[发明专利]一种三电平变换器中点电位平衡的控制方法

说明书

本发明公开了一种三电平变换器中点电位平衡的控制方法，通过谐波提取算法对中点电位中的交流波动信号进行跟踪放大，随后对所得的信号进行相位补偿，得到最优零序分量，然后与采用其他传统三电平变换器控制策略所得的三相正弦调制信号叠加，生成马鞍形调制波，用以控制电路的开关器件。本发明配合三电平变换器传统的并网、离网和整流等相关控制策略使用，获取频率3倍于基波频率且幅值为0.26倍调制比的正弦零序分量，此零序分量即为最优的注入量，能最大程度地抑制中点电位的低频交流波动分量，对中点电位波动进行有效的控制，提升电路器件的工作寿命，并实现对传统三电平变换器控制策略控制效果的有益加成，增强系统稳定运行的能力。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及应用于三电平变换器中的中点电位平衡控制方法。

背景技术

三电平变换器相对于传统的两电平变换器，具有可有效降低交流侧电流的谐波畸变率和减小开关管电压应力等优点。但由于电路非理想因素和电力器件个体差异性的存在，三电平变换器直流侧上、下母线电容实际的电压值存在偏差，引起中点电位不平衡。直流侧中点电位不平衡会造成以下几方面危害：(1)交流侧电压、电流中含低次谐波，影响变换器效率及性能；(2)功率开关器件承受的电压应力不一致，影响开关器件的正常工作甚至损坏开关器件；(3)降低直流侧母线电容的使用寿命。因此，解决中点电位不平衡是三电平变换器的关键问题之一。

目前三电平拓扑结构中点电位平衡的控制方法主要分为硬件和软件两大类。硬件法大多是通过外部增加独立直流电压源代替直流侧电容，可有效解决中点电位不平衡问题，但增加独立电压源会极大地增加了系统的成本和体积。软件法大多是通过优化调制技术来抑制直流侧中点电位波动，无需增加额外的硬件结构。常见的软件法主要有两种：一种是零序分量注入法，即向三相调制信号中注入零序分量，改变相应开关管的导通和关断时间，实现对中点电流的控制，从而间接抑制中点电位的交流波动；另一种是基于冗余小矢量调整的空间矢量脉冲宽度调制算法，即通过调整冗余小矢量在单个开关周期内的作用时间，从而抑制中点电位的波动。上述两种方法均能对中点电位波动起一定程度的抑制，但也存在相应的缺陷。

传统的零序分量注入算法通过向三相调制波中注入零序电压分量的方法来抵消中点电流中的交流分量，但零序电压分量的提取与注入量的多少难以精确控制，很难得到最优的零序分量，对中点电位波动的抑制效果有限。基于冗余小矢量调整的空间矢量脉冲宽度调制算法通过适当的调整冗余小矢量在单个调制周期内的作用时间，可以调节中点电位的平衡，但此方法只是定性的对中点电位偏差进行调整，对中点电位波动原理缺乏本质上的认识，对中点电位波动的调节范围有限，达不到最优的控制效果；同时，传统的空间矢量脉冲宽度调制算法存在很多的三角运算和扇区判断，需要预先存储大量的数据表格，实现起来较为复杂，若加入其余控制算法，如中点电位平衡算法，会进一步加大算法的实现难度，限制系统控制设计的灵活性。

三电平变换器中点电流主要含有三倍于基波频率的交流波动分量，导致直流侧上、下母线电容的电压存在差异。三电平变换器中点振荡电压V_dif可用算式表示，其幅值与变换器交流侧的输入/输出电流的幅值I_m、调制度m、母线电容的容值C和交流侧输入/输出电压的角频率ω有关。

向三相调制波中注入零序分量，能够抑制直流侧中点电流的谐波分量，从而间接地抑制中点电位波动。理想情况下，当调制波中含有频率3倍于基波频率且幅值为0.26倍调制比的正弦零序分量时，三电平变换器中点电位的交流波动将被抑制到最小。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术存在的缺陷，提出一种基于最优零序分量注入的中点电位平衡控制方法，配合三电平变换器传统的并网、离网和整流等相关控制策略使用，获取频率3倍于基波频率且幅值为0.26倍调制比的正弦零序分量，此零序分量即为最优的注入量，能最大程度地抑制中点电位的低频交流波动分量，对中点电位波动进行有效的控制，提升电路器件的工作寿命，并实现对传统三电平变换器控制策略控制效果的有益加成，增强系统稳定运行的能力。

本发明采用的技术方案具体如下：