变器拓扑多一个中性点，导致直流母线电容电压不平衡问题更加突出，其电容电压平衡控制更加困难。另外，四电平中点钳位型逆变器中的上、下母线电容电压存在三倍频电压波动，在较低的基波频率工况下，该三倍频电压波动更加明显。这种低频电压波动会导致四电平逆变器输出电压谐波和电流谐波增加，若低频电压波动幅值过大，会损坏开关器件。

技术实现思路

[0004]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
[0005]一种四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，其特征在于，将四电平逆变器可分解为一个两电平逆变器单元和一个三电平逆变器单元，并两个单元粉笔进行平衡控制，具体包括：
[0006]与四电平中点钳位型逆变器中的两电平逆变器单元相关的中间母线电容电压平衡控制步骤；
[0007]与四电平中点钳位型逆变器中的三电平逆变器单元相关的上下母线电容电压平衡控制步骤。
[0008]在上述的四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，对中间母线电容电压平衡控制是将三个串联母线电容电压之和的三分之一作为中间母线电容电压闭环控制的给定值，中间母线电容电压作为实际输出值，给定值与实际输出值的差值作为控制偏差，对中间母线电容电压进行闭环控制。
[0009]在上述的四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，通过PI调节器对中间母线电容电压进行闭环控制，中间母线电容电压PI调节器的表达式如公式(1)所示；
[0010][0011]其中，k
p1
、k
i1
分别为该PI调节器的比例系数和积分系数，k为中间母线电容电压PI调节器的输出变量。
[0012]在上述的四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，对于四电平中点钳位型逆变
器中的两电平逆变器单元，向三相调制信号u
refa
、u
refb
、u
refc
注入三次谐波，并根据中间母线电容电压闭环控制的输出变量k，可得到两电平逆变器单元电路的三相调制信号u
refa2
、u
refb2
、u
refc2
。
[0013]在上述的四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，三相调制信号u
refa2
、u
refb2
、u
refc2
依次是：
[0014]A相：
[0015]B相：
[0016]C相：
[0017]在上述的四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，对上下母线电容电压平衡控制是将上母线电容电压作为电压闭环控制的给定值，下母线电容电压作为是实际输出值，给定值与实际输出值的差值作为控制偏差，如式(4)所示，对上下母线电容电压进行闭环控制。
[0018]在上述的四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，通过一个PI调节器分别对上下母线电容电压进行闭环控制，上下母线电容电压PI调节器的表达式如公式(2)所示；
[0019][0020]其中，k
p2
、k
i2
分别为该PI调节器的比例系数和积分系数。
[0021]在上述的四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，上下母线电容电压PI调节器的输出变量为零序电压信号u
com
，对于四电平中点钳位型逆变器中的三电平逆变器单元，将三相调制信号u
refa
、u
refb
、u
refc
分别分解为两个调制信号并注入零序电压分量u
com
，可得到三电平逆变器单元电路的三相调制信号u
refa1
、u
refa3
、u
refb1
、u
refb3
、u
refc1
、u
refc3
。
[0022]在上述的四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，三相调制信号u
refa1
、u
refa3
、u
refbi
、u
refb3
、u
refc1
、u
refc3
依次是：
[0023]A相：u
refa1
＝u
refa
‑
0.5min(u
refa
，u
refb
，u
refc
)+u
com
[0024]u
refa3
＝u
refa
‑
0.5max(u
refa
，u
refb
，u
refc
)+1+u
com
[0025]B相：u
refb1
＝u
refb
‑
0.5min(u
refa
，u
refb
，u
refc
)+u
com
[0026]u
refb3
＝u
refb
‑
0.5max(u
refa
，u
refb
，u
refc
)+1+u
com
[0027]C相：u
refc1
＝u
refc
‑
0.5min(u
refa
，u
refb
，u
refc
)+u
com
[0028]u
refc3
＝u
refc
‑
0.5max(u
refa
，u
refb
，u
refc
)+1+u
com
[0029]u
refx1
与载波信号V
carr
相比较输出开关管S
x1
的驱动信号，u
refx2
与载波信号V
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，其特征在于，将四电平逆变器可分解为一个两电平逆变器单元和一个三电平逆变器单元，并两个单元粉笔进行平衡控制，具体包括：与四电平中点钳位型逆变器中的两电平逆变器单元相关的中间母线电容电压平衡控制步骤；与四电平中点钳位型逆变器中的三电平逆变器单元相关的上下母线电容电压平衡控制步骤。2.根据权利要求1所述的四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，其特征在于，对中间母线电容电压平衡控制是将三个串联母线电容电压之和的三分之一作为中间母线电容电压闭环控制的给定值，中间母线电容电压作为实际输出值，给定值与实际输出值的差值作为控制偏差，对中间母线电容电压进行闭环控制。3.根据权利要求1所述的四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，其特征在于，通过PI调节器对中间母线电容电压进行闭环控制，中间母线电容电压PI调节器的表达式如公式(1)所示；其中，k
p1
、k
i1
分别为该PI调节器的比例系数和积分系数，k为中间母线电容电压PI调节器的输出变量。4.根据权利要求1所述的四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，其特征在于，对于四电平中点钳位型逆变器中的两电平逆变器单元，向三相调制信号u
refa
、u
refb
、u
refc
注入三次谐波，并根据中间母线电容电压闭环控制的输出变量k，可得到两电平逆变器单元电路的三相调制信号u
refa2
、u
refb2
、u
refc2
。5.根据权利要求1所述的四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，其特征在于，三相调制信号u
refa2
、u
refb2
、u
refc2
依次是：A相：B相：C相：6.根据权利要求1所述的四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，其特征在于，对上下母线电容电压平衡控制是将上母线电容电压作为电压闭环控制的给定值，下母线电容电压作为是实际输出值，给定值与实际输出值的差值作为控制偏差，如式(4)所示，对上下母线电容电压进行闭环控制。7.根据权利要求1所述的四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，其特征在于，通过一个PI调节器分别对上下母线电容电压进行闭环控制，上下母线电容电压PI调节器的表达式如公式(2)所示；
其中，k
p2
、k
i2
分别为该PI调节器的比例系数和积分系数。8.根据权利要求1所述的四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，其特征在于，上下母线电容电压PI调节器的输出变量为零序电压信号u
com
，对于四电平中点钳位型逆变器中的三电平逆变器单元，将三相调制信号u
refa
、u
refb
、u
refc
分别分解为两个调制信号并注入零序电压分量u
com
，可得到三电平逆变器单元电路的三相调制信号u
refa1
、u
refa3
、u
refb1
、u
refb3
、u
refc1
、u
refc3
。9.根据权利要求1所述的四电平逆变器低频电容电压波动抑制方法，其特征在于，三相调制信号u

【专利技术属性】
技术研发人员：陈剑飞，何怡刚，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：