三電平h橋變流器的直流電壓平衡控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三電平H橋變流器的直流電壓平衡控制方法，采用以下的控制脈沖來實(shí)現(xiàn)直流上、下兩個(gè)或兩組電容上的直流電壓的平衡：首先，將參考電壓Uref與三角載波Tr1以及三角載波Tr2進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果生成左橋臂四個(gè)IGBT的脈沖信號(hào)：接著，將左橋臂的脈沖反向?qū)ΨQ賦給右橋臂；根據(jù)上述步驟，使得單相三電平H橋交流逆變器的輸出有三個(gè)電平：+2Udc，0，-2Udc，其中Udc為單個(gè)或單組電容上的電壓。本發(fā)明能夠去掉三電平H橋變流器中的單個(gè)或單組電容充放電的狀態(tài)，使兩個(gè)或兩組電容保持同充同放或同時(shí)不工作，從根源上避免了電容電壓不平衡。
【專利說明】 三電平Η橋變流器的直流電壓平衡控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)柔性輸配電和電力電子技術(shù)鄰域，更具體地說，是涉及一種三電平Η橋變流器的直流電壓平衡控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，多電平變流器由于輸出電壓高和諧波小等特點(diǎn)，在高壓大功率應(yīng)用較為廣泛。以級(jí)聯(lián)Η橋型多電平變換器為例，可采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，易于電壓等級(jí)應(yīng)用擴(kuò)展、便于引入冗余控制，可靠性較高，在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中較多，簡(jiǎn)稱為鏈?zhǔn)皆O(shè)備。
[0003]目前鏈?zhǔn)皆O(shè)備一般采用兩電平Η橋模塊級(jí)聯(lián)。以接入35kV電壓等級(jí)的鏈?zhǔn)届o止無功補(bǔ)償器為例，Η橋模塊中的功率開關(guān)器件若選用1700V耐壓等級(jí)的IGBT，與選用3300V的IGBT相比在成本上更有優(yōu)勢(shì)，此時(shí)該裝置每相需要42個(gè)Η橋模塊級(jí)聯(lián)。隨著接入點(diǎn)電壓的升高，鏈?zhǔn)皆O(shè)備每相Η橋級(jí)聯(lián)的個(gè)數(shù)也線性增加，增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，降低了設(shè)備運(yùn)行可靠性，增加了設(shè)備成本及占地面積。若采用三電平Η橋模塊替代兩電平Η橋模塊，則可以將級(jí)聯(lián)的Η橋模塊數(shù)量減少一倍，但三電平Η橋模塊的直流電容電壓平衡是需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。
[0004]中國專利文獻(xiàn)號(hào)200610109296.6中公開了一種“三電平變流器直流電壓控制方法”，該方法通過實(shí)時(shí)測(cè)量變流器的電壓和電流以及上下直流電容電壓信號(hào)，得出功率方向，生成脈沖調(diào)整信號(hào)，通過交換脈沖的方式影響直流電容充放電過程，從而實(shí)現(xiàn)直流電壓平衡。實(shí)現(xiàn)該控制方法所需要的采集量較多，控制算法復(fù)雜，尤其是對(duì)于多Η橋級(jí)聯(lián)的鏈?zhǔn)皆O(shè)備，增加了控制算法和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，而且該方法采用門限啟動(dòng)的方式，需要頻繁調(diào)整，因此給直流電容電壓帶來了較大的紋波，限制了三電平Η橋在鏈?zhǔn)皆O(shè)備中的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的“在使用三電平Η橋逆變器級(jí)聯(lián)的鏈?zhǔn)皆O(shè)備中，直流電壓平衡需要的采集量較多，控制算法復(fù)雜等因素的影響，導(dǎo)致給直流電容電壓帶來了較大的紋波的問題”，本發(fā)明的目的是提供一種三電平Η橋變流器的直流電壓平衡控制方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0007]—種三電平Η橋變流器的直流電壓平衡控制方法，
[0008]采用以下的控制脈沖來實(shí)現(xiàn)直流上、下兩個(gè)或兩組電容上的直流電壓的平衡:
[0009]Α.將參考電壓Uref與三角載波以及三角載波1；2進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果生成左橋臂四個(gè)IGBT的脈沖信號(hào):
[0010]B.將左橋臂的脈沖反向?qū)ΨQ賦給右橋臂；
[0011]C.根據(jù)上述步驟，使得單相三電平Η橋交流逆變器的輸出有三個(gè)電平:+2Udc，0，-2Udc，其中Udc為單個(gè)或單組電容上的電壓。
