[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

说明书

五电平NPC变换器低调制度直流侧电容电压自平衡方法，首先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；其次计算每个参考电压矢量V_ref的作用时间；然后检测五电平变换器直流侧四个电容对应的电压值，计算其与1/4U_dc的电压偏差值，确定出两个较大电压偏差值对应的直流侧电容的位置；最后根据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，不断对电容进行充放电使其保持平衡。本发明公开的方法与模型预测相比，快速性得到了很大的提高，并且抑制由于非调制因素引起的直流电容电压波动和不平衡问题。

技术领域

本发明属于电力电子与电力系统技术领域，具体涉及一种五电平NPC变换器低调制度直流侧电容电压自平衡方法。

背景技术

在目前应用的多电平拓扑中，NPC型拓扑因其结构简单、性价比高应用最为广泛。特别是三电平NPC拓扑，已经广泛应用于各种3kV以下的中低压领域，极大改善了电力电子设备的输出性能。在6kV以上的中高压领域，五电平NPC拓扑是一种极具竞争力的拓扑，拥有广泛的应用前景。在多电平NPC变换器的相关研究内容中，直流电容电压的平衡控制具有突出的重要性。如果直流电容电压出现不平衡，不仅会影响电路的输出电压波形，还会破坏多电平电路的安全稳定运行。

目前对于多电平NPC变换器的直流电容电压平衡控制的已经取得一定的研究成果。例如：(1)一种多电平变换器电容电压平衡优化SVPWM算法，该算法通过预测不同开关状态下直流侧结点电压偏差，建立目标函数并对其寻优，在每个开关周期选取最优的开关组合达到结点电压平衡；(2)通过构造七段式和五段式矢量序列为基础，根据参考矢量所在三角形，提出两种矢量序列切换规则，解决了5L-DCC基于目标函数优化均压算法矢量序列的切换及优化选择问题；现有公开的方法虽然能够实现在低调制度下的直流侧电容电压平衡，但是现有方法的快速性仍有待提高。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种五电平NPC变换器低调制度直流侧电容电压自平衡方法，解决了现有方法在直流侧电容电压自平衡控制过程中调制速度较慢的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，五电平NPC变换器低调制度直流侧电容电压自平衡方法，具体操作过程包括如下步骤：

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，分别记为V_C1、V_C2、V_C3、V_C4，分别计算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。

本发明的其他特点还在于，

步骤1中判断参考电压矢量V_ref所在的区域，依据如式(1)所示：