專利名稱：一種五電平逆變電路的電容均壓控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種五電平逆變電路的電容均壓控制方法，更具體的說(shuō)，尤其涉及一種采用重疊載波和在調(diào)制波中加入零序分量的五電平逆變電路的電容均壓控制方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)快速發(fā)展，高電壓等級(jí)的產(chǎn)品需求越來(lái)越多，箝位式多電平電路應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但這些電路拓?fù)湓趹?yīng)用中存在電容電壓的不均壓?jiǎn)栴}，這一缺點(diǎn)限制了它在實(shí)際中的應(yīng)用。例如專利號(hào)為201110037930.0、申請(qǐng)日為2011.01.28的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)文件中公開(kāi)了“一種五電平電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)”，文件中還具體的公開(kāi)了由五電平電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所組成的三相逆變電路的原理圖(該文件中說(shuō)明書(shū)附圖的圖3)，但并沒(méi)有給出具體的控制方式。如本申請(qǐng)文件的說(shuō)明書(shū)附圖3所示，給出了現(xiàn)有的五電平PWM調(diào)制方式中的載波的波形圖，其為四路同頻同幅的四路三角波，且兩兩不同的載波之間沒(méi)有數(shù)值的重疊；采用這種形式的載波控制的存在較大的缺點(diǎn)，電容電壓會(huì)出現(xiàn)不均壓，其具體的應(yīng)用在專利號(hào)為 201110079882. 1、申請(qǐng)日為2011. 03. 31、發(fā)明名稱為“一種全數(shù)字化五電平逆變器SPWM控制方法”的專利文件中得到了較為充分的公開(kāi)，由該文件的說(shuō)明書(shū)附圖3以及具體實(shí)施方式
的相應(yīng)部分的描述可知，四路載波信號(hào)與調(diào)制信號(hào)相比后輸入到相應(yīng)的控制端，實(shí)現(xiàn)不同電平的輸出。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問(wèn)題的缺點(diǎn)，提供了一種采用重疊載波和在調(diào)制波中加入零序分量的五電平逆變電路的電容均壓控制方法。
本發(fā)明的五電平逆變電路的電容均壓控制方法，所述五電平逆變電路包括相互串聯(lián)用于與直流電源相連接的四個(gè)等值電容(Cl、C2、C3、C4)以及由三個(gè)單橋臂逆變電路(1)組成的三相逆變電路，所述單橋臂逆變電路包括依次正向串聯(lián)的八個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件(VI、V2、V3、V4、V6、V7、V8、V9)，相串聯(lián)的八個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件的兩端分別接于電容電路的兩端；其特征在于，所述控制方法包括以下步驟(1).生成四路具有重疊的載波；生成頻率均相等的兩路零上載波(a、b)和兩路零下載波(c、d)，四路載波的頻率大于調(diào)制波，四路載波(a、b、c、d)為軸對(duì)稱波形且在同一時(shí)刻達(dá)到峰值，四路載波(a、b、c、d)的半個(gè)周期內(nèi)的波形由至少三段組成，相鄰兩段波形之間為跳變；載波b的最大值大于載波a的最小值，載波d的最大值大于載波c的最小值；(2).生成零序分量；生成頻率為調(diào)制波3倍的方波信號(hào)，作為零序分量；調(diào)制波為相差依次為120°的三相正弦波；(3). 向調(diào)制波中加入零序分量；在調(diào)制波過(guò)零點(diǎn)加入零序方波信號(hào)；(4).生成控制信號(hào)；將加入零序分量后的調(diào)制波與載波相比較生成控制信號(hào)，調(diào)制波大于載波a時(shí)的信號(hào)用 ^表示，調(diào)制波小于載波a時(shí)用！表示，2與2互為相反的高低電平信號(hào)；調(diào)制波大于載波 b時(shí)的信號(hào)用B表示，調(diào)制波小于載波b時(shí)用5表示，5與5互為相反的高低電平信號(hào)；調(diào)制波大于載波c時(shí)的信號(hào)用C表示，調(diào)制波小于載波c時(shí)用石表示，C 1JC互為相反的高低電平信號(hào)；調(diào)制波大于載波d時(shí)的信號(hào)用Γ表亍，調(diào)制波小于載波d時(shí)用5表示，D與5 互為相反的高低電平信號(hào)；(5).控制信號(hào)輸入；將2與3信號(hào)分別輸入到功率開(kāi)關(guān)器件 Vl和V5的控制端；將B輸入到功率開(kāi)關(guān)器件V2的控制端，B信號(hào)輸入到功率開(kāi)關(guān)器件V6 和V7的控制端；將(輸入到功率開(kāi)關(guān)器件V3和V4的控制端，C信號(hào)輸入到功率開(kāi)關(guān)器件 V8的控制端；將信號(hào)￡)與5分別接到功率開(kāi)關(guān)器件VlO和V9的控制端；進(jìn)而產(chǎn)生五電平信號(hào)。
所述的步驟(1)中生成的四路載波具有取值范圍重疊，增加了調(diào)制波位于載波a 和d外側(cè)的時(shí)間段，這就相當(dāng)于延長(zhǎng)了高低電平的輸出時(shí)間，有效地使得逆變器可以從母線中吸收能量的范圍擴(kuò)展了。步驟(2)和步驟(3)所述的零序分量的生成和加入，有效地實(shí)現(xiàn)了容電壓均壓?jiǎn)栴}，達(dá)到了母線電容的平衡。步驟(4)中通過(guò)調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)在同一時(shí)刻數(shù)值的比較，來(lái)產(chǎn)生控制信號(hào)；步驟(5)為把產(chǎn)生的控制輸入到相應(yīng)功率開(kāi)關(guān)器件的控制端，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)開(kāi)關(guān)器件的控制，進(jìn)而產(chǎn)生五電平交流輸出信號(hào)。
本發(fā)明的五電平逆變電路的電容均壓控制方法，步驟(1)中所述的四路載波(a、 b、c、d)半個(gè)周期內(nèi)的波形均由四段組成；相應(yīng)的半個(gè)周期內(nèi)載波a的上升跳變幅值比例為 90 100 80 100 80 :100 150，載波 b 的上升跳變幅值比例為 100 90 :100 80 :100 80 100，載波c的上升跳變幅值比例為100 80 100 80 :100 90 100，載波d的上升跳變幅值比例為150 100 80 100 80 :100 :90。這種情況下載波a與載波b以及載波c與載波d重疊的區(qū)域比例為550，重疊區(qū)域較大，有效地增加了五電平逆變電路所能輸出的能量范圍。
本發(fā)明的五電平逆變電路的電容均壓控制方法，所述步驟(2)中零序分量的幅值與四個(gè)等值電容((1、02工3、(4)電壓的均值成正比。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的五電平逆變電路的電容均壓控制方法，通過(guò)將載波設(shè)置為分成多段的信號(hào)，并將零上的兩路載波和零下的兩路載波設(shè)置重疊區(qū)域，有效地?cái)U(kuò)展了由其控制的五電平逆變電路的能量輸出范圍；通過(guò)在調(diào)制信號(hào)波中加入頻率為調(diào)制波頻率三倍的零序分量，有效地實(shí)現(xiàn)了母線之間電容電壓的均衡。


圖1為第一種五電平逆變電路的原理示意圖； 圖2為第二種五電平逆變電路的原理示意圖；圖3為現(xiàn)有五電平PWM調(diào)制方式中三角載波的波形圖； 圖4為本發(fā)明中所采用的四路具有重疊的載波的波形圖； 圖5為本發(fā)明中向三相正弦信號(hào)中加入零序分量的原理圖。
