三電平電力變換器中點(diǎn)電位平衡控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三電平電力變換器的控制方法，特別是一種三電平電力變換器中點(diǎn)電位平衡控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)兩電平變換器相比，三電平電力變換器具有功率器件承受電壓應(yīng)力小、電壓變化率dv/dt小、輸出波形諧波特性好、開關(guān)頻率低和效率高等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高壓大容量功率變換場(chǎng)合。此外，在相同的直流電壓條件下，三電平電力變換器的dv/dt、共模干擾比兩電平逆變器小，大大地減少了電磁干擾和電機(jī)繞組上的尖峰電壓，有利于電機(jī)的安全運(yùn)行。但是，三電平電力變換器在運(yùn)行過程中，其直流電容的中點(diǎn)電位會(huì)發(fā)生波動(dòng)，若不加以適當(dāng)?shù)南拗?，中點(diǎn)電位的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致三電平電力變換器輸出性能的降低、甚至是引發(fā)三電平電力變換器的功率模塊過壓燒毀等嚴(yán)重故障。因此，需要對(duì)三電平電力變換器的中點(diǎn)電位波動(dòng)進(jìn)行適當(dāng)控制。
[0003]目前，對(duì)于基于空間矢量控制的三電平電力變換器的中點(diǎn)電位平衡控制問題，最為常見的是小矢量作用時(shí)間調(diào)整法，該方法通常是根據(jù)三電平電力變換器的中點(diǎn)電位偏移情況對(duì)三電平電力變換器的小矢量作用時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，使得在對(duì)應(yīng)于小矢量的中點(diǎn)電流的作用下三電平電力變換器的中點(diǎn)電位偏移得到抑制。但是，已有的小矢量作用時(shí)間調(diào)整法都需要通過將得出的小矢量作用時(shí)間調(diào)整量加到三電平電力變換器空間矢量調(diào)制策略得到的小矢量作用時(shí)間上，再將得到的和作為最終的小矢量作用時(shí)間。顯然，要應(yīng)用小矢量作用時(shí)間調(diào)整法對(duì)三電平電力變換器的中點(diǎn)電位平衡進(jìn)行控制，就必須提前由三電平電力變換器空間矢量調(diào)制策略提前計(jì)算出小矢量作用時(shí)間。
[0004]由于小矢量作用時(shí)間的計(jì)算通常較為復(fù)雜、計(jì)算量較大，因此，有必要對(duì)三電平電力變換器的中點(diǎn)電位平衡控制問題進(jìn)行深入分析和研究，提出一種能夠不需直接計(jì)算小矢量作用時(shí)間、計(jì)算量小、算法簡(jiǎn)單的三電平電力變換器中點(diǎn)電位平衡控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于通過提出一種無需計(jì)算小矢量作用時(shí)間、計(jì)算量小、易于實(shí)現(xiàn)的三電平電力變換器中點(diǎn)電位平衡控制方法，利用該方法實(shí)現(xiàn)對(duì)三電平電力變換器中點(diǎn)電位的平衡控制。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明三電平電力變換器中點(diǎn)電位平衡控制方法為:根據(jù)所述三電平電力變換器的中點(diǎn)電位偏移量產(chǎn)生補(bǔ)償量，對(duì)用于與載波比較產(chǎn)生功率模塊的開關(guān)信號(hào)的調(diào)制電壓信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對(duì)三電平電力變換器的中點(diǎn)電位的平衡控制，而且該方法在對(duì)所述調(diào)制電壓信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，是將調(diào)制電壓信號(hào)作一個(gè)整體進(jìn)行補(bǔ)償，從而保持調(diào)制電壓信號(hào)間的相對(duì)大小不變；該方法在對(duì)所述調(diào)制電壓信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，通過對(duì)補(bǔ)償量大小進(jìn)行限幅使得補(bǔ)償后的調(diào)制電壓信號(hào)位于載波的有效范圍內(nèi)；該方法將所述補(bǔ)償量與所述調(diào)制電壓信號(hào)的和作為最終與載波進(jìn)行比較而產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)的補(bǔ)償后調(diào)制電壓信號(hào)；所述補(bǔ)償量分別與所述調(diào)制電壓信號(hào)的每一分量進(jìn)行求和運(yùn)算，再將所得結(jié)果作為所述補(bǔ)償后調(diào)制電壓信號(hào)；所述調(diào)制電壓信號(hào)是由三電平電力變換器的交流側(cè)輸出的期望電壓經(jīng):a、利用映射矢量對(duì)所述期望電壓進(jìn)行零矢量遷移和b、在A的輸出結(jié)果基礎(chǔ)上進(jìn)行3次諧波注入，使得注入后得到的電壓指令與載波進(jìn)行比較得到的開關(guān)信號(hào)等效于SVPWM得到的開關(guān)信號(hào)后得到的；所述補(bǔ)償量的計(jì)算公式為:Λ Vref = (CdcX Δ U。)/(2Xi0XTPJ ;所述補(bǔ)償量是一補(bǔ)償控制器的輸出，該控制器根據(jù)中點(diǎn)電位波動(dòng)量及其指令值對(duì)三電平電力變換器的中點(diǎn)電位的平衡進(jìn)行控制；在應(yīng)用所述補(bǔ)償量對(duì)所述調(diào)制電壓號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償前，還需做如下限幅處理:-l+max (I V’3x I，|V’3y|, |V’3z|) ^ Δ Vcmp ^ l+max(|V’3J, |v’3y|，|v’3z|);所述補(bǔ)償控制器為一pi控制器，且其I作用輸出在經(jīng)如下限幅后再與p作用的輸出作和運(yùn)算，并將所得到的和作為PI控制器的最后輸出:-l+max(|V’3x|，|V’3y|，V，J) VcnpI ( l+max(|V，3x|, |V，3y |，|V，J)。
[0007]本發(fā)明可以達(dá)到的有益效果是:
[0008]不需直接計(jì)算小矢量作用時(shí)間即可實(shí)現(xiàn)對(duì)三電平電力變換器中點(diǎn)電位平衡進(jìn)行有效控制、計(jì)算量小、算法簡(jiǎn)單。
【附圖說明】
[0009]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0010]圖1是一種三電平變換器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不意圖；
[0011]圖2是中心對(duì)稱SVPWM時(shí)三電平調(diào)制與兩電平調(diào)制間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0012]圖3是采用了本發(fā)明三電平電力變換器中點(diǎn)電位平衡控制方法的控制系統(tǒng)的三電平電力變換器中點(diǎn)電位平衡控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖4是本發(fā)明的另一實(shí)施例的三電平電力變換器中點(diǎn)電位平衡控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]眾所周知，三電平電力變換器的中點(diǎn)電位平衡控制與其控制策略密切相關(guān)。本實(shí)施例中以文獻(xiàn) 1 (Texas Instrument 公司，編號(hào)為 SPRABS6_0ctober 2012 的 Applicat1nReport)介紹的控制策略為基礎(chǔ)對(duì)本發(fā)明的中點(diǎn)電位平衡控制方法進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明的中點(diǎn)電位平衡控制方法的應(yīng)用并不局限于該控制策略，自然文獻(xiàn)1中的控制策略不能構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍的限定。
