基于混合調(diào)制的多電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于混合調(diào)制的多電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡控制方法。步驟為：在每個控制周期內(nèi)，數(shù)字處理控制模塊的采樣單元檢測多電平逆變器直流母線的中點(diǎn)與正極之間的電容瞬時電壓、直流母線的中點(diǎn)與負(fù)極之間的電容瞬時電壓，并確定該兩個電容瞬時電壓的偏差，經(jīng)脈寬調(diào)制策略切換單元選擇SVPWM或DPWM控制方式工作，由SVPWM/DPWM控制處理單元輸出控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路輸出PWM信號控制多電平逆變器每相橋臂開關(guān)管的工作狀態(tài)，同時控制多電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡。本發(fā)明的控制方法具有降低開關(guān)頻率、減少開關(guān)損耗，輸出電壓、電流諧波小，輸出波形質(zhì)量高且便于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，具有重大的工程應(yīng)用價值。
【專利說明】基于混合調(diào)制的多電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子變換技術(shù)中的控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于混合調(diào)制的多電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的兩電平逆變器的控制方法簡單，實(shí)現(xiàn)容易，但是也存在輸出諧波畸變率高，開關(guān)管承受電壓應(yīng)力大，效率低的缺點(diǎn)。多電平逆變器具有對開關(guān)器件的耐壓等級低、等效開關(guān)頻率高及輸出波形諧波小等優(yōu)點(diǎn)，因而在中高壓大功率變換電路中得到廣泛應(yīng)用。為了產(chǎn)生輸出相電壓中有多種電平，T型或者NPC型逆變器拓?fù)渲卸急仨氂玫絻蓚€直流母線電容。理想情況下，每個電容電壓為直流母線電壓的一半，但實(shí)際情況這兩種拓?fù)涠紩嬖谝粋€共性的問題即中點(diǎn)電壓不平衡。當(dāng)直流側(cè)的兩個電容電壓不相等時，將會增加逆變器橋臂中開關(guān)管的電壓應(yīng)力，輸出電壓存在低頻的脈動(如三次諧波)，增加系統(tǒng)輸出電壓、電流的諧波，影響輸出波形質(zhì)量。
[0003]引起中點(diǎn)電壓不平衡的原因主要有:
[0004]I)由于工藝制造的誤差造成的實(shí)際電容容值偏差；
[0005]2)開關(guān)管的特性不一致；
[0006]3)三相不平衡運(yùn)行。
[0007]為了解決中點(diǎn)電壓不平衡問題，國內(nèi)外學(xué)者提出了很多方法，主要有兩種方法:一種是基于正弦脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)，通過注入零序分量維持中點(diǎn)電壓平衡；另一種是基于空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)，通過調(diào)節(jié)冗余小矢量的作用時間來控制中點(diǎn)電壓。在SPWM方式中，主要通過向三相調(diào)制波中注入零序分量來維持中點(diǎn)電壓平衡。但是零序電壓的運(yùn)算需要技巧，一般是通過“預(yù)估-校驗(yàn)-修正”的方法，運(yùn)算量大且方法復(fù)雜。在SVPWM方式中常用的方法是計(jì)算分配因子，由分配因子決定每對冗余小矢量的相對作用時間。不同的扇區(qū)，不同的三角形內(nèi)，分配因子計(jì)算的公式不一樣；該方式處理復(fù)雜，運(yùn)算量大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)時性好、處理過程簡單且易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的基于混合調(diào)制的多電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡控制方法。
[0009]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種基于混合調(diào)制的多電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡控制方法，在每個控制周期內(nèi)，數(shù)字處理控制模塊的采樣單元檢測多電平逆變器直流母線的中點(diǎn)與正極之間的電容瞬時電壓、直流母線的中點(diǎn)與負(fù)極之間的電容瞬時電壓，并確定該兩個電容瞬時電壓的偏差，經(jīng)脈寬調(diào)制策略切換單元選擇SVPWM或DPWM控制方式工作，由SVPWM/DPWM控制處理單元輸出控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路輸出PWM信號控制多電平逆變器每相橋臂開關(guān)管的工作狀態(tài)，同時控制多電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡，具體方法包括以下步驟:
[0010]步驟1、采樣單元分別采樣多電平逆變器的直流母線電壓、直流母線的中點(diǎn)與正極之間的電容瞬時電壓、直流母線的中點(diǎn)與負(fù)極之間的電容瞬時電壓、多電平逆變器輸出的三相電壓信號以及多電平逆變器輸出的三相電流信號；
[0011]步驟2、脈寬調(diào)制策略切換單元根據(jù)步驟I中所述兩個電容瞬時電壓的偏差信號，選擇SVPWM控制方式或者DPWM控制方式工作；
[0012]步驟3、SVPWM/DPWM控制處理單元根據(jù)步驟I中采樣單元輸出的三相電壓信號與三相電流信號、直流母線電壓信號、以及步驟2中選擇的控制方式，確定當(dāng)前開關(guān)周期內(nèi)多電平逆變器的每相橋臂開關(guān)管的控制信號；
[0013]步驟4、驅(qū)動電路將SVPWM/DPWM控制處理單元輸出的開關(guān)管控制信號分配給多電平逆變器的每相橋臂各個開關(guān)管，控制多電平逆變器的工作狀態(tài)和中點(diǎn)電壓平衡。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于:(1)采用空間矢量調(diào)制(SVPWM)與不連續(xù)調(diào)制(DPWM)方式相結(jié)合的混合調(diào)制策略實(shí)現(xiàn)多電平逆變器的中點(diǎn)電壓平衡，能夠發(fā)揮傳統(tǒng)SVPWM穩(wěn)定控制和輸出電壓電流諧波小的優(yōu)勢，又能夠在中點(diǎn)電壓出現(xiàn)不平衡的時候，體現(xiàn)DPWM控制有效實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電壓平衡控制、降低系統(tǒng)等效開關(guān)頻率從而減少開關(guān)損耗的功效；(2)電感電流紋波減小，諧波小、輸出波形質(zhì)量較高；(3)具有實(shí)現(xiàn)逆變器中點(diǎn)電壓平衡控制的功能，且能夠降低開關(guān)損耗來提高變換效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明基于混合調(diào)制的多電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡控制方法的裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2是T型和NPC型三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖3是三電平空間矢量分布圖。
[0018]圖4是以圖3中第一扇區(qū)第二小三角形為例矢量序列與三相負(fù)載連接狀態(tài)電路圖。
[0019]圖5是以圖3中第一扇區(qū)第二小三角形為例的中點(diǎn)電壓不平衡時傳統(tǒng)SVPWM方法與本發(fā)明方法的矢量對應(yīng)圖，其中(a)為傳統(tǒng)SVPWM方法，(b)為本發(fā)明方法。
[0020]圖6是本發(fā)明基于混合調(diào)制的多電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡控制方法的流程圖。
[0021]圖7是實(shí)施例中在0.02s時加入本發(fā)明的控制方式前后的上下直流母線電壓波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明采用結(jié)合空間矢量調(diào)制(SVPWM)和不連續(xù)調(diào)制(DPWM)控制方式實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電壓平衡，閉環(huán)控制方法根據(jù)電容瞬時電壓是否偏差選擇脈寬調(diào)制控制方式，即在中點(diǎn)電壓平衡時，選擇SVPWM控制方式工作；中點(diǎn)電壓不平衡時，選擇DPWM控制方式工作。在相應(yīng)的脈寬調(diào)制控制方式下確定當(dāng)前控制周期內(nèi)多電平逆變器的每相開關(guān)管的控制信號。經(jīng)驅(qū)動電路控制多電平逆變器的每相的工作狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)通過控制輸出高低電平的時間實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電壓平衡。
[0023]結(jié)合圖1，本發(fā)明基于混合調(diào)制的多電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡控制方法，在每個控制周期內(nèi)，數(shù)字處理控制模塊的采樣單元檢測多電平逆變器直流母線的中點(diǎn)與正極之間的電容瞬時電壓、直流母線的中點(diǎn)與負(fù)極之間的電容瞬時電壓，并確定該兩個電容瞬時電壓的偏差，經(jīng)脈寬調(diào)制策略切換單元選擇SVPWM或DPWM控制方式工作，由SVPWM/DPWM控制處理單元輸出控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路輸出PWM信號控制多電平逆變器每相橋臂開關(guān)管的工作狀態(tài)，同時控制多電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡，具體方法包括以下步驟:
[0024]步驟1、采樣單元分別采樣多電平逆變器的直流母線電壓、直流母線的中點(diǎn)與正極之間的電容瞬時電壓、直流母線的中點(diǎn)與負(fù)極之間的電容瞬時電壓、多電平逆變器輸出的三相電壓信號以及多電平逆變器輸出的三相電流信號。
[0025]步驟2、脈寬調(diào)制策略切換單元根據(jù)步驟I中所述兩個電容瞬時電壓的偏差信號，選擇SVPWM控制方式或者DPWM控制方式工作。所述選擇SVPWM控制方式或者DPWM控制方式工作的標(biāo)準(zhǔn)為:
[0026]判斷直流母線中點(diǎn)電壓變化量Λ Vnp是否在誤差范圍內(nèi):若I AVnp| < Verro，則選擇SVPWM控制方式工作；否則選擇DPWM控制方式工作，其中直流母線中點(diǎn)電壓變化量AVnp為:
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種基于混合調(diào)制的多電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡控制方法，其特征在于，在每個控制周期內(nèi)，數(shù)字處理控制模塊的采樣單元檢測多電平逆變器直流母線的中點(diǎn)與正極之間的電容瞬時電壓、直流母線的中點(diǎn)與負(fù)極之間的電容瞬時電壓，并確定該兩個電容瞬時電壓的偏差，經(jīng)脈寬調(diào)制策略切換單元選擇SVPWM或DPWM控制方式工作，由SVPWM/DPWM控制處理單元輸出控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路輸出PWM信號控制多電平逆變器每相橋臂開關(guān)管的工作狀態(tài)，同時控制多電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡，具體方法包括以下步驟: 步驟1、采樣單元分別采樣多電平逆變器的直流母線電壓、直流母線的中點(diǎn)與正極之間的電容瞬時電壓、直流母線的中點(diǎn)與負(fù)極之間的電容瞬時電壓、多電平逆變器輸出的三相電壓信號以及多電平逆變器輸出的三相電流信號； 步驟2、脈寬調(diào)制策略切換單元根據(jù)步驟I中所述兩個電容瞬時電壓的偏差信號，選擇SVPWM控制方式或者DPWM控制方式工作； 步驟3、SVPWM/DPWM控制處理單元根據(jù)步驟I中采樣單元輸出的三相電壓信號與三相電流信號、直流母線電壓信號、以及步驟2中選擇的控制方式，確定當(dāng)前開關(guān)周期內(nèi)多電平逆變器的每相橋臂各個開關(guān)管的控制信號； 步驟4、驅(qū)動電路將SVPWM/DPWM控制處理單元輸出的開關(guān)管控制信號分配給多電平逆變器的每相橋臂各個開關(guān)管，控制多電平逆變器的工作狀態(tài)和中點(diǎn)電壓平衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混合調(diào)制的多電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡控制方法，其特征在于，步驟2中所述選擇SVPWM控制方式或者DPWM控制方式工作的標(biāo)準(zhǔn)為: 判斷直流母線中點(diǎn)電壓變化量AVnp是否在誤差范圍內(nèi):若I AVnp| <Verro，則選擇SVPWM控制方式工作；否則選擇DPWM控制方式工作，其中直流母線中點(diǎn)電壓變化量AVnp為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混合調(diào)制的多電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡控制方法，其特征在于，所述數(shù)字處理控制模塊由STM32F407芯片實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于混合調(diào)制的多電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡控制方法，其特征在于，所述DPWM控制方式工作具體包括以下步驟: 確定多電平逆變器的a、b、c三相動作時刻t_、tbm、tcon,并判斷直流母線中點(diǎn)電壓變化量AVnp是否小于O: 如果Λ Vnp < 0，將所得每相的動作時刻均減去三相中動作時刻最小值tOTin ;如果AVnp> 0，將所得每相的動作時刻均加上
【文檔編號】H02M7/483GK103746585SQ201410012058
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】呂建國, 胡文斌, 吳馥云, 吳軍基 申請人:南京理工大學(xué)