專利名稱：一種三電平變換中點(diǎn)平衡控制裝置及三電平變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力電子領(lǐng)域，尤其涉及一種三電平變換中點(diǎn)平衡控制裝置及三電平變換器。
背景技術(shù)：
近年來，人們對電力電子裝置的電壓等級和功率等級的要求不斷提高，三電平變換器作為順應(yīng)這一潮流的解決方案受到越來越多的關(guān)注。由于三電平變換器必須采用正負(fù)母線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而控制該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的中點(diǎn)平衡，即保持三電平變換中點(diǎn)兩側(cè)的正、負(fù)母線電容的電壓平衡卻一直是個(gè)難點(diǎn)。目前現(xiàn)有的控制結(jié)構(gòu)大部分采用通過空間矢量控制的控制結(jié)構(gòu)控制三電平變換中點(diǎn)平衡，但是，這種結(jié)構(gòu)在微調(diào)時(shí)，實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜，調(diào)試極為不便，不利于廣泛推廣。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型實(shí)施例的目的在于提供一種三電平變換中點(diǎn)平衡控制裝置，旨在解決現(xiàn)有三電平變換中點(diǎn)平衡控制復(fù)雜，調(diào)試不便的問題。本實(shí)用新型實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種三電平變換中點(diǎn)平衡控制裝置，與三電平變換單元連接，所述裝置包括用于獲取三電平變換的輸出電流的電流獲取單元，所述電流獲取單元的輸入端與所述三電平變換單元的電流輸出端連接；用于檢測三電平變換中點(diǎn)上的電壓偏差的中點(diǎn)電壓檢測單元，所述中點(diǎn)電壓檢測單元的輸入端與所述三電平變換單元的中點(diǎn)檢測端連接；用于對所述電壓偏差進(jìn)行積分控制處理，生成控制量的積分控制單元，所述積分控制單元的輸入端與所述中點(diǎn)電壓檢測單元的輸出端連接；用于根據(jù)所述輸出電流和所述控制量對所述三電平載波調(diào)制信號進(jìn)行微調(diào)，以控制三電平中點(diǎn)平衡的脈寬控制單元，所述脈寬控制單元的第一輸入端與所述電流獲取單元的輸出端連接，所述脈寬控制單元的第二輸入端與所述積分控制單元的輸出端連接。進(jìn)一步地，所述中點(diǎn)電壓檢測單元包括用于分別檢測三電平變換中點(diǎn)兩側(cè)的正母線電容的電壓和負(fù)母線電容上的電壓的電壓檢測模塊，所述電壓檢測模塊的輸入端為所述中點(diǎn)電壓檢測單元的輸入端；用于根據(jù)所述正母線電容上的電壓和所述負(fù)母線電容上的電壓生成三電平變換中點(diǎn)上的電壓偏差的計(jì)算模塊，所述計(jì)算模塊的輸入端與所述電壓檢測模塊的輸出端連接，所述計(jì)算模塊的輸出端為所述中點(diǎn)電壓檢測單元的輸出端。進(jìn)一步地，所述脈寬控制單元包括用于判斷所述輸出電流的方向的電流判斷模塊，所述電流判斷模塊的輸入端為所述脈寬控制單元的第一輸入端；用于根據(jù)所述輸出電流的方向和所述控制量進(jìn)行電壓補(bǔ)償，生成三電平補(bǔ)償電壓的電壓補(bǔ)償模塊，所述電壓補(bǔ)償模塊的第一輸入端與所述電流判斷模塊的輸出端連接，所述電壓補(bǔ)償模塊的第二輸入端為所述脈寬控制單元的第二輸入端；用于根據(jù)所述三電平補(bǔ)償電壓對所述三電平載波調(diào)制信號進(jìn)行微調(diào)，以控制三電平中點(diǎn)平衡的微調(diào)模塊，所述微調(diào)模塊的輸入端與所述電壓補(bǔ)償模塊的輸出端連接。進(jìn)一步地，所述微調(diào)模塊將所述三電平補(bǔ)償電壓基于載波脈寬調(diào)制分配對所述三電平載波調(diào)制信號進(jìn)行微調(diào)。本實(shí)用新型實(shí)施例的另一目的在于提供一種包括上述三電平變換中點(diǎn)平衡控制裝置的三電平變換器。本實(shí)用新型實(shí)施例通過對檢測到的三電平變換中點(diǎn)上電壓偏差進(jìn)行積分控制處理生成控制量，并根據(jù)該控制量直接對三電平載波調(diào)制信號進(jìn)行微調(diào)，迅速抑制三電平變換中點(diǎn)的電壓偏差，保持三電平變換中點(diǎn)平衡，從而保證了三電平拓?fù)潆娐返姆€(wěn)定性，該裝置控制簡單，容易實(shí)現(xiàn)，不受電壓偏差大小的限制，均可以迅速有效地控制，有利于廣泛推

