一种三电平变流器中点平衡控制方法

一种三电平变流器中点平衡控制方法

一种三电平变流器中点平衡控制方法技术领域

本发明应用于工业电气传动领域，涉及变流器系统的中点平衡控制问题。

背景技术

目前二极管箝位型（以下简称NPC）三电平变流器拓扑结构开始应用于工业电气传 动领域，在中高压交流传动、柔性输电、电网无功补偿和吸收得到更好的青睐。应用于矿井、 油泵方面的变频器和应用于风电、光伏以及带馈网功能的大功率电源逐渐开始广泛应用 NPC三电平拓扑结构。

但是NPC三电平拓扑结构存在固有的缺点，就是中点电位不稳定。中点电位不平衡 会增加输出电压和电流谐波。因此中点电位平衡控制问题是一个特别紧要的课题。

目前存在很多方法，比较成熟的方法是通过不平衡电压、直流侧电容容值、开关管 的开关周期以及空间矢量角度、位置，来精确计算控制成对小矢量的时间比例，进而控制 NPC三电平变流器直流侧中点电位。随着变流器长时间运行，有些器件的参数会随之改变， 因此会导致控制不精确，严重的甚至导致故障停机以及损坏设备器件。

发明内容

不改变原来拓扑结构，不改变原来的矢量控制方法，使用原来的七段开关序列的 发波方法，在中点平衡的控制方面介绍一个有效的而不局限于直流侧电容参数的方法。

本发明采用常用的矢量控制方法。

本发明采用空间矢量的发波方法和七段开关序列。

本发明依然对首尾和中间两对小矢量进行比例分配，但是不采用以上背景中介绍 的精确计算的方法。

本发明忽略中矢量的作用，对小矢量采用定量分配方法。

从上面所述可以看出，本发明虽然对中点电位不是精确控制，允许一定的波动。但 是必须在可控允许范围内。

本发明提供的方法可以不考虑直流侧电容参数，在保证输出电压谐波控制在允许 范围之内的基础上允许中点平衡有一定的波动，因为本方法不依赖电容参数，因此电容值 变化不会影响本控制方法，所以能长期对NPC三电平变流器进行稳定控制。控制起来相对更 加容易。

附图说明

图1是本发明的结构功能示意图。

图2是中点平衡的原理图。

图3是大扇区分区图。

图4是小扇区分区图。

图5是开关序列图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施案例 对本发明进行详细描述。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。

如图1，根据本发明的实施方式提供的三电平变流器中点电位平衡控制方法包括：

步骤S101, 根据SVPWM方法，计算空间矢量的横轴alfa值和纵轴beta值，根据alfa和 beta计算出矢量的位置，进而算出所在的大扇区和小扇区；步骤S102, 根据空间矢量所在 的扇区，可以得到发波所用的成对小矢量；步骤S103, 忽略直流侧支撑电容的参数值，根据 直流侧上下母线压差，对成对小矢量进行比例分配，以此对中点电位进行控制。

根据图2，可以看出，中点平衡的调节机制就是，调节中点流出和流入电流的大小， 进而调节母线电压平衡。

中点平衡控制公式为:

因小矢量是调节中点平衡的关键，因此本发明忽略中矢量作用，完全用小矢量控制。

计算电压空间矢量所在的扇区，可分为以下步骤。

如图3，根据横轴坐标ualfa和纵轴坐标ubeta，可以计算电压空间矢量所在的大扇区。

如图4，以第3大扇区为例，将电压空间矢量映射到大扇区等边三角形的两边，进而 算出空间矢量所在的小扇区。

如图5，将开关序列通过箭头标识到每个小扇区，根据以上步骤已经计算出电压空 间矢量所在的大扇区和小扇区，通过开关序列，可以得到成对小矢量。

以第3大扇区，E小扇区为例，开关序列为ONN-PNN-PON-POO-PON-PNN-ONN,（P代表+ 1电平，N代表-1电平，O代表0电平），因此可以得到成对小矢量为ONN和POO。因ONN和POO两个 矢量空间位置一样，但是中点流入流出电流方向不同，因此就通过调节ONN和POO比例关系， 来调节中点平衡。

成对小矢量的比例调节根据，有两种方式，第一种是选点控制，通过模拟N个点来 调节。第二种方法是通过直流母线压差按比例映射到成对小矢量的比例调节系数上。

第一种方法，选取10个点来调节。按照以下表格计算,系数KN和压差VN由自己根据 实际情况定（0<KN<1）：

第二种方法，通过直流母线压差按比例映射到成对小矢量的比例调节系数上。

按照以下公式，系数k根据实际情况定,(0<k<1，0<m1<1，0<m2<1)

△V_dc>0,ONN小矢量系数m1=k△V_dc;

△V_dc>0,POO小矢量系数m2=1-m1;

△V_dc<0,ONN小矢量系数m2=k△V_dc;

△V_dc<0,POO小矢量系数m1=1-m2。