本发明专利技术公开了一种三电平逆变器直流母线中点电位的控制方法，包括两部分，第一部分为传统的方法，将直流侧电压（ｕｄｃ１＋ｕｄｃ２）与参考值Ｕｒｅｆ作差得到误差信号，并将误差信号加入到三相负载电流经ｄｑ解耦之后得到的ｉ１＿ｄ上，以控制两个分压电容的总电压，另一部分为本发明专利技术中提出的控制方法，将经过计算后得到的适当幅值与相位的零序分量，即微调指令，加入到为调整前的指令电压中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及逆变器研究领域，特别涉及一种二极管钳位三电平逆变器直流母线中 点电位控制方法，具体地说是利用向逆变器指令电压中注入某一次及一定幅值的零序分量 来控制中点电位的波动。
技术介绍
自上世纪70年代以来，能源与环保逐渐成为世界主流关注的焦点之一。随着社会 的发展，越来越多的工业与生活领域对中、高压大容量逆变器的需求逐年增加，如在轧钢、 水泥、造纸、船舶等工业领域与高速铁路、城市地铁、电动汽车等公共交通领域的中、高压大 容量变频调速系统，以及为解决电网无功与谐波污染而大量应用的电力有源滤波器。由于 工业应用对于电压电流等级、EMI (电磁干扰)和THD(总谐波失真度)要求的提高，传统的 两电平逆变器已经发展到三电平逆变器，又有三电平发展到更多的电平数。由于三电平二 极管箝位式变换器较相较于其他拓扑结构具有双向功率流控制、功率因数控制方便，拓扑 简单稳定等优点，并可与其他拓扑如普通H桥级联构成更多电平的逆变器，在高压大功率 方面成为研究的热点。但由于直流分压电容充放电不均衡以及器件参数不一致等原因导致 的直流母线中点电位的波动会直接导致输出电压的畸变，额外提高了器件耐压等级，影响 了系统的稳定性。通过文献检索发现，针对中点电位波动问题，研究人员从硬件拓扑和调制方式两 方面提出了解决方案。其中硬件拓扑方案由于增大了系统体积、损耗和不稳定性，相比较 而言调制方式就有对应的全面优势。针对中点电位控制的调制方式主要有空间矢量调制 (SVPWM)和载波调制(SPWM)。对于三电平中点箝位逆变器而言，存在27个19种空间矢量， 通过判断中点电流方向及中点电位的偏差，合理地选择调制方法及对小矢量的取舍，基本 上能够在一个开关周期实现对中点电位的平衡控制，但是计算量大，对于更多电平数的逆 变器，矢量和相应的开关冗余状态及运行状态控制复杂度都大大增加，巨大的计算量及复 杂的算法限制了其应用。而注入零序分量的SPWM方式则简单得多也更适合于更多电平数 逆变器的使用，比如三电平逆变器模块级联普通H桥、混合五电平逆变器等等。对于三相三 线制系统而言，载波不变，往调制波中注入零序分量以对中点电位进行控制，由于无中线， 三相输出线电压中不包含零序分量，同时注入零序分量还能提高直流电源电压利用率、降 低开关损耗的作用。虽然有如此多的优点，从上世纪90年代就有研究人员开始研究，并且 最近几年有相关实验结果，但是现有的文献表明这方面的研究工作缺乏严谨的理论分析来 证明往调制波中注入零序分量这一方法的有效性，并且未能证明注入几次零序分量以及注 入的幅度和相位如何合理取值才能够有效地控制中点电位的波动。
技术实现思路
针对上述现有理论与技术上存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于提出一种二极 管箝位。该控制方法可在不增加附加电路，且比SVPWM方法的计算量大为减小的条件下，就能有效地控制三电平逆变器直流母线中点电 位波动在合理范围，以确保逆变器具有较好的输出电压波形。为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的一种，其特征在于，包括以下步骤步骤1，控制两个分压电容的总电压ud。Jutk2 ；步骤2，检测二极管箝位三电平直流母线上下分压电容电压Udel和Ude2，两个值作 差得到电压差Aud。；步骤3，测量逆变器基波电流及主要次谐波电流相对于电网侧电压的幅度与初始相位角，并利用公式计算相位角Φ，计算公式如下U1 sin(p) + U0 cos(^z -a)+ U5 cos(5^z>-Θ5) + ΙΙ7 cos(7^z>-θ )-\-----\~Un ζοφιφ-θη) = 0 ,其中U1为电网相电压，Utl为需补偿的基波电流经电感微分后的幅值，α为无功初 始相位角，Un为需补偿的η次谐波经电感微分后的幅值，θ η为η次谐波相对于基波的初始 相位，其中η为奇数；步骤4，由步骤2测得的分压电容电压差Aud。