本發(fā)明涉及電氣工程的，具體而言，涉及一種模塊化中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器零序環(huán)流抑制方法。

背景技術(shù)：

1、中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器由于開(kāi)關(guān)管數(shù)量與輸出電平數(shù)量增加，其環(huán)流路徑和環(huán)流成分相較兩電平逆變器更為復(fù)雜，加之其固有的中點(diǎn)電位不平衡問(wèn)題，npc型逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的環(huán)流抑制更具挑戰(zhàn)性，有必要綜合采取軟件和硬件抑制措施加以抑制。應(yīng)用各類不同軟件調(diào)制控制措施的同時(shí)，出于經(jīng)濟(jì)性的考慮及控制器帶寬的限制，大量硬件措施也被廣泛用于抑制零序環(huán)流?，F(xiàn)有工程中最直接有效的消除零序環(huán)流的方法是添加隔離變壓器和獨(dú)立采用直流源，這兩種硬件方法分別切斷了模塊化逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中交流側(cè)和直流側(cè)的環(huán)流回路，能完全抑制零序環(huán)流，然而隨著并聯(lián)模塊數(shù)量的增加，每個(gè)模塊均采用隔離變壓器及獨(dú)立直流源的系統(tǒng)的整體成本和體積會(huì)快速上升；另外，還有一些低成本的硬件方法能抑制特定成分的零序環(huán)流，比如連接各模塊直流側(cè)中點(diǎn)形成共享中線、采用星形連接的濾波電容時(shí)連接交直流電容中點(diǎn)形成改進(jìn)型lcl濾波器，這些方法易于實(shí)現(xiàn)但具有不足，比如改進(jìn)型lcl濾波器中添置的連接電纜上電流過(guò)大，會(huì)引入額外的紋波危害，導(dǎo)致裝置的電磁兼容性能較差?，F(xiàn)有的模塊化三電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的零序環(huán)流抑制的技術(shù)方案普遍綜合利用了硬件以及軟件方法，絕大多數(shù)的改進(jìn)重點(diǎn)均是基于軟件控制策略上的研究去改進(jìn)零序環(huán)流的抑制措施，以追求控制效果和算法復(fù)雜度的兼顧平衡。而對(duì)于硬件措施的使用，沿襲傳統(tǒng)方案來(lái)抑制相應(yīng)類別的零序環(huán)流是常見(jiàn)的選擇，少有技術(shù)方案完善優(yōu)化傳統(tǒng)的硬件措施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：解決現(xiàn)有模塊化中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中的零序環(huán)流較難有效抑制的問(wèn)題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：提供了一種模塊化中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器零序環(huán)流抑制方法，該方法包括：

3、s1、建立模塊化中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的零序環(huán)流數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型基于基爾霍夫電壓定律和電流定律，分析直流側(cè)電容電壓、逆變器輸出電壓以及濾波電容電流，描述零序環(huán)流的生成及影響；

4、s2、基于步驟s1建立的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合戴維南等效定律，簡(jiǎn)化原電路，建立等效的零序環(huán)流電路模型，在零序環(huán)流電路模型中，通過(guò)濾波電容支路為高頻零序環(huán)流提供低阻抗旁路，對(duì)高頻零序環(huán)流進(jìn)行分流；

5、s3、提出模塊共用濾波電容的方案，使用該方案優(yōu)化lcl濾波器結(jié)構(gòu)，使多個(gè)逆變器模塊共用一個(gè)濾波電容，減少濾波電容的消耗并減少連接電纜上的電流紋波；

6、s4、實(shí)施開(kāi)關(guān)紋波移相調(diào)控策略，在不同逆變器模塊之間錯(cuò)開(kāi)開(kāi)關(guān)信號(hào)的相位，實(shí)現(xiàn)在模塊共用濾波電容上的高頻開(kāi)關(guān)紋波自動(dòng)抵消，進(jìn)一步減小連接電纜的電流應(yīng)力和發(fā)熱損耗。

7、上述任一項(xiàng)技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟s1中建立的數(shù)學(xué)模型表示為：

8、

9、式中，unj為直流側(cè)下電容電壓；ukj為逆變器j的k相橋臂對(duì)直流側(cè)中點(diǎn)oj的輸出pwm電壓；izj為零序環(huán)流；ioj為交流側(cè)濾波電容上的電流；uon為電網(wǎng)或負(fù)載中性點(diǎn)對(duì)負(fù)母線n的電壓差。

