[发明专利]三电平逆变器中点电位平衡控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力电子技术，特别涉及一种基于三电平DC/DC的三电平逆变器中点电位平衡控制方法。

背景技术

多电平逆变器相对传统两电平逆变器而言，具有开关器件承受电压低，输出电压谐波小，开关频率低等优点，因此其在电力电子大功率应用场合得到了越来越广泛的应用。三电平逆变器由于其拓扑较成熟，是其中应用最广泛的一种。

由于三电平逆变器拓扑独特的结构及控制策略，导致该电路存在直流侧电容中点电压偏移的问题。该问题会导致系统输出的低次谐波增加，效率降低，严重时会缩短直流侧电容寿命，甚至会因直流侧正负母线电容电压不均衡而导致功率器件过压和损坏，从而破坏系统的正常运行。目前主要采用滞环控制和平均中点电流控制等方法抑制中点电压偏移，但是这些方法要求负载工作在完全平衡状态，然而在实际应用中，负载难以达到完全平衡状态，因此采用滞环控制和平均中点电流控制等方法控制精度不高，中点电压仍会在较大范围内波动，并且会在中点电位中引入大量的高频分量。在整个控制过程中，动态响应慢，鲁棒性差，不能保证三电平逆变器平稳地运行。也有通过纯软件的办法，改进三电平逆变器SVPWM控制算法中控制矢量选取的规则，从而抑制中点电压偏移，但是这样会增加系统控制算法设计的难度，同时增加算法执行的系统资源开销。因此，研究一种简便高效的三电平逆变器中点电位平衡控制方法具有较强的现实意义。

为了有效避免中点电位不平衡造成的危害，保证三电平逆变器直流侧拓扑电路的稳定性，提高系统输出效率，本发明提出了一种新的基于三电平DC/DC的三电平逆变器中点电位平衡控制方法。较传统三电平逆变器而言，仅增加了两个开关管和两个二极管的硬件投入。该控制方法精度高，能有效解决三电平逆变器直流侧两电容电压不平衡问题，使三电平逆变器能够平稳安全地运行，同时系统动态响应快，电路拓扑及控制方法易于实现。

发明内容

本发明是针对三电平逆变器直流侧中点电压波动的问题，提出了一种三电平逆变器中点电位平衡控制系统及方法，较传统三电平逆变器而言，仅增加了两个开关管和两个二极管的硬件投入。该控制方法精度高，能有效解决三电平逆变器直流侧两电容电压不平衡问题，使三电平逆变器能够平稳安全地运行，同时系统动态响应快，电路拓扑及控制方法易于实现。

本发明的技术方案为：一种三电平逆变器中点电位平衡控制系统，包括输入模块、三电平DC/DC主电路、直流三电平控制模块、电压采样模块、三相三电平逆变器、输出负载模块，所述三电平DC/DC主电路模块包括一个升压电感、两个二极管、两个场效应管，输入模块输出电源正极通过三电平DC/DC主电路模块的升压电感和串联的两个场效应管接电源负极，两个场效应管源极和漏极串联连接点与三相三电平逆变器的两个直流母线支撑电容串联连接点相连，在场效应管源极和漏极上并联串联的一个直流母线支撑电容和一个二极管，电压采样模块实时采集三相三电平逆变器的直流母线电压和串联的两个直流母线支撑电容的串联连接点电压，直流母线电压即为串联的两个直流母线支撑电容上的电压，采集两电压送直流三电平控制模块，直流三电平控制模块输出控制信号接两个场效应管栅极，三电平DC/DC主电路模块输出通过三相三电平逆变器后接输出负载模块。

一种三电平逆变器中点电位平衡控制方法，包括三电平逆变器中点电位平衡控制系统，具体包括如下步骤：

1）通过电压采样模块实时采集三电平逆变器的直流母线电压U(t)以及负母线电容的电压值U_C2(t)，负母线电容的电压值即串联的两个直流母线支撑电容的串联连接点电压；

2）根据采样信号计算直流侧两支撑电容的电压差值ΔU_dc(t)= U(t)- 2U_C2(t)；

3）将获得的U(t)及ΔU_dc(t)送至直流三电平控制模块中两个独立的PI控制模块生成三电平DC/DC模块中两场效应管对应的控制量；