圖1為現(xiàn)有三電平變換單元中點(diǎn)位置結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的三電平變換中點(diǎn)平衡控制裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的三電平變換中點(diǎn)平衡控制裝置的優(yōu)選結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。本實(shí)用新型實(shí)施例通過對檢測到的三電平變換中點(diǎn)上電壓偏差進(jìn)行積分控制處理生成控制量，并根據(jù)該控制量直接對三電平載波調(diào)制信號進(jìn)行微調(diào)，迅速抑制三電平變換中點(diǎn)的電壓偏差，保持三電平變換中點(diǎn)平衡。圖2示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的三電平變換中點(diǎn)平衡控制裝置的結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本實(shí)用新型實(shí)施例相關(guān)的部分。作為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的三電平變換中點(diǎn)平衡控制裝置可應(yīng)用于任何類型的三電平變換器中。作為本實(shí)用新型一實(shí)施例，該三電平變換中點(diǎn)平衡控制裝置與三電平變換單元6連接，包括電流獲取單元51，該電流獲取單元51的輸入端與三電平變換單元6的電流輸出端連接，用于獲取三電平變換的輸出電流；在本實(shí)用新型實(shí)施例中，通過檢測三電平轉(zhuǎn)換單元1輸出的三個(gè)方向的電流Ia、Ib、I。獲取輸出電流，參見圖1。中點(diǎn)電壓檢測單元52，該中點(diǎn)電壓檢測單元52的輸入端與三電平變換單元6的中點(diǎn)檢測端連接，用于檢測三電平變換中點(diǎn)上的電壓偏差；積分控制單元53，該積分控制單元53的輸入端與中點(diǎn)電壓檢測單元52的輸出端連接，用于對電壓偏差進(jìn)行積分控制處理，生成控制量；在本實(shí)用新型實(shí)施例中，將檢測到的三電平變換單元1中的正、負(fù)母線上的兩個(gè)電容CBUSP、Cbusn上的電壓偏差Ubus進(jìn)行積分控制，生成控制量A^tol，其積分表達(dá)式為ΔUctrl = ki ‘ ΔUbus+k2 ‘ f AWxis，其中 K1、K2 為比例系數(shù)。脈寬控制單元Μ，該脈寬控制單元M的第一輸入端與電流獲取單元51的輸出端連接，脈寬控制單元討的第二輸入端與積分控制單元53的輸出端連接，脈寬控制單元M的輸出端與三電平變換單元6的PWM信號控制端連接，用于根據(jù)輸出電流和控制量對三電平載波調(diào)制(Carrier based Pulse Width Modulation，CBPWM)信號進(jìn)行微調(diào)，以控制三電平中點(diǎn)平衡。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，根據(jù)輸出電流和控制量調(diào)節(jié)三電平載波調(diào)制信號的占空比以及頻率等參數(shù)，進(jìn)而控制三電平轉(zhuǎn)換單元1中相應(yīng)開關(guān)管的通斷時(shí)間的變化，使正、負(fù)母線電容CBUSP、Cbusn上的電壓相應(yīng)變化，實(shí)現(xiàn)三相電中點(diǎn)G的平衡控制。本實(shí)用新型實(shí)施例通過對檢測到的三電平變換中點(diǎn)上電壓偏差進(jìn)行積分控制處理生成控制量，并根據(jù)該控制量直接進(jìn)行三電平載波調(diào)制信號微調(diào)，能夠迅速抑制三電平變換中點(diǎn)的電壓偏差，保持三電平變換中點(diǎn)平衡，從而保證了三電平拓?fù)潆娐返姆€(wěn)定性。該裝置無論電壓偏差大、小，均可以迅速有效地控制，并且裝置結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，有利于廣泛推廣。以下結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)說明。