[发明专利]一种二极管钳位型五电平逆变器均压控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二极管钳位型五电平逆变器均压控制方法，属于电力电子领域。

背景技术

在高压大容量电力电子应用方面，多电平变换器技术与两电平变换器相比具有电压等级更高、电压畸变率低、开关损耗小等优点，因此在高压电机调速、静止无功补偿、新型直流输电以及分布式发电等领域具有良好的应用前景。基本的多电平拓扑结构归纳起来有3种：H桥级联型、二极管钳位型和飞跨电容性。其中二极管钳位型多电平逆变器由于结构简单，无需复杂移相变压器而更具有应用前景。

二极管钳位型多电平存在的主要问题是直流侧电容电压不均衡，一个奇数次多电平会逐渐退变为三电平，而偶数次多电平会退变为两电平。其中二极管钳位型三电平变换器的电容均压研究已经相当成熟，利用冗余小矢量对中点电流的互补作用以及虚拟空间矢量方法等，而更高电平数的钳位型多电平直流侧电容电压平衡目前还没有成熟的方案。

二极管钳位型五电平逆变器矢量图由4个六边形中心嵌套组成，内层六边形含有6个有效矢量，每个矢量有4种冗余状态，而越外层六边形冗余矢量个数越少，其中最外层六边形的冗余矢量个数为零。当调制比较小时，传统基于目标函数优化最近三矢量SVM均压方法利用内两层六边形数量众多的冗余矢量进行均压，而随着调制比的增大，冗余矢量个数减少，算法对直流侧电容电压的控制变差，表现为调制比越高，功率因数越小，当调制比接近1时，逆变器几乎不能进行有功功率的输出，极大地限制了二极管钳位型五电平逆变器的应用。

发明内容

发明目的：本发明提出一种二极管钳位型五电平逆变器均压控制方法，实现了二极管钳位型五电平逆变器在高调制比情况下直流侧电容电压地平衡控制。

技术方案：本发明采用的技术方案为一种二极管钳位型五电平逆变器均压控制方法，包括以下步骤：

1）对三相五电平矢量图进行分解，划分成多个两电平矢量图和多个三角形区域，并将参考矢量转换到两电平矢量图中；

2）在每个三角形区域中找出多个矢量序列，并根据矢量序列的起始矢量将其分组；

3）根据电容充放电控制规律、电容电压状态以及矢量序列组别，得到矢量序列的选择规则。

作为本发明的又一种改进，所述步骤1）包括以下步骤：

1）以内六边形的6个顶点为中心将五电平矢量图分解为6个两电平矢量图，通过区域划分得到12个三角形区域；

2）根据参考矢量顶点的位置，判断参考矢量所在三角形区域，通过变换求出两电平矢量图新参考矢量。

作为本发明的一种改进，所述步骤2）包括以下步骤：

1）在每个三角形区域找出16个矢量序列，要求矢量序列在一个开关周期内最多动作两次；

2）根据矢量序列的起始矢量将16个矢量序列分为4组。

作为本发明的另一种改进，所述步骤3）包括以下步骤：

1）由二极管钳位型五电平逆变器对输出电平切换要求，判断选择矢量序列的组别；

2）判断控制电流的极性确定对电容的充放电控制；

3）根据电容电压确定电容电压的状态；

4）根据电容充放电控制规律、电容电压状态以及矢量序列组别，得到矢量序列的选择规则。

有益效果：本发明实现了二极管钳位型五电平逆变器在高调制比时直流侧电容电压的平衡控制，算法不受功率因数的影响。算法仅需进行简单的逻辑判断，实现简单，消耗的时间少。本发明所提出的控制方法还具有良好的动态性能，电容电压纹波小。

附图说明

图1为现有改进型二极管钳位型五电平主电路拓扑；

图2为三相五电平逆变器矢量图；

图3为冗余矢量主电路工作情况；

图4为扇区I矢量分解；

图5为区间划分与三角形分布；

图6为第一三角形矢量分布；

图7为矢量序列对应的驱动信号；

图8为M=0.93情况下的仿真波形；

图9为M=0.93情况下的实验结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。