[0015]文獻(xiàn)1詳細(xì)介紹了一種基于映射矢量的零矢量遷移的三電平電力變換器調(diào)制策略，該策略利用映射矢量將三電平電力變換器的調(diào)制問題轉(zhuǎn)換為常規(guī)的兩電平變換器的調(diào)制問題，然后再利用成熟的兩電平空間矢量調(diào)制策略進(jìn)行SVPWM(空間矢量脈寬調(diào)制，SpaceVector Pulse Width Modulat1n)，最終得到三電平電力變換器調(diào)制策略。在該調(diào)制策略中，三電平電力變換器的期望輸出電壓信號(hào)(Vx、Vy、Vz)被映射矢量(V_)轉(zhuǎn)換為常規(guī)的兩電平調(diào)制電壓信號(hào)(V’ X、V’ y、V’ z)，之后再根據(jù)調(diào)制電壓信號(hào)(V’ X、V’ y、V’ z)生成兩電平變換器的空間矢量調(diào)制用開關(guān)信號(hào)，最后根據(jù)兩電平變換器的開關(guān)信號(hào)和三電平電力變換器的開關(guān)信號(hào)間的關(guān)系得到最終的三電平電力變換器的開關(guān)信號(hào)，詳見文獻(xiàn)1。當(dāng)然，對(duì)于調(diào)制電壓信號(hào)(V’ x、v’ y、r z)的生成，還可以采用其它不同于文獻(xiàn)1的方法。對(duì)于兩電平變換器的開關(guān)信號(hào)，利用公式進(jìn)行直接計(jì)算自然是最為直接的方式，但其計(jì)算復(fù)雜、計(jì)算量大。為了減小微處理器的計(jì)算負(fù)荷，可以采用與公式計(jì)算等效的諧波注入法，即在調(diào)制電壓信號(hào)(V’ x、V’ y、V’ z)基礎(chǔ)上注入適當(dāng)?shù)?次諧波信號(hào)得到馬鞍形調(diào)制電壓信號(hào)(V’ 3x、V’ 3y、V’ 3z)，利用得到的馬鞍形調(diào)制電壓信號(hào)(V’ 3x、V’ 3y、V’ 3z)與三角載波進(jìn)行比較，可以得到與公式計(jì)算法等效的SVPWM開關(guān)信號(hào)，詳見相關(guān)文獻(xiàn)資料。
[0016]圖1所示是一三電平電力變換器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖中，P、0和N分別是三電平電力變換器直流側(cè)的正端、直流電容中間點(diǎn)和負(fù)端。三電平變換器正常運(yùn)行中點(diǎn)電位無波動(dòng)時(shí)，其P端的電位vp = 0.5Vd。、0端的電位V。= 0、N端的電位VN =— 0.5Vd。。三電平電力變換器的中點(diǎn)電位平衡控制就是通過控制保證0點(diǎn)電位維持在Ρ、N間電位的中間點(diǎn)，即保證P和0間的電壓VP。與0和N間的電壓ν_相等。
[0017]下面詳細(xì)介紹在已得到了馬鞍形調(diào)制電壓信號(hào)(V’ 3x、V’ 3y、V’ 3z)的情況下如何根據(jù)三電平電力變換器的中點(diǎn)電位偏移量Λ V。來生成中點(diǎn)電位偏移補(bǔ)償量Λ Vcnp來對(duì)馬鞍形調(diào)制電壓信號(hào)(V’ 3x、V’ 3y、V’ 3z)進(jìn)行補(bǔ)償。
[0018]實(shí)施例一
[0019]對(duì)圖1所示的三電平電力變換器的電壓VP。和/電壓V?進(jìn)行檢測(cè)，然后根據(jù)下式計(jì)算中點(diǎn)電壓偏移量Λ V。:
[0020]將三電平中點(diǎn)電位的波動(dòng)Λ V。定義為:
[0021]Δν0 = (Vp0-V0N)/2(1)
[0022]式中，VP。和VQN分別是三電平電力變換器P和0間的電壓VP。以及0和N間的電壓Von的檢測(cè)值。
[0023]VP。、ν0Ν,Δ V。以及直流母線電壓Vd。間滿足如下關(guān)系式:
[0024]Δ V0 = VPO-0.5Vdc(2)
[0025]Δ V0 = VON+0.5Vdc(3)
[0026]由式(1)-(3)可知，為了計(jì)算中點(diǎn)電位波動(dòng)量Λ V。，只需對(duì)VP。和V.中的一個(gè)進(jìn)行檢測(cè)即可，當(dāng)同時(shí)檢測(cè)Vp。和ν_時(shí)，可以利用檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行相互校驗(yàn)。
[0027]在應(yīng)用上述公式(1)-(3)計(jì)算出中點(diǎn)電位波動(dòng)量Λ V。后，補(bǔ)償量計(jì)算單元根據(jù)中點(diǎn)電位波動(dòng)量Λ V。按照下式計(jì)算補(bǔ)償量Λ Vcnp:
[0028]Δ Vcnp = (Cdc X Λ V。)