10、上述任一項(xiàng)技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟s3中模塊共用濾波電容的方案包括：每個(gè)逆變器模塊的橋臂輸出經(jīng)過(guò)逆變器電感后與同一組交流濾波電容相連，交流濾波電容同時(shí)為多個(gè)模塊提供濾波功能，使系統(tǒng)的濾波電容數(shù)量減少，并且有效抑制零序環(huán)流。

11、上述任一項(xiàng)技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟s4中開(kāi)關(guān)紋波移相調(diào)控策略通過(guò)在每個(gè)逆變器模塊的開(kāi)關(guān)載波信號(hào)之間添加時(shí)延來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得奇數(shù)次開(kāi)關(guān)頻率的高頻紋波轉(zhuǎn)移至共用電容上并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抵消。

12、本發(fā)明的有益效果是：

13、本發(fā)明通過(guò)建立零序環(huán)流的數(shù)學(xué)模型并優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)，使高頻零序環(huán)流分量通過(guò)低阻抗的電容支路被旁路，從而大幅度降低系統(tǒng)中的零序環(huán)流；相比傳統(tǒng)方法，本發(fā)明能夠有效提高零序環(huán)流的抑制效果，尤其是在高頻段的零序環(huán)流抑制上具有顯著優(yōu)勢(shì)。

14、本發(fā)明采用模塊共用濾波電容的改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合開(kāi)關(guān)紋波移相調(diào)控策略，使得多個(gè)逆變器模塊的高頻紋波實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抵消，顯著減少了連接電纜上的電流紋波；與傳統(tǒng)方法相比，連接電纜上的高頻紋波減少了近50％，這有效降低了元器件的電流應(yīng)力。

15、在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式中，通過(guò)開(kāi)關(guān)紋波的移相調(diào)控，減少了系統(tǒng)中的高頻電流，改善了系統(tǒng)的電磁兼容性，降低了對(duì)外部環(huán)境的電磁干擾。

技術(shù)特征：

1.一種模塊化中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器零序環(huán)流抑制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如權(quán)利要求1所述的模塊化中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器零序環(huán)流抑制方法，其特征在于，所述步驟s1中建立的數(shù)學(xué)模型表示為：

3.如權(quán)利要求1所述的模塊化中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器零序環(huán)流抑制方法，其特征在于，所述步驟s3中模塊共用濾波電容的方案包括：每個(gè)逆變器模塊的橋臂輸出經(jīng)過(guò)逆變器電感后與同一組交流濾波電容相連，所述交流濾波電容同時(shí)為多個(gè)模塊提供濾波功能，使系統(tǒng)的濾波電容數(shù)量減少，并且有效抑制零序環(huán)流。

4.如權(quán)利要求1所述的模塊化中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器零序環(huán)流抑制方法，其特征在于，所述步驟s4中開(kāi)關(guān)紋波移相調(diào)控策略通過(guò)在每個(gè)逆變器模塊的開(kāi)關(guān)載波信號(hào)之間添加時(shí)延來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得奇數(shù)次開(kāi)關(guān)頻率的高頻紋波轉(zhuǎn)移至共用電容上并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抵消。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種模塊化中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器零序環(huán)流抑制方法，涉及電氣工程領(lǐng)域，該方法包括：基于基爾霍夫電壓電流定律，建立模塊化中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的零序環(huán)流數(shù)學(xué)模型；基于數(shù)學(xué)模型，結(jié)合戴維南等效定律，簡(jiǎn)化原電路，建立等效的零序環(huán)流電路模型，在零序環(huán)流電路模型中，通過(guò)濾波電容支路為高頻零序環(huán)流提供低阻抗旁路，對(duì)高頻零序環(huán)流進(jìn)行分流；通過(guò)模塊共用濾波電容的方案優(yōu)化LCL濾波器結(jié)構(gòu)，使多個(gè)逆變器模塊共用一個(gè)濾波電容，減少濾波電容的消耗并減少連接電纜上的電流紋波；實(shí)施開(kāi)關(guān)紋波移相調(diào)控策略，在不同逆變器模塊之間錯(cuò)開(kāi)開(kāi)關(guān)信號(hào)的相位，實(shí)現(xiàn)在模塊共用濾波電容上的高頻開(kāi)關(guān)紋波自動(dòng)抵消。

技術(shù)研發(fā)人員：蔡久青,吳鈁,倪康,宮金武,徐暢,代克民,廖靜逸,蔡凱,姬朋坤,李銳,吳浩偉,李鵬,金翔,孫海晶,張煒龍,張正卿,曹瀚,彭年,陳晶,方力,廖于翔,孔祥偉,李小謙,帥驍睿,李可維,王杰,姜波,周樑,邢賀鵬,金惠峰,歐陽(yáng)暉,陳濤,羅偉,耿攀
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七一九研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19