[发明专利]一种飞跨电容型三电平逆变装置的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及并网发电用逆变器技术领域，具体是一种飞跨电容型三电平逆变装置的控制方法。

背景技术

近年来，多电平逆变器在高压大功率领域应用越来越多，现在应用较为成熟的主要有三种拓扑结构：二极管钳位型、级联型和飞跨电容型。二极管钳位型多电平逆变器拓扑有直流母线侧各电容电压均压困难和电压应力不均匀等缺点。级联型多电平逆变器拓扑在需提供有功功率场合，需要多个独立直流电源且不共地。飞跨电容型多电平逆变器拓扑和其他两种相比，利用电容钳位，克服了二极管钳位型逆变器的固有缺陷；利用一个直流电源，克服了级联型逆变器的多电源缺陷；并有大量的冗余开关状态，具有更容易向多电平发展的优良特点。

多电平脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)技术是多电平逆变器研究的核心技术。多电平逆变器脉宽调制技术的原理是用正弦波作为调制波，以恒定频率的三角波为载波，由于三角波的上下宽度是线性变化的，通过正弦调制波与三角波进行比较，可以得到一组幅值相等而宽度正比于正弦波的矩形脉冲序列，用开关量取代模拟量，并通过逆变开关管的通断控制，把直流电能变换成多电平PWM交流电能。

PWM调制的控制目的主要有两个：

一、对输出电压的控制；

二、对多电平逆变器自身运行状态的控制。

PWM调制技术包括载波PWM方法和空间矢量PWM方法。如下所示：

多电平逆变器的PWM控制，必须和其电路结构紧密联系，根据不同电路的不同特点，设计不同的应用方法。主要的载波方法有载波同相层叠PWM方法(PDPWM)、载波反相层叠PWM方法(APOD PWM)和载波移相PWM方法(PSPWM)等。其中载波同相层叠PWM方法(PDPWM)方法被广泛认为具有最低的线电压谐波性能，并且实现简单。但将PDPWM方法应用于飞跨电容型逆变器时，会造成电容上电压变化，而飞跨电容型逆变器利用电容钳位，必须保证电容上电压稳定，因此传统PDPWM方法不适用于飞跨电容型多电平逆变器。

飞跨电容型多电平逆变器只有载波移相PWM方法(PSPWM)适用，但将传统PSPWM方法应用于飞跨电容型多电平逆变器时，由于此算法固有特点，将在逆变器输出侧产生较大的线电压谐波，不利于发电并网；由于飞跨电容电压自动平衡，不能人为干预和调整，会使飞跨电容电压有一定的电压偏差，且无法改变。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种飞跨电容型三电平逆变装置的控制方法，通过载波层叠算法获得逆变器运行状态，在零电平时增加零电平选择环节，合理分配零电平向量，利用飞跨电容型逆变器特有的“0+”、“0-”状态平衡飞跨电容电压，降低输出线电压谐波。

本发明采用如下技术方案：

一种适用于飞跨电容型三电平逆变器的改进的载波层叠PWM控制方法，其特点在于该方法包括下列具体步骤：

步骤①、逆变控制模块设定飞跨电容型三电平逆变装置输出电平状态及开关组合状态，当飞跨电容型三电平逆变装置的输出电压为+V_dc/2，0，-V_dc/2时（V_dc为直流电源电压），分别定义逆变装置对应输出为“1”，“0”，“-1”电平状态：

当输出为“1”电平状态时，第一功率开关管S_a1至第四功率开关管S_a4开关状态为1100；

当输出为“0”电平状态时分为两种：“0+”电平状态，第一功率开关管S_a1至第四功率开关管S_a4开关状态为1010；“0-”电平状态，第一功率开关管S_a1至第四功率开关管S_a4开关状态为0101；

当输出为“-1”电平状态时，第一功率开关管S_a1至第四功率开关管S_a4开关状态为0011；

其中，1和0分别表示闭合开关和关断开关；

步骤②、逆变控制模块根据上位机给定的载波频率F1，产生幅值为1且恒定的双层三角载波；

逆变控制模块根据上位机给定的所述的飞跨电容型三电平逆变装置输出侧电压幅值及频率要求，产生恒定的正弦调制波，其频率为F2；

步骤③、逆变控制模块根据载波频率F1及调制波频率F2，计算预设参数K，具体过程为：

首先计算单个调制周期中“0”电平出现次数n=F1/F2+1：

当n为偶数时，K=n;

当n为奇数时，K=(n-3)/2；