[发明专利]五电平NPC变换器低调制度直流侧电容电压自平衡方法

权利要求书

1.五电平NPC变换器低调制度直流侧电容电压自平衡方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据调制度大小对五电平变换器空间矢量图进行区域划分，并根据调制度判断参考电压矢量V_ref所在的区域；

步骤2，计算每个参考电压矢量V_ref的作用时间；

步骤3，检测五电平变换器直流侧四个电容对应的电压值以及三相电流，分别记为V_C1、V_C2、V_C3、V_C4、I_a、I_b、I_c，分别计算电压值V_C1、V_C2、V_C3、V_C4与1/4的直流总电压U_dc的电压偏差值，并对其取绝对值后降序排列，确定出两个较大电压偏差值对应的直流侧电容的位置；

步骤4，根据步骤3得到两个较大电压偏差值对应的直流侧电容的位置、三相电流I_a、I_b、I_c的方向以及五电平变换器空间矢量图，通过两个电压偏差的大小以及流过对应的电容中三相电流I_a、I_b、I_c的方向，不断对电容进行充放电使其保持平衡；

所述步骤4的具体过程如下：

步骤4.1，将步骤1中五电平变换器空间矢量图划分为六个扇区，对每个大扇区的开关状态对应节点电流进行分析，发现每个大扇区的电压矢量对应开关的充放电状态一致；

以第一扇区低调制区为例，各个电压矢量对不同节点的电容充放电情况如表1所示，其中，i₁、i₂、i₃分别表示直流侧四个电容中两两连接的节点处对应的节点电流，由于P₀不影响结点电压平衡，因此表中没有列出；

表1 第一扇区低调制度下各矢量对应开关状态充放电

步骤4.2，按照各电压矢量对应三相电流的方向，将电压矢量分为三组；

第一组：电压矢量P₁、电压矢量P₂、电压矢量P₃、电压矢量P₄、电压矢量P₅、电压矢量P₆，如表2所示；

第二组：电压矢量P₇、电压矢量P₉、电压矢量P₁₁、电压矢量P₁₃、电压矢量P₁₅、电压矢量P₁₇、电压矢量P₁₉，如表3所示；

第三组：电压矢量P₈、电压矢量P₁₀、电压矢量P₁₂、电压矢量P₁₄、电压矢量P₁₆、电压矢量P₁₈，如表4所示；

表2 第一组电压矢量对应的三相电流I_x

表3 第二组电压矢量对应的三相电流I_x

表4 第三组电压矢量对应的三相电流I_x

步骤4.3，分别选择第一组电压矢量对应的开关状态、第二组电压矢量对应的开关状态和选择第三组电压矢量对应的开关状态；

由于第二组的7个电压矢量有三个冗余状态，在所有的情况下都有两个电容一起变化，必须选择导致电压偏差最小的冗余用以平衡中点电位；第三组的电压矢量中由于每个阶段是连接到一个不同的点，必须检查用于平衡E₁和E₂的电流Ix₁和Ix₂；

通过判断E₁与电流I_x的符号，若E₁0，且I_x0，则根据E₁所在直流侧对应电容的位置、按照表1中所示选择使E₁放电的开关状态作为实际输出的开关状态，否则，根据E₂所在直流侧对应电容的位置，选择放电的开关状态为实际输出的开关状态；反之，若E₁0，且I_x0，则根据E₁所在直流侧对应电容的位置，使E₁充电的开关状态作为实际输出的开关状态，否则根据E₂所在位置选择E₂充电的开关状态为实际输出的开关状态，使直流侧的电容电压保持平衡。