圖中1單橋臂逆變電路。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1所示，給出了本發(fā)明中五電平逆變電路的原理圖，其包括四個(gè)起穩(wěn)壓作用的等值電容(Cl、C2、C3、C4)以及三個(gè)單橋臂逆變電路1，所示的每個(gè)單橋臂逆變電路均包括依次正向串聯(lián)的八個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件(Vl、V2、V3、V4、V6、V7、V8、V9 )、四個(gè)依次正向串聯(lián)的二極管(Dl、D2、D3、D4)以及兩個(gè)起箝位作用的功率開(kāi)關(guān)器件(V5、V10)；所示的四個(gè)電容 (C1、C2、C3、C4)依次串聯(lián)后接到直流電源的正負(fù)極上。八個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件依次正向串聯(lián)后的集電極接到直流電源的正極上，發(fā)射極一端接到電源的負(fù)極上；四個(gè)二極管(Dl、D2、D3、 D4)依次正向串聯(lián)后，負(fù)極接到功率開(kāi)關(guān)器件V2與V3之間的連線上，正極接到功率開(kāi)關(guān)器件V8與V9之間的連線上；二極管D2與D3之間連線上的點(diǎn)與電容C2與C3之間連線上的點(diǎn)相連接，這樣就可保證二極管D2與D3之間連線上為零電位狀態(tài)。功率開(kāi)關(guān)器件V5的發(fā)射極與電容Cl與C2之間的連線相連接，集電極與功率開(kāi)關(guān)器件Vl與V2之間的連線相連接；功率開(kāi)關(guān)器件VlO的發(fā)射極與電容C3與C4之間的連線相連接，集電極與功率開(kāi)關(guān)器件 V8與V9之間的連線相連接。圖1中給出了 A、B、C三相逆變電路的示意圖，將以上所述的器件標(biāo)號(hào)的字母與數(shù)字之間加上A、B或C，即為相應(yīng)電路器件和連接關(guān)系的描述。
所示的功率開(kāi)關(guān)器件(VI、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10)均可通過(guò)控制信號(hào)對(duì)基極的控制，來(lái)控制其導(dǎo)通和截止；功率開(kāi)關(guān)器件的發(fā)射極與集電極之間并聯(lián)有反向二極管，使其具有發(fā)擊穿功能，以實(shí)現(xiàn)對(duì)功率開(kāi)關(guān)器件的保護(hù)；其可采用絕緣柵雙極型晶體管 IGBT或集成門極換流晶閘管IGCT。四個(gè)二極管(D1、D2、D3、D4)選取為快恢復(fù)二極管。
如圖3所示，給出了現(xiàn)有五電平PWM調(diào)制方式中三角載波的波形圖，所示的四路三角載波沒(méi)有相互重疊的部分，利用其與調(diào)制波進(jìn)行比較后產(chǎn)生控制信號(hào)并對(duì)相應(yīng)的可控功率器件進(jìn)行控制。但由這種三角載波所產(chǎn)生的控制信號(hào)的缺點(diǎn)是其所控制的逆變器的能量輸出范圍十分有限。
如圖4和圖5所示，分別給出了四路具有重疊的載波的波形圖和三相正弦信號(hào)中加入零序分量的原理圖，下面結(jié)合圖1、圖4、圖5對(duì)本發(fā)明的五電平逆變電路的電容均壓控制方法進(jìn)行具體說(shuō)明，其包括以下步驟(1).生成四路具有重疊的載波；生成頻率均相等的兩路零上載波(a、b)和兩路零下載波(c、d)，四路載波的頻率大于調(diào)制波，四路載波(a、b、c、d)為軸對(duì)稱波形且在同一時(shí)刻達(dá)到峰值，四路載波(a、b、c、d)的半個(gè)周期內(nèi)的波形由至少三段組成，相鄰兩段波形之間為跳變；載波b的最大值大于載波a的最小值，載波d的最大值大于載波c的最小值；如圖4所示給出了一種具體的四路具有重疊的載波的波形圖，所示的每路載波的半個(gè)周期內(nèi)由四段波形組成，相應(yīng)的半個(gè)周期內(nèi)載波a的上升跳變幅值比例為90 100 80 :100 80 :100 :150，載波b的上升跳變幅值比例為100 90 100 80 :100 80 100，載波c的上升跳變幅值比例為 100 80 100 80 100 90 100，載波 d 的上升跳變幅值比例為 150 :100 80 :100 80 :100 90 ；載波采用這種分段的形式，不僅保證了所生成的控制信號(hào)的對(duì)逆變電路控制的穩(wěn)定性， 而且還有效地?cái)U(kuò)展了三相逆變電路能量的輸出范圍，使其可進(jìn)行較大功率的輸出，有利于對(duì)功率較大的負(fù)載進(jìn)行控制；(2).