[发明专利]一种基于功率器件开关分配的级联型逆变器电压平衡控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及逆变器的控制方法,特别是一种基于功率器件开关分配的级联型逆变器电压平衡控制方法。

背景技术

级联型逆变器主电路结构：以单相全桥逆变电路为级联单元，由多个级联单元在交流端直接串联，再经连接电抗器与电网相接，具有以下优点：所需器件数量少，不需要钳位器件；容易实现模块化，易于扩展，适用不同的电压等级，可应用于中高压电网无功补偿、谐波治理和大功率新能源并网。

目前，级联型逆变器广泛采用电压电流双闭环控制方法，生成电压调制信号；调制方法为载波移相脉宽调制，由一组移相的三角载波与调制信号相比较，生成多路PWM波，用于控制级联单元中功率器件的通断，载波移相脉宽调制能够保证各功率器件负荷平衡，以较低的开关频率实现补偿电流输出。

理论上，级联型静止同步补偿器和有源滤波器与电网只进行无功功率的交换，一个电网周期内交换的能量为零，但是由于功率器件并非理想器件，存在开关损耗，静止同步补偿器和有源滤波器需从电网获得一定的有功功率维持直流侧电压稳定，级联型逆变器各个级联单元直流侧电容相互独立，参数的分散性、开关损耗的不同以及脉冲延时的差异会造成直流侧电压不平衡。

直流侧电压不平衡现象，一方面，会影响装置输出电压和并网电流的谐波特性；另一方面，不平衡现象特别严重时，会造成一些级联单元直流侧电压过高，超出器件的电压应力，威胁到整个装置的安全运行。

针对直流侧电压不平衡，专利200310115393.2通过增加外部设备实现直流侧电压平衡控制，增加了投入和维护费用；专利200910062883.8提出一种分层控制的方法，上层控制实现总的功率控制，下层控制通过在上层控制的基础上叠加一个与电流方向平行的纯有功矢量，从而对各个级联单元进行有功功率再分配，使得各级联单元直流侧电压趋于平衡，但该方法控制参数多，难以调整，且直流侧平衡控制采用比例控制，无法完全消除直流侧电压不平衡现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于功率器件开关分配的级联型逆变器电压平衡控制方法，消除各级联单元直流侧电压不平衡现象。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于功率器件开关分配的级联型逆变器电压平衡控制方法，包括级联型逆变器，级联型逆变器分为单相级联型逆变器和三相级联型逆变器，单相级联型逆变器包括若干个级联单元组成的逆变模块，相邻的级联单元之间两两连接，第一个级联单元通过电感接入交流电源，最后一个级联单元接入交流电源；三相级联型逆变器包括三个并联的逆变模块，三个逆变模块分别通过电感接入三相电源；所述级联单元包括左右两个并联桥臂和一个直流侧电容值支路，直流侧电容支路与桥臂并联；所述桥臂包括两个串联的功率器件，该方法的步骤如下：

1）根据指令电流信号瞬时值i_c^*和并网电流瞬时值i_c，由电流跟踪控制方法决定逆变器输出电压的升降，生成开关动作指令U_cup，U_cup的判定依据如下：如果i_c(0) >i_c(0)^*，那么U_cup=1；如果i_c(0)≤i_c(0)^*，那么U_cup=0，其中i_c(0)、i_c(0)^*为本次采样时刻的并网电流瞬时值和指令电流瞬时值；；

2）对将执行开关动作的级联单元直流侧输入功率进行预测，生成预测信息U_dcup，U_dcup的判定依据如下：如果sign（i_c）=1 且U_cup=1，那么U_dcup=1；如果sign（i_c）=0 且 U_cup=1，那么U_dcup=0；如果sign（i_c）=1 且 U_cup=0，那么U_dcup=0；如果sign（i_c）=0且 U_cup=0，那么U_dcup=1；sign（）为符号函数。