[发明专利]一种三电平逆变器中点电位平衡控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子领域，涉及一种三电平逆变器中点电位平衡控制装置及方法。

背景技术

三电平逆变器具有结构紧凑，输出电压电流谐波含量低，开关管所承受的电压仅为直流母线电压的一半等优点。所以在中高电压大功率场合得到广泛应用。

三电平逆变器存在一个固有的缺点，即存在中点电压不平衡问题。中点电压不平衡会造成严重的危害：逆变器输出电压波形发生畸变；开关器件承受的电压不均衡；直流侧电容的电压波动降低了电容的寿命。为了使逆变器能够正常工作，应努力使得中点电压保持平衡。

抑制中点电位偏移的方法有硬件和软件两大类。单从软件出发抑制中点电位偏移将会增加控制的复杂性。单从硬件出发抑制中点电位平衡将会增加大量元器件使成本增加。因此，本领域中亟待提出一种从硬件和软件两方面相结合从而能有效抑制三电平逆变器中点电位的偏移的装置及方法。

发明内容

本发明提供一种三电平逆变器中点平衡控制装置及方法，从软件和硬件两方面出发有效三电平逆变器抑制中点电位偏移，从而达到正负母线上电压的平衡。

本发明通过以下技术方案实现，一种三电平逆变器中点电位平衡控制装置，所述装置，用于控制三电平逆变器的中点电位平衡，该装置包括：电压采集单元、比例积分控制单元、脉宽控制单元以及电压调节单元，其中：

电压采集单元，用于获取母线上电容电压和母线下电容电压，所述电压采集单元输入端与三电平逆变器的母线及母线中点端子连接；

比例积分控制单元，用于对母线上电容电压与母线下电容电压差进行比例积分处理，所述比例积分控制单元的输入端与电压采集单元的输出端连接；

脉宽控制单元，用于根据比例积分处理结果产生脉宽调制信号从而控制电压调节单元，所述脉宽控制单元的输入端与比例积分控制单元的输出端连接；

电压调节单元，用于根据脉宽调制信号调节母线上下电容电压，以使中点电位平衡，所述电压调节单元的输入端与脉宽控制单元的输出端连接。

特别的，所述比例积分控制单元进一步包括：

计算模块，用于根据母线上电容电压和母线下电容电压计算三电平逆变器中点电压偏移量，所述计算模块的输入端与电压采集单元的输出端连接；

核心控制模块，用于对中点电压偏移量进行比例积分处理，产生比例积分控制量，所述核心控制模块的输入端与计算模块的输出端连接，所述核心控制模块的输出端为比例积分控制单元的输出端。

特别的，所述脉宽控制单元进一步包括：

微调模块，用于判断中点电压偏移量大小决定是否对比例积分控制量减半达到对母线上下电容电压进行微调，所述微调模块输入端与比例积分控制单元输出端连接；

调制模块，用于根据比例积分控制量产生两路互补的脉宽调制信号，所述调制模块的输入端与微调模块的输出端连接，调制模块输出端为脉宽控制单元的输出端。

特别的，所述电压调节单元进一步包括：两个功率开关管、两个二极管、一个电感、两组母线电容，其中：

两组母线电容串联跨接在直流母线上，两个功率开关管串联跨接在直流母线上，两个二极管分别与两个功率开关管反向并联，电感L跨接在两组母线电容中点与两功率开关管中点间。

特别的，所述装置利用两路互补的脉宽调制信号分别控制电压调节单元中的两开关管。

特别的，所述电压调节单元具体包括：当第一电容两端电压+BUS大于第二电容两端电压-BUS时，增加控制第一开关管的调制信号脉宽同时减小控制第二开关管的调制信号的脉宽；当第一电容两端电压+BUS小于第二电容两端电压-BUS时，减小控制第一开关管的调制信号脉宽同时增大控制第二开关管的调制信号脉宽。

本发明还提供了一种三电平逆变器中点电位平衡控制方法，用于控制三电平逆变器的中点电位平衡，包括如下步骤：

S1、电压采集单元获取母线上电容电压和母线下电容电压；

S2、比例积分控制单元对母线上电容电压与母线下电容电压差进行比例积分处理；

S3、脉宽控制单元根据比例积分处理结果产生脉宽调制信号，用于控制电压调节单元；

S4、电压调节单元根据脉宽调制信号调节母线上下电容电压，以使中点电位平衡。

特别的，步骤S2具体是：所述比例积分控制单元通过计算三电平逆变器中点电压偏移量，对中点电压偏移量进行比例积分处理，产生比例积分控制量。

特别的，步骤S3具体是：所述脉宽控制单元通过判断中点电压偏移量大小决定是否对比例积分控制量减半以达到对母线上下电容电压进行微调，并根据比例积分控制量产生两路互补的脉宽调制信号。