一種二極管鉗位型五電平逆變器均壓控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種二極管鉗位型五電平逆變器均壓控制方法，該方法利用內(nèi)六邊形6個有效矢量4種冗余狀態(tài)對電容電壓的調(diào)節(jié)能力，以內(nèi)六邊形的6個頂點(diǎn)為中心將五電平矢量圖分解為6個兩電平矢量圖，并通過區(qū)域劃分得到12個三角形區(qū)域，然后在每個三角形區(qū)域找出16個矢量序列并將其分為4組，最后根據(jù)矢量序列選擇規(guī)則選擇最佳矢量序列控制直流側(cè)電容電壓。該方法實(shí)現(xiàn)了二極管鉗位型五電平逆變器在高調(diào)制比時(shí)直流側(cè)電容電壓的平衡控制，算法不受逆變器功率因數(shù)的影響。
【專利說明】一種二極管鉗位型五電平逆變器均壓控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二極管鉗位型五電平逆變器均壓控制方法，屬于電力電子領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在高壓大容量電力電子應(yīng)用方面，多電平變換器技術(shù)與兩電平變換器相比具有電壓等級更高、電壓畸變率低、開關(guān)損耗小等優(yōu)點(diǎn)，因此在高壓電機(jī)調(diào)速、靜止無功補(bǔ)償、新型直流輸電以及分布式發(fā)電等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。基本的多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)歸納起來有3種:H橋級聯(lián)型、二極管鉗位型和飛跨電容性。其中二極管鉗位型多電平逆變器由于結(jié)構(gòu)簡單，無需復(fù)雜移相變壓器而更具有應(yīng)用前景。
[0003]二極管鉗位型多電平存在的主要問題是直流側(cè)電容電壓不均衡，一個奇數(shù)次多電平會逐漸退變?yōu)槿娖?，而偶?shù)次多電平會退變?yōu)閮呻娖?。其中二極管鉗位型三電平變換器的電容均壓研究已經(jīng)相當(dāng)成熟，利用冗余小矢量對中點(diǎn)電流的互補(bǔ)作用以及虛擬空間矢量方法等，而更高電平數(shù)的鉗位型多電平直流側(cè)電容電壓平衡目前還沒有成熟的方案。
[0004]二極管鉗位型五電平逆變器矢量圖由4個六邊形中心嵌套組成，內(nèi)層六邊形含有6個有效矢量，每個矢量有4種冗余狀態(tài)，而越外層六邊形冗余矢量個數(shù)越少，其中最外層六邊形的冗余矢量個數(shù)為零。當(dāng)調(diào)制比較小時(shí)，傳統(tǒng)基于目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化最近三矢量SVM均壓方法利用內(nèi)兩層六邊形數(shù)量眾多的冗余矢量進(jìn)行均壓，而隨著調(diào)制比的增大，冗余矢量個數(shù)減少，算法對直流側(cè)電容電壓的控制變差，表現(xiàn)為調(diào)制比越高，功率因數(shù)越小，當(dāng)調(diào)制比接近I時(shí)，逆變器幾乎不能進(jìn)行有功功率的輸出，極大地限制了二極管鉗位型五電平逆變器的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明提出一種二極管鉗位型五電平逆變器均壓控制方法，實(shí)現(xiàn)了二極管鉗位型五電平逆變器在高調(diào)制比情況下直流側(cè)電容電壓地平衡控制。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種二極管鉗位型五電平逆變器均壓控制方法，包括以下步驟:
[0007]I)對三相五電平矢量圖進(jìn)行分解，劃分成多個兩電平矢量圖和多個三角形區(qū)域，并將參考矢量轉(zhuǎn)換到兩電平矢量圖中；
[0008]2)在每個三角形區(qū)域中找出多個矢量序列，并根據(jù)矢量序列的起始矢量將其分組；
[0009]3)根據(jù)電容充放電控制規(guī)律、電容電壓狀態(tài)以及矢量序列組別，得到矢量序列的選擇規(guī)則。
[0010]作為本發(fā)明的又一種改進(jìn)，所述步驟I)包括以下步驟:
[0011]I)以內(nèi)六邊形的6個頂點(diǎn)為中心將五電平矢量圖分解為6個兩電平矢量圖，通過區(qū)域劃分得到12個三角形區(qū)域；
[0012]2)根據(jù)參考矢量頂點(diǎn)的位置，判斷參考矢量所在三角形區(qū)域，通過變換求出兩電平矢量圖新參考矢量。
[0013]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟2)包括以下步驟:
[0014]I)在每個三角形區(qū)域找出16個矢量序列，要求矢量序列在一個開關(guān)周期內(nèi)最多動作兩次；
[0015]2)根據(jù)矢量序列的起始矢量將16個矢量序列分為4組。
[0016]作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)，所述步驟3)包括以下步驟:
[0017]I)由二極管鉗位型五電平逆變器對輸出電平切換要求，判斷選擇矢量序列的組別；
[0018]2)判斷控制電流的極性確定對電容的充放電控制；
[0019]3)根據(jù)電容電壓確定電容電壓的狀態(tài)；
[0020]4)根據(jù)電容充放電控制規(guī)律、電容電壓狀態(tài)以及矢量序列組別，得到矢量序列的選擇規(guī)則。