圖3示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的三電平變換中點(diǎn)平衡控制裝置的優(yōu)選結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本實(shí)用新型實(shí)施例相關(guān)的部分。作為本實(shí)用新型一實(shí)施例，中點(diǎn)電壓檢測單元52包括電壓檢測模塊521，該電壓檢測模塊521的輸入端為中點(diǎn)電壓檢測單元52的輸入端，用于分別檢測三電平變換中點(diǎn)兩側(cè)的正母線電容的電壓和負(fù)母線電容上的電壓；計(jì)算模塊522，該計(jì)算模塊522的輸入端與電壓檢測模塊521的輸出端連接，計(jì)算模塊522的輸出端為中點(diǎn)電壓檢測單元52的輸出端，用于根據(jù)正母線電容上的電壓和負(fù)母線電容上的電壓生成三電平變換中點(diǎn)上的電壓偏差。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，可以通過分別檢測正、負(fù)母線電容的電壓計(jì)算三電平變換中點(diǎn)的電壓偏差，該裝置結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡單，可操作性強(qiáng)。作為本實(shí)用新型一實(shí)施例，脈寬控制單元M包括電流判斷模塊Ml，該電流判斷模塊Ml的輸入端為脈寬控制單元M的第一輸入端，用于判斷輸出電流的方向；電壓補(bǔ)償模塊M2，該電壓補(bǔ)償模塊542的第一輸入端與電流判斷模塊Ml的輸出端連接，電壓補(bǔ)償模塊542的第二輸入端為脈寬控制單元M的第二輸入端，用于根據(jù)輸出電流的方向和控制量進(jìn)行電壓補(bǔ)償，生成三電平補(bǔ)償電壓；在本實(shí)用新型實(shí)施例中，分別判斷電流Ia、Ib、Ic的方向，從而在三相電壓輸出Ua、Ub、U。的基礎(chǔ)上通過判斷疊加控制量Δυ—進(jìn)行電壓補(bǔ)償，得到補(bǔ)償電壓Ua'、Ub'、Uc'。例如，當(dāng)fe > = 0時(shí)，判斷電流Ia的方向，并通過公式Ua ‘=Ua+sign(ia) · AUetel計(jì)算補(bǔ)償電壓fe'，當(dāng)fe < 0時(shí)，判斷電流Ia的方向，并通過公式Ua' =Ua-Sign(ia) · AUetel計(jì)算補(bǔ)償電壓fe'，同理得到補(bǔ)償電壓Ub' ,Uc'。[0047]微調(diào)模塊M3，該微調(diào)模塊543的輸入端與電壓補(bǔ)償模塊542的輸出端連接，用于根據(jù)三電平補(bǔ)償電壓對PWM信號進(jìn)行微調(diào)，以控制三電平中點(diǎn)平衡。作為本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例，微調(diào)模塊543將三電平補(bǔ)償電壓基于載波脈寬調(diào)制分配對PWM信號進(jìn)行微調(diào)。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，將三電平補(bǔ)償電壓fe'、Ub'、Uc'基于載波脈寬調(diào)制分配對三電平載波調(diào)制(CBPWM)信號進(jìn)行微調(diào)，例如當(dāng)三電平變換中點(diǎn)上的電壓偏差為正值時(shí)，降低三相三電平載波調(diào)制信號的占空比，以減少開關(guān)管Ql至開關(guān)管Q12的導(dǎo)通時(shí)間，降低正母線電容在正半周期的功率分配，當(dāng)三電平變換中點(diǎn)上的電壓偏差為負(fù)值時(shí)，增加三相三電平載波調(diào)制信號的占空比，以增加開關(guān)管Ql至開關(guān)管Q12的導(dǎo)通時(shí)間，增加負(fù)母線電容在負(fù)半周期的功率分配，從而達(dá)到三電平變換中點(diǎn)電壓平衡，迅速抑制了三電平變換中點(diǎn)的電壓偏差。該功率調(diào)節(jié)僅對正、負(fù)周期的能量重新分配，并不改變其總功率。該裝置結(jié)構(gòu)不受電壓偏差大、小范圍的限制，對于任何電壓偏差均可以迅速有效地控制。