[0012]所述步驟A的具體步驟為:
[0013]1)若參考電壓UMf大于三角載波Trt，則左橋臂自上而下四個(gè)IGBT依次的脈沖信號(hào)為:導(dǎo)通、導(dǎo)通、關(guān)斷、關(guān)斷；
[0014]2)若參考電壓Uref小于三角載波八2，則左橋臂自上而下四個(gè)IGBT依次的脈沖信號(hào)為:關(guān)斷、關(guān)斷、導(dǎo)通、導(dǎo)通；
[0015]除以上兩種情況以外，左橋臂自上而下四個(gè)IGBT依次的脈沖信號(hào)為:關(guān)斷、導(dǎo)通、導(dǎo)通、關(guān)斷。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明的一種三電平Η橋變流器的直流電壓平衡控制方法，能夠在使用三電平Η橋逆變器級(jí)聯(lián)的鏈?zhǔn)皆O(shè)備如:靜止無功補(bǔ)償器(SVG)、有源濾波器(APF)、功率變換器(PCS)、統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器(UPQC)、高壓變頻器、直流輸電設(shè)備等中，去掉三電平Η橋變流器中的單個(gè)或單組電容充放電的狀態(tài)，使兩個(gè)或兩組電容保持同充同放或同時(shí)不工作，從根源上避免了電容電壓不平衡。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的流程示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例的三電平Η橋結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明的實(shí)施例的三種狀態(tài)的換流過程成示意圖；
[0020]圖4是現(xiàn)有技術(shù)中的直流電壓波形圖；
[0021 ] 圖5是本發(fā)明的實(shí)施例的直流電壓波形圖；
[0022]圖6本發(fā)明的實(shí)施例中的參考電壓Uref與三角載波以及三角載波1；2的關(guān)系示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0024]請(qǐng)參閱圖1所示的一種三電平Η橋變流器的直流電壓平衡控制方法，采用以下的控制脈沖來實(shí)現(xiàn)直流上、下兩個(gè)或兩組電容上的直流電壓的平衡:
[0025]Α.控制器將參考電壓Uref與三角載波以及三角載波1；2進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果生成左橋臂四個(gè)IGBT的脈沖信號(hào):
[0026]B.將左橋臂的脈沖反向?qū)ΨQ賦給右橋臂；
[0027]C.根據(jù)上述步驟，使得單相三電平Η橋交流逆變器的輸出有三個(gè)電平:+2Udc，0，-2Udc，其中Udc為單個(gè)或單組電容上的電壓。
[0028]所述步驟A的具體步驟為:
[0029]1)若參考電壓UMf大于三角載波Trt，則左橋臂自上而下四個(gè)IGBT依次的脈沖信號(hào)為:導(dǎo)通、導(dǎo)通、關(guān)斷、關(guān)斷；
[0030]2)若參考電壓UMf小于三角載波Tr2，則左橋臂自上而下四個(gè)IGBT依次的脈沖信號(hào)為:關(guān)斷、關(guān)斷、導(dǎo)通、導(dǎo)通；
[0031]除以上兩種情況以外，左橋臂自上而下四個(gè)IGBT依次的脈沖信號(hào)為:關(guān)斷、導(dǎo)通、導(dǎo)通、關(guān)斷。
[0032]實(shí)施例
[0033]圖2所示為I型三電平全橋結(jié)構(gòu)電路原理圖，如圖所示虛線框部分為8個(gè)IGBT，采用4個(gè)半橋封裝的IGBT模塊，即左橋臂中的第一 IGBTT1、第二 IGBTT2構(gòu)成一個(gè)半橋封裝的IGBT模塊，左橋臂中的第三IGBTT3、第四IGBTT4構(gòu)成另一個(gè)半橋封裝的IGBT模塊；右橋臂中的第五IGBTT5、第六IGBTT6構(gòu)成一個(gè)半橋封裝的IGBT模塊，右橋臂中的第七IGBTT7、第八IGBTT8構(gòu)成另一個(gè)半橋封裝的IGBT模塊；每個(gè)IGBT還設(shè)有與其反并聯(lián)的續(xù)流二極管。另外，中間兩個(gè)需線框部分為4個(gè)鉗位二極管D1、D2、D3、D4，鉗位二極管與續(xù)流二極管型號(hào)相同。
[0034]參見圖6所示，本實(shí)施例的采用的三電平Η橋模塊的直流電壓平衡控制方法，實(shí)施步驟如下:
[0035](1)將參考電壓UMf和載波1^和1；2進(jìn)行比較，生成左橋臂四個(gè)IGBT的脈沖信號(hào):
[0036]1)若參考電壓UMf大于三角載波Trt，則左橋臂自上而下四個(gè)IGBT依次的脈沖信號(hào)為:導(dǎo)通、導(dǎo)通、關(guān)斷、關(guān)斷；該脈沖信號(hào)可以表示為1100 ；
[0037]2)若參考電壓UMf小于三角載波1；2，則左橋臂自上而下四個(gè)IGBT依次的脈沖信號(hào)為:關(guān)斷、關(guān)斷、導(dǎo)通、導(dǎo)通；該脈沖信號(hào)可以表示為0011 ；