生成零序分量；生成頻率為調(diào)制波3倍的方波信號(hào)，作為零序分量；調(diào)制波為相差依次為120°的三相正弦波；零序分量的幅值與四個(gè)等值電容((1丄2、03、(4)電壓的均值成正比；(3).向調(diào)制波中加入零序分量；在調(diào)制波過(guò)零點(diǎn)加入零序方波信號(hào)；(4).生成控制信號(hào)；將加入零序分量后的調(diào)制波與載波相比較生成控制信號(hào)，調(diào)制波大于載波a時(shí)的信號(hào)用J表示，調(diào)制波小于載波a時(shí)用3表示，2與3互為相反的高低電平信號(hào)；調(diào)制波大于載波b時(shí)的信號(hào)用β表示，調(diào)制波小于載波b時(shí)用5表示，5與5互為相反的高低電平信號(hào)；調(diào)制波大于載波c時(shí)的信號(hào)用表亍，調(diào)制波小于載波c時(shí)用C表示，C與己互為相反的高低電平信號(hào)；調(diào)制波大于載波d時(shí)的信號(hào)用Γ表示，調(diào)制波小于載波d時(shí)用5表示，￡}與5互為相反的高低電平信號(hào)；(5).控制信號(hào)輸入；如圖1或圖2所示，將j與3信號(hào)分別輸入到功率開(kāi)關(guān)器件Vl和 V5的控制端；將5輸入到功率開(kāi)關(guān)器件V2的控制端，B信號(hào)輸入到功率開(kāi)關(guān)器件V6和V7 的控制端；將C輸入到功率開(kāi)關(guān)器件V3和V4的控制端，己信號(hào)輸入到功率開(kāi)關(guān)器件V8的控制端；將信號(hào)￡5與5分別接到功率開(kāi)關(guān)器件VlO和V9的控制端；進(jìn)而產(chǎn)生五電平信號(hào)； 步驟(4)和步驟(5)所描述的為一相調(diào)制波與載波信號(hào)生成的控制信號(hào)，并輸入到一個(gè)單橋臂逆變電路上的連接關(guān)系；三相調(diào)制波與載波進(jìn)行比較運(yùn)算后產(chǎn)生的控制信號(hào)， 對(duì)于圖1所示的五電平逆變電路來(lái)說(shuō)，依照步驟(4)和(5)所述的控制方式分別對(duì)VAl VA10、VB1 VBlO以及VCl VClO進(jìn)行控制。對(duì)于圖2所示的五電平逆變電路來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生的相應(yīng)信號(hào)分別對(duì)Vl V8、Vl V8以及Vl V8進(jìn)行控制。
如圖5所示的本發(fā)明中向三相正弦信號(hào)中加入零序分量的原理圖，可知逆變器可以從母線中吸收能量的范圍得到了擴(kuò)展。
權(quán)利要求
1.一種五電平逆變電路的電容均壓控制方法，所述五電平逆變電路包括相互串聯(lián)用于與直流電源相連接的四個(gè)等值電容(Cl、C2、C3、C4)以及由三個(gè)單橋臂逆變電路(1)組成的三相逆變電路，所述單橋臂逆變電路包括依次正向串聯(lián)的八個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件(V1、V2、V3、 V4、V6、V7、V8、V9)，相串聯(lián)的八個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件的兩端分別接于電容電路的兩端；所述控制方法包括以下步驟(1).