本實(shí)用新型實(shí)施例通過對檢測到的三電平變換中點(diǎn)上電壓偏差進(jìn)行積分控制處理生成控制量，根據(jù)該控制量基于載波脈寬調(diào)制分配直接對三電平載波調(diào)制信號進(jìn)行微調(diào)，迅速抑制了三電平變換中點(diǎn)的電壓偏差，保持三電平變換中點(diǎn)平衡，該裝置結(jié)構(gòu)無論電壓偏差大、小，均可以迅速有效地控制，并且結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，調(diào)試極為方便，有利于廣泛推廣。以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種三電平變換中點(diǎn)平衡控制裝置，與三電平變換單元連接，其特征在于，所述裝置包括用于獲取三電平變換的輸出電流的電流獲取單元，所述電流獲取單元的輸入端與所述三電平變換單元的電流輸出端連接；用于檢測三電平變換中點(diǎn)上的電壓偏差的中點(diǎn)電壓檢測單元，所述中點(diǎn)電壓檢測單元的輸入端與所述三電平變換單元的中點(diǎn)檢測端連接；用于對所述電壓偏差進(jìn)行積分控制處理，生成控制量的積分控制單元，所述積分控制單元的輸入端與所述中點(diǎn)電壓檢測單元的輸出端連接；用于根據(jù)所述輸出電流和所述控制量對所述三電平載波調(diào)制信號進(jìn)行微調(diào)，以控制三電平中點(diǎn)平衡的脈寬控制單元，所述脈寬控制單元的第一輸入端與所述電流獲取單元的輸出端連接，所述脈寬控制單元的第二輸入端與所述積分控制單元的輸出端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述中點(diǎn)電壓檢測單元包括用于分別檢測三電平變換中點(diǎn)兩側(cè)的正母線電容的電壓和負(fù)母線電容上的電壓的電壓檢測模塊，所述電壓檢測模塊的輸入端為所述中點(diǎn)電壓檢測單元的輸入端；用于根據(jù)所述正母線電容上的電壓和所述負(fù)母線電容上的電壓生成三電平變換中點(diǎn)上的電壓偏差的計(jì)算模塊，所述計(jì)算模塊的輸入端與所述電壓檢測模塊的輸出端連接，所述計(jì)算模塊的輸出端為所述中點(diǎn)電壓檢測單元的輸出端。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述脈寬控制單元包括用于判斷所述輸出電流的方向的電流判斷模塊，所述電流判斷模塊的輸入端為所述脈寬控制單元的第一輸入端；用于根據(jù)所述輸出電流的方向和所述控制量進(jìn)行電壓補(bǔ)償，生成三電平補(bǔ)償電壓的電壓補(bǔ)償模塊，所述電壓補(bǔ)償模塊的第一輸入端與所述電流判斷模塊的輸出端連接，所述電壓補(bǔ)償模塊的第二輸入端為所述脈寬控制單元的第二輸入端；用于根據(jù)所述三電平補(bǔ)償電壓對所述三電平載波調(diào)制信號進(jìn)行微調(diào)，以控制三電平中點(diǎn)平衡的微調(diào)模塊，所述微調(diào)模塊的輸入端與所述電壓補(bǔ)償模塊的輸出端連接。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述微調(diào)模塊將所述三電平補(bǔ)償電壓基于載波脈寬調(diào)制分配對所述三電平載波調(diào)制信號進(jìn)行微調(diào)。
5.一種三電平變換器，其特征在于，所述三電平變換器的三電平變換中點(diǎn)平衡控制裝置為如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的裝置。
專利摘要本實(shí)用新型適用于電力電子領(lǐng)域，提供了一種三電平變換中點(diǎn)平衡控制裝置及三電平變換器，所述裝置與三電平變換單元連接，包括電流獲取單元，其輸入端與三電平變換單元的電流輸出端連接；中點(diǎn)電壓檢測單元，其輸入端與三電平變換單元的中點(diǎn)檢測端連接；積分控制單元，其輸入端與中點(diǎn)電壓檢測單元的輸出端連接；脈寬控制單元，其第一輸入端與電流獲取單元的輸出端連接，其第二輸入端與積分控制單元的輸出端連接。本實(shí)用新型實(shí)施例通過對檢測到的三電平變換中點(diǎn)上電壓偏差進(jìn)行積分控制處理生成控制量，并根據(jù)該控制量直接對三電平載波調(diào)制信號進(jìn)行微調(diào)，能夠迅速抑制三電平變換中點(diǎn)的大、小電壓偏差，保證三電平拓?fù)潆娐返姆€(wěn)定性。
文檔編號H02M5/00GK202334317SQ20112047399
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者丁永強(qiáng), 王進(jìn) 申請人:深圳古瑞瓦特新能源有限公司