通过PI调节器调节得到需要注入的 零序分量的幅值，由步骤3得到的相位角Φ通过计算注入6次零序分量的初始相位角β， β = 6 Φ，得到PWM调制波的微调指令Δ< ；步骤5，将步骤4得到的微调指令通过3路加法器分别同微调前逆变器三相PWM 调制波作加法，其输出作为最终的三相PWM调制波。上述步骤中，所述的主要次谐波指5、7、11、13次谐波。本专利技术利用向PWM调制波中注入一定幅值和相位的6次零序分量，实现对于二极 管箝位三电平逆变器直流母线中点电位控制，无需额外的辅助装置，方法简单易行。从仿 真结果中可以看到，本专利技术能够很好地实现对二极管箝位三电平逆变器直流母线中点电位 控制。并且对于逆变器输出基波电压谐波电压以及基波电流谐波电流的情况都适用。由于 APF (有源电力滤波器)既可以输出基波电流谐波电流又可以输出基波电压谐波电压，故而 本专利技术以APF作为本专利技术的典型示例控制对象来验证本专利技术的有效性。附图说明图1为二极管箝位三电平逆变器作APF(有源电力滤波器)主电路结构。图2为本专利技术的控制系统框图。图3为三相逆变器典型输出波形。图4为图1等效损耗电阻R1为150 Ω而R2为100 Ω并且不加控制策略时直流母 线电压仿真波形；其中(a)为直流母线总电压udc;1+Ud。2的仿真波形；(b)为分压电容C1上的 电压udc;1的仿真波形；(c)为分压电容C2上的电压ud。2的仿真波形；图5为图1等效损耗电阻R1为150 Ω而R2为100 Ω加控制策略时直流母线电压仿 真波形；其中(a)为直流母线总电压udc;1+ud。2的仿真波形；(b)为分压电容C1上的电压Udca 的仿真波形；(c)为分压电容C2上的电压ud。2的仿真波形；具体实施例方式参照图1，三相电源1和非线性负载2之间连接串联二极管箝位三电平逆变器3。 二极管箝位三电平逆变器3由直流侧储能元件C1和C2、等效损耗电阻R1和R2、电压源型PWM 逆变器，其中直流侧储能元件一般由电力电容器串并联构成，电压源型PWM逆变器采用全 控器件如IGBT、GT0等组成。进线电感31、32和33—端串联在A、B、C三相电压源型PWM变 换器上，另一端并联在三相电源1和非线性负载2之间，其参数的选择主要取决于电压源型 PWM变换器的开关频率。为了叙述方便，电源三相电压记为us，即usa、usb, Us。；电源三相电流记为is，即 isa、U、isc ；直流母线上下分压电容电压分别为Utkl和ud。2 ；直流侧电压的给定值记为Uref ； 逆变器输出的三相补偿电流记为i。，即i。a、i。b、i。。；三相负载电流记为I即ila、ilb、ilc。参照图2，本专利技术中的二极管箝位三电平逆变器直流母线电压控制方法，包括两部 分，第一部分为传统的方法，将直流侧电压(Udc;1+Ud。2)与参考值Uref作差得到误差信号，并 将误差信号加入到三相负载电流经dq解耦之后得到的I1 d上，以控制两个分压电容的总电 压。另一部分为本专利技术中提出的控制方法，将经过计算后得到的适当幅值与相位的零序分 量，即微调指令，加入到为调整前的指令电压中，具体步骤如下步骤1，检测二极管箝位三电平直流母线上下分压电容电压Udel和Ude2，两个值作 差得到电压差Audc。步骤2，测量逆变器基波电流及主要次(这里取5次)本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
一种三电平逆变器直流母线中点电位的控制方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1，控制两个分压电容的总电压udc1+udc2；步骤2，检测二极管箝位三电平直流母线上下分压电容电压udc1和udc2，两个值作差得到电压差Δudc；步骤3，测量逆变器基波电流及主要次谐波电流相对于电网侧电压的幅度与初始相位角，并利用公式计算相位角φ，计算公式如下其中U1为电网相电压，U0为需补偿的基波电流经电感微分后的幅值，α为无功初始相位角，Un为需补偿的n次谐波经电感微分后的幅值，θn为n次谐波相对于基波的初始相位，其中n为奇数；步骤4，由步骤2测得的分压电容电压差Δu...
【专利技术属性】
技术研发人员：何英杰，刘进军，王新宇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87
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