[发明专利]一种中点箝位型多电平变换器及其调制方法、系统和装置

说明书

本发明公开了一种中点箝位型多电平变换器及其调制方法、系统和装置，基于多电平变换器的网侧参考电压、用于控制NPV平衡的中点电压补偿项及用于控制开关动作次数的占空比调节项，构造用于计算多电平变换器的各开关占空比的数学关系式；在多电平变换器进入工作时，根据数学关系式计算得到多电平变换器的各开关对应的占空比；根据多电平变换器的各开关对应的占空比相应控制各开关的通断。可见，本申请计算开关占空比的数学关系式中直接包含有中点电压补偿项和占空比调节项，通过中点电压补偿项可保证NPV平衡，此调制策略具有参数鲁棒性，在电容参数不匹配时仍能保证NPV平衡；通过占空比调节项可控制开关动作次数，以降低电路损耗。

技术领域

本发明涉及多电平变换器领域，特别是涉及一种中点箝位型多电平变换器及其调制方法、系统和装置。

背景技术

多电平变换器因其能减小开关应力、输出更多电平以改善输出电压谐波失真率而备受关注。其中，像T型变换器和二极管箝位型变换器这些NPC(Neutral point clamped，中性点箝位)三电平变换器，被广泛应用于风能和太阳能转换、交流驱动等领域。

NPC三电平变换器运行的关键问题是NPV(Neutral point voltage，中性点电压，指的是变换器直流侧两分立电容的中点电压)平衡，但在某些特定工作条件下(如非线性、不平衡负载、高调制指数及低功率因数)，会存在低频NPV振荡。目前，NPV的平衡控制方法主要分为两类：硬件方法和软件方法；其中，硬件方法需通过修改电路拓扑结构来实现；软件方法需通过开发适当的调制策略来实现。软件方法因不会增加系统硬件成本、重量及尺寸而更具优势。

现有技术中，NPC三电平变换器最常用的调制策略是SVM(Space VectorModulation，空间矢量调制)策略。而对于SVM策略，最常用的NPV平衡控制方法是相邻三矢量法和虚拟矢量法；其中，相邻三矢量法在高调制指数或低功率因数的特定工作条件下无效，且消除低频NPV振荡的效果较差；虚拟矢量法虽然在不同特定工作条件下均有效，但虚拟矢量法只能适用于变换器直流侧的两分立电容参数匹配(即两分立电容的容值相等)的场景，一旦两分立电容参数不匹配，会导致NPV失衡，因此还需额外的控制环调节两分立电容的参数，增加控制难度。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种中点箝位型多电平变换器及其调制方法、系统和装置，计算开关占空比的数学关系式中直接包含有中点电压补偿项和占空比调节项，通过中点电压补偿项可保证NPV平衡，此调制策略具有参数鲁棒性，在电容参数不匹配时仍能保证NPV平衡；通过占空比调节项可控制开关动作次数，如使每开关周期中至少有一个开关不动作，以减少开关动作次数，降低电路损耗。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种中点箝位型多电平变换器的调制方法，包括：

基于多电平变换器的网侧参考电压、用于控制所述多电平变换器的NPV平衡的中点电压补偿项及用于控制所述多电平变换器的开关动作次数的占空比调节项，构造用于计算所述多电平变换器的各开关占空比的数学关系式；

在所述多电平变换器进入工作时，根据所述数学关系式计算得到所述多电平变换器的各开关对应的占空比；

根据所述多电平变换器的各开关对应的占空比，相应控制所述多电平变换器的各开关的通断。

优选地，所述多电平变换器为三电平变换器；

构造用于计算所述多电平变换器的各开关占空比的数学关系式的过程，包括：

构造用于计算所述三电平变换器的各开关占空比的数学关系式