[0021 ] 有益效果:本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了 二極管鉗位型五電平逆變器在高調(diào)制比時(shí)直流側(cè)電容電壓的平衡控制，算法不受功率因數(shù)的影響。算法僅需進(jìn)行簡單的邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)簡單，消耗的時(shí)間少。本發(fā)明所提出的控制方法還具有良好的動態(tài)性能，電容電壓紋波小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為現(xiàn)有改進(jìn)型二極管鉗位型五電平主電路拓?fù)洌?br> [0023]圖2為三相五電平逆變器矢量圖；
[0024]圖3為冗余矢量主電路工作情況；
[0025]圖4為扇區(qū)I矢量分解；
[0026]圖5為區(qū)間劃分與三角形分布；
[0027]圖6為第一三角形矢量分布；
[0028]圖7為矢量序列對應(yīng)的驅(qū)動信號；
[0029]圖8為M=0.93情況下的仿真波形；
[0030]圖9為M=0.93情況下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等同形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0032]改進(jìn)的二極管鉗位型五電平主電路拓?fù)淙鐖D1所示。直流側(cè)由第一至第四電容器Cl?C4串聯(lián)構(gòu)成5級電平，其中Rp為輔助均壓電阻，吸收電阻Rs、吸收二極管Ds和吸收電容Cs構(gòu)成RCD吸收電路。逆變器的輸出Vxo (x=a，b，c)可以有5種電平(_2E，E，0，E，2E)，對應(yīng)5種不同的工作狀態(tài)(O，I，2，3，4)。三相五電平逆變器有125個矢量，如圖2矢量圖所示，其中61個有效矢量，剩余的為冗余矢量。
[0033]考察圖2矢量圖中內(nèi)層六邊形頂點(diǎn)的6個有效矢量，以帶圈的頂點(diǎn)為頂點(diǎn)1，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)依次為頂點(diǎn)2?6。以頂點(diǎn)I為例，4種冗余狀態(tài)分別為(100)、(211)、(322)和(433)，其對應(yīng)的主電路工作情況如圖3所示。通過分析可知，矢量(100)三相輸出通過第一電容Cl構(gòu)成回路，且與第二電容C2至第四電容C4無關(guān)，矢量(211)通過第二電容C2進(jìn)行能量交換，而矢量(322)通過第三電容C3進(jìn)行能量交換，最后矢量(433)通過第四電容C4構(gòu)成回路，并且流過電容器的電流均為ia，如ia > O則對電容放電，反之則對電容充電。因此，通過判斷ia的極性然后選擇合適的冗余矢量即可實(shí)現(xiàn)對直流側(cè)電容電壓的控制。結(jié)合內(nèi)六邊形的另外5個有效矢量，得控制規(guī)律如表1所示。
[0034]為了利用內(nèi)六邊形冗余矢量對電容電壓的調(diào)節(jié)能力，以內(nèi)六邊形的6個頂點(diǎn)為中心對5L-DCC矢量圖進(jìn)行分解得到6個兩電平矢量圖，然后將參考矢量變換到新的兩電平矢量圖進(jìn)行計(jì)算。圖4為五電平逆變器矢量圖在扇區(qū)I的分解情況，以頂點(diǎn)I和2為中心分別得到圖4(a)和(b)所示兩個兩電平矢量圖。此時(shí)第一三角形(I)和第二三角形(2)在扇區(qū)I存在三角形CEF重疊部分，如圖5(a)所示?？紤]對稱性，通過中分線ON進(jìn)行劃分，ON右下區(qū)域OlANC劃分為第一三角形(1)，而ON左上區(qū)域02BNC劃分為第二三角形(2)。對扇區(qū)II~VI進(jìn)行同樣的分解劃分，得到12個三角形區(qū)域的分布圖，如圖5(b)所示。
[0035]表1
【權(quán)利要求】
1.一種二極管鉗位型五電平逆變器均壓控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)對三相五電平矢量圖進(jìn)行分解，劃分成多個兩電平矢量圖和多個三角形區(qū)域，并將參考矢量轉(zhuǎn)換到兩電平矢量圖中； 2)在每個三角形區(qū)域中找出多個矢量序列，并根據(jù)矢量序列的起始矢量將其分組； 3)根據(jù)電容充放電控制規(guī)律、電容電壓狀態(tài)以及矢量序列組別，得到矢量序列的選擇規(guī)則。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管鉗位型五電平逆變器均壓控制方法，其特征在于，所述步驟I)包括以下步驟: O以內(nèi)六邊形的6個頂點(diǎn)為中心將五電平矢量圖分解為6個兩電平矢量圖，通過區(qū)域劃分得到12個三角形區(qū)域； 2)根據(jù)參考矢量頂點(diǎn)的位置，判斷參考矢量所在三角形區(qū)域，通過變換求出兩電平矢量圖新參考矢量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管鉗位型五電平逆變器均壓控制方法，其特征在于，所述步驟2)包括以下步驟: 1)在每個三角形區(qū)域找出16個矢量序列，要求矢量序列在一個開關(guān)周期內(nèi)最多動作兩次； 2)根據(jù)矢量序列的起始矢量將16個矢量序列分為4組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管鉗位型五電平逆變器均壓控制方法，其特征在于，所述步驟3)包括以下步驟: O由二極管鉗位型五電平逆變器對輸出電平切換要求，判斷選擇矢量序列的組別； 2)判斷控制電流的極性確定對電容的充放電控制； 3)根據(jù)電容電壓確定電容電壓的狀態(tài)； 4)根據(jù)電容充放電控制規(guī)律、電容電壓狀態(tài)以及矢量序列組別，得到矢量序列的選擇規(guī)則。
【文檔編號】H02M7/487GK103516245SQ201310305421
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月19日
【發(fā)明者】趙劍鋒, 趙志宏, 張波, 彭倬 申請人:東南大學(xué), 深圳市英威騰電氣股份有限公司