[0038]3)除以上兩種情況以外，左橋臂自上而下四個(gè)IGBT依次的脈沖信號(hào)為:關(guān)斷、導(dǎo)通、導(dǎo)通、關(guān)斷；該脈沖信號(hào)可以表示為0110 ；
[0039](2)將左橋臂的脈沖反向?qū)ΨQ賦給右橋臂:即第八IGBT的脈沖信號(hào)與第一 IGBT的脈沖信號(hào)一致；第七IGBT的脈沖信號(hào)與第二 IGBT的脈沖信號(hào)一致；第六IGBT的脈沖信號(hào)與第三IGBT的脈沖信號(hào)一致；第五IGBT的脈沖信號(hào)與第四IGBT的脈沖信號(hào)一致；
[0040]根據(jù)步驟(1)-(2)，單相三電平Η橋的“左橋臂-右橋臂”驅(qū)動(dòng)脈沖有三個(gè)狀態(tài):1100-0011、0110-0110、0011-1100，這三個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的交流逆變器的輸出有三個(gè)電平:+2Udc、0、-2Udc，其中Udc為單個(gè)(組)電容上的電壓。
[0041]圖3所示為三電平Η橋逆變器三種驅(qū)動(dòng)脈沖時(shí)的換流回路。如圖所示，當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖為“1100-0011”時(shí)，無論電流是流入逆變橋還是流出逆變，電容Cl、C2工作狀態(tài)保持一致同充、同放；當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖為“0011-1100”時(shí)，Cl、C2工作狀態(tài)也保持一致；當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖為“0110-0110”時(shí)電路處于續(xù)流狀態(tài)，電流流向由前一個(gè)狀態(tài)決定，此時(shí)電流不經(jīng)過Cl、C2。不難看出采用本發(fā)明方法后，直流電容Cl、C2工作狀態(tài)始終保持完全一致，同充同放或同時(shí)不工作，從根源上避免了直流電容電壓出現(xiàn)不平衡。這即是本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)。
[0042]在PSCAD/EMTDC中構(gòu)建6.67kV/3.3Mvar的三電平鏈?zhǔn)絊TATC0M整機(jī)模型，每相采用4個(gè)三電平Η橋模塊串聯(lián)。圖4所示為不對(duì)直流電壓控制時(shí)直流電壓波形，由圖可知，在不對(duì)鏈節(jié)內(nèi)直流電壓進(jìn)行控制時(shí)，模塊內(nèi)上下電容的直流電壓會(huì)隨時(shí)間呈發(fā)散趨勢(shì)。圖5所示為采用本發(fā)明控制方法后直流電壓波形，使用該方法后上下電容電壓波形很好地重合在一起，不存在偏差，說明兩個(gè)電容的直流電壓一致性非常好。
[0043]本【技術(shù)領(lǐng)域】中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明的目的，而并非用作對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種三電平H橋變流器的直流電壓平衡控制方法，其特征在于， 采用以下的控制脈沖來實(shí)現(xiàn)直流上、下兩個(gè)或兩組電容上的直流電壓的平衡: A.將參考電壓Uief與三角載波Trt以及三角載波Trf進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果生成左橋臂四個(gè)IGBT的脈沖信號(hào): B.將左橋臂的脈沖反向?qū)ΨQ賦給右橋臂； C.根據(jù)上述步驟，使得單相三電平H橋交流逆變器的輸出有三個(gè)電平:+2Udc，O,-2Udc，其中Udc為單個(gè)或單組電容上的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電壓平衡控制方法，其特征在于， 所述步驟A進(jìn)一步包括以下步驟為: 1)若參考電壓UMf大于三角載波T11,則左橋臂自上而下四個(gè)IGBT依次的脈沖信號(hào)為:導(dǎo)通、導(dǎo)通、關(guān)斷、關(guān)斷； 2)若參考電壓UMf小于三角載波1；2，則左橋臂自上而下四個(gè)IGBT依次的脈沖信號(hào)為:關(guān)斷、關(guān)斷、導(dǎo)通、導(dǎo)通； 除以上兩種情況以外，左橋臂自上而下四個(gè)IGBT依次的脈沖信號(hào)為:關(guān)斷、導(dǎo)通、導(dǎo)通、關(guān)斷。
【文檔編號(hào)】H02M7/5387GK104300818SQ201410474690
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】趙香花, 姜科, 張秀娟 申請(qǐng)人:思源清能電氣電子有限公司