[发明专利]一种中点钳位型三电平逆变器母线电容中点电位平衡方法

说明书

本发明公开了一种中点钳位型三电平逆变器母线电容中点电位平衡方法，该方法针对中点钳位型三电平逆变器的母线电容中点电位在运行过程中存在波动的问题，根据需要抽取（注入）的中点电荷量和不同的电压矢量作用顺序能够抽取（注入）的中点电荷量之间的关系，通过合理配置电压矢量的作用顺序和作用时间，在不同功率因数下都最大程度地抑制母线电容中点电位的波动。本发明方法能够实现母线电容中点电位波动的抑制，从而减小母线电容容值与体积，减轻功率器件的电压应力，改善输出电压和电流的谐波状况，延长电容的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种中点钳位型三电平逆变器母线电容中点电位平衡方法，属于电能变换技术领域。

背景技术

多电平逆变器由于能够降低开关器件电压应力，提高开关频率，输出波形正弦度更高，在电机驱动、并网逆变等场合的应用越来越多，尤其在大功率场合其相比于两电平逆变器优势更加明显。中点钳位型三电平逆变器由于结构简单，只需要单一直流源等原因成为多电平拓扑中运用的最广泛的拓扑之一。

电容中点电位波动是影响中点钳位型三电平逆变器正常运行的重要原因，波动的来源是在短矢量与中矢量作用时绕组电流从电容中点流入(流出)。电容中点电位的波动会造成以下危害：1.开关器件的电压应力增大，各个开关管发热不均；2.电容耐压值增大；3.输出电压、电流的正弦度降低，谐波增大，电机损耗增大，电网电能质量下降；4.EMI问题可能更加突出。

目前已有的技术中，一些方法如虚拟空间矢量技术在平衡中点电位的同时增大了输出电压、电流谐波，使得三电平逆变器的优势不再那么明显。传统的平衡因子法由于起始短矢量选择方式单一，所以在不同的功率因数下母线电容中点的抑制效果不同，且在某些功率因数下可能无法有效抑制中点电位波动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种中点钳位型三电平逆变器母线电容中点电位平衡方法，使得在不增加输出电压电流谐波的同时，克服负载功率因数的限制，有效抑制电容中点的电位波动。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种中点钳位型三电平逆变器母线电容中点电位平衡方法，包括如下步骤：

步骤1，测量逆变器直流母线侧上下两个电容的电压，计算得到上下两个电容的电压差值，根据电压差值计算上下两个电容中点需要抽取的电荷量ΔQ_ref；

步骤2，采用七段式SVPWM算法对逆变器进行控制，确定给定电压矢量所在的大扇区及大扇区中的小扇区，选取距离给定电压矢量最近的三个电压矢量合成给定电压矢量，并计算这三个最近电压矢量的作用时间；

步骤3，若给定电压矢量位于所在大扇区中的第一或第二小扇区，则执行步骤4；若给定电压矢量位于第三或第四小扇区，则将组成该小扇区的唯一短矢量作为电压矢量序列中的起始矢量，设置平衡因子k，则七段电压矢量中起始矢量和第四电压矢量的作用时间分别为T₀(1+k)/4和T₀(1-k)/2，其中T₀为短矢量的作用时间，根据上下两个电容的电压差值、各段电压矢量作用时间与对应的中点电流计算平衡中点电位所需的平衡因子k值；并执行步骤6；

步骤4，选取给定电压矢量所在大扇区下方的短矢量V_ls作为电压矢量序列中的起始矢量，将平衡因子k分别设置为1和-1，计算这两种情况下电容中点分别抽取的电荷量ΔQ_ls1和ΔQ_ls-1，如果ΔQ_ref位于ΔQ_ls1和ΔQ_ls-1之间，则计算平衡中点电位所需的平衡因子k值，并执行步骤6；否则执行步骤5；