[发明专利]一种Y型连接串联H桥多电平并网逆变器直流母线电压控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电能质量和多电平研究领域，特别涉及Y型连接拓扑中三相母线间的均压控制方法，具体地说是通过向拓扑中注入零序电压来实现三相直流母线间的均衡。

背景技术

电力电子技术在电力系统中具有十分广阔的应用前景，其典型应用有静止无功发生器、动态电压恢复器、静止电压补偿器、静止相位补偿器、功率流控制器、有源电力滤波器和高频整流器等^[1]。这些典型应用的核心部分是并网逆变器。随着社会的发展，电力电子技术在电力系统中的应用逐渐朝中高压领域发展，所以对中、高压大容量并网逆变器的需求逐年增加，如对中高压电网功率和电压进行调节的动态电压恢复器、功率流控制器，以及为解决电网无功与谐波污染而大量应用的中高压静止无功发生器和电力有源滤波器。由于电压电流等级的提高，如果在这些高压大功率应用场合中采用传统两电平逆变器拓扑结构，则会出现逆变器拓扑中主要的开关器件耐压值不够高，与电力系统中高压范围不能直接匹配。一般来讲，在高压供电而功率器件耐压能力有限的情况下，可采用功率器件串联的方法来解决。但器件在串联使用时，存在静态和动态均压等一系列问题。

多电平变换器的概念最早是由Nabae等人于80年代初提出。随着GTO、IGBT和IGCT等大功率可控器件容量等级的不断提高，以及以DSP为代表的控制芯片的迅速普及，多电平变换器的研究和应用有了迅猛的发展。多电平变换器技术具有诸多优点，比如减少了器件的电压应力，勿须考虑器件串联带来的均压问题，改善输出电压的频谱特性，减少了dv／dt和di／dt引起的电磁干扰等，已成为电力电子学中，以高压大功率变换为研究对象的一个新的研究领域^[2-11]。

在静止无功发生器、动态电压恢复器、有源电力滤波器等很多串联H桥多电平并网逆变器的应用中，多个H桥模块串联后经连接电抗器接入电网。因为H桥模块可以从电网吸收能量补偿自身损耗，所以直流侧只需并联电容器，不用加独立的直流电压源^[14-16]目前国内外专家对各种拓扑多电平并网逆变器进行研究，提出了具有应用价值的拓扑结构和控制策略。

但是如何控制各个H桥模块吸收的功率，使各自直流侧电压稳定在给定值是一个难点问题。由于各个模块损耗的差异性和三相功率的不平衡性，如果不加以控制H桥模块的直流侧电压会严重偏离指令值。直流电压高于给定值的模块超额工作，开关器件存在过压损坏的危险；而直流电压偏离给定值低的模块又欠额工作。因此需要一种合理的多电平调制策略对各个H桥模块分配合理的指令电压，保持各个H桥模块功率平衡，确保装置的安全可靠运行。

针对普通串联H桥均压问题，现有文献已经给出很多解决方案。如采用额外硬件电路控制的交流母线均压法和直流母线均压法，采用算法控制的脉冲循环换位法、交流输出电压调幅法和交流输出电压相移法。三角形连接串联H桥拓扑的直流侧电压均衡问题已经得到了很好的解决，但是针对Y型拓扑结构尚未看到有文献提出很好的方法对三相及各个H桥模块直流侧电压进行控制，并且对不平衡负载产生的负序电流进行补偿。

本文提出了一种Y型串联H桥多电平并网逆变器直流母线电压控制方法，利用零序电压在三相有功功率分配的积极作用来实现三相间直流母线的均衡，并且通过微调每相中各个模块的指令电压达到各个模块间的均压控制。

以下给出检索的相关文献

[1]陈坚.电力电子学——电力电子变换和控制技术.北京：高等教育出版社,2002.

[2]何湘宁，陈阿莲.多电平变换器的理论和应用技术.北京：机械工业出版社.2006

[3]李永东，肖曦，高跃等.大容量多电平变换器——原理、控制、应用.北京：科学出版社.2005

[4]黄本润，夏立，吴正国.H桥级联多电平动态电压恢复器的研究.控制技术,2011,5(31):1-3.

[5]许湘莲.基于级联多电平逆变器STATCOM及其控制策略研究.[博士学位论文].武汉：华中科技大学，2006

[6]Rodriguez J,Lai J S,Peng F Z.Multilevel Inverters:A Survey of Topologies,Controls,and Applications.IEEE Trans Industry Applications,2002,49(4):724-738.

[7]李建林,林平,王长永等.基于载波相移SPWM技术的电流型有源电力滤波器的研究.中国电机工程学报,2003,23(10):99-103.