生成四路具有重疊的載波；生成頻率均相等的兩路零上載波(a、b)和兩路零下載波(c、d)，四路載波的頻率大于調(diào)制波，四路載波(a、b、c、d)為軸對(duì)稱波形且在同一時(shí)刻達(dá)到峰值，四路載波(a、b、c、d)的半個(gè)周期內(nèi)的波形由至少三段組成，相鄰兩段波形之間為跳變；載波b的最大值大于載波a的最小值，載波d的最大值大于載波c的最小值；(2).生成零序分量；生成頻率為調(diào)制波3倍的方波信號(hào)，作為零序分量；調(diào)制波為相差依次為120°的三相正弦波；(3).向調(diào)制波中加入零序分量；在調(diào)制波過(guò)零點(diǎn)加入零序方波信號(hào)；(4).生成控制信號(hào)；將加入零序分量后的調(diào)制波與載波相比較生成控制信號(hào)，調(diào)制波大于載波a時(shí)的信號(hào)用2表示，調(diào)制波小于載波a時(shí)用2表示，j與3互為相反的高低電平信號(hào)；調(diào)制波大于載波b時(shí)的信號(hào)用表示，調(diào)制波小于載波b時(shí)用5表示，B與5互為相反的高低電平信號(hào)；調(diào)制波大于載波c時(shí)的信號(hào)用表示，調(diào)制波小于載波c時(shí)用己表示，σ與己互為相反的高低電平信號(hào)；調(diào)制波大于載波d時(shí)的信號(hào)用D表示，調(diào)制波小于載波d時(shí)用5表示，D與5互為相反的高低電平信號(hào)；(5).控制信號(hào)輸入；將3與5信號(hào)分別輸入到功率開(kāi)關(guān)器件Vl和V5的控制端；將5 輸入到功率開(kāi)關(guān)器件V2的控制端，B信號(hào)輸入到功率開(kāi)關(guān)器件V6和V7的控制端；將C輸入到功率開(kāi)關(guān)器件V3和V4的控制端，己信號(hào)輸入到功率開(kāi)關(guān)器件V8的控制端；將信號(hào)13與D分別接到功率開(kāi)關(guān)器件VlO和V9的控制端；進(jìn)而產(chǎn)生五電平信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五電平逆變電路的電容均壓控制方法，其特征在于步驟(1) 中所述的四路載波(a、b、c、d)半個(gè)周期內(nèi)的波形均由四段組成；相應(yīng)的半個(gè)周期內(nèi)載波a 的上升跳變幅值比例為90 100 80 100 80 :100 150，載波b的上升跳變幅值比例為100 90 100 80 100 80 100，載波 c 的上升跳變幅值比例為 100 80 :100 80 :100 90 :100，載波d的上升跳變幅值比例為150 100 80 100 80 :100 :90。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的五電平逆變電路的電容均壓控制方法，其特征在于所述步驟(2)中零序分量的幅值與四個(gè)等值電容((1丄2丄3、(4)電壓的均值成正比。
全文摘要
本發(fā)明的五電平逆變電路的電容均壓控制方法，五電平逆變電路包括四個(gè)等值電容和由三個(gè)單橋臂逆變電路組成的三相逆變電路，其特征在于，控制方法包括(1).生成四路具有重疊的載波；(2).生成零序分量；生成頻率為調(diào)制波3倍的方波信號(hào)；(3).向調(diào)制波中加入零序分量；(4).生成控制信號(hào)；(5).控制信號(hào)輸入；進(jìn)而產(chǎn)生五電平信號(hào)。本發(fā)明的電容均壓和能量擴(kuò)展控制方法，通過(guò)將載波設(shè)置為分成多段的信號(hào)，并將零上的兩路載波和零下的兩路載波設(shè)置重疊區(qū)域，有效地?cái)U(kuò)展了由其控制的五電平逆變電路的能量輸出范圍；通過(guò)在調(diào)制信號(hào)波中加入頻率為調(diào)制波頻率三倍的零序分量，有效地實(shí)現(xiàn)了母線之間電容電壓的均衡。
文檔編號(hào)H02M7/5395GK102510230SQ20111035004
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
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