[发明专利]一种混合电平三相四桥臂变流器装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种混合电平三相四桥臂变流器装置及控制方法。它首先提出了一种基于混合电平的三相四桥臂变流器，A、B、C相桥臂为T型三电平结构，第四桥臂为两电平结构，该拓扑结构能够减小开关管和二极管数量，效率较高，成本降低；能提高直流侧电压利用率，且在零序和负序不平衡负载条件下具有良好的输出电压性能，电压不平衡度较低，中点平衡波动减小；据此变流器装置公开了一种虚拟同步发电机的控制方法,并采用一种混合电平三相四桥臂等效矢量调制算法，大大简化了调制算法，减小了计算量，提高了整体性能。

技术领域

本发明涉及一种三相四桥臂变流器装置及控制方法，尤其是一种混合电平三相四桥臂变流器装置及控制方法。

背景技术

近年来，随着新能源发电单元在电力系统的渗透率不断提升,其在电网中的角色将不断发生变化,新能源发电单元不紧需要向电网提供功率，还需能支撑电网或者组网运行。当离网运行时，三相负载时常运行在负载不对称情况下，此时如何控制三相电压的不平衡度成为一个关键问题。其中三相四桥臂结构相较于传统的三相桥式结构具有更好的不平衡运行能力，因而成为研究的一个热点。针对三相四桥臂拓扑结构及控制方法问题，国内外的专家学者们提出了一些方法，主要有：

题为“一种三电平三相四桥臂逆变器中点电位平衡策略”《电工技术学报》,朱婷婷，邓智泉，王晓琳，王宇,2012,27(6):77-82.的文章给出了一种中点电位平衡策略，在分析各种矢量对中点电位影响的基础上，通过合理选择和优化开关矢量，使单个采样周期内流过直流电容中点的平均电流严格为零，从而有效抑制了中点电位的漂移。拓扑结构复杂，效率相对较低，空间矢量调制算法复杂，不利于工程实现。

题为“Hybrid SHM SHE Modulat ion Technique for a Four-Leg NPC InverterWith DC Capacitor Self-Vol tage Balancing”，Mohammad Sharifzadeh,Hani Vahedi,Abdolreza Sheikholeslami，IEEE Transactions on Industrial Electronics,vol.62,pp.4890-4899,2015(具有直流侧电压自平衡的四桥臂NPC逆变器SHM SHE混合调制技术，IEEE TRANSACTIONS-工业电子，2015年底62卷第4890-4899页)的文章给出了一种特定谐波消弱和特定谐波消除的混合三电平调制算法，此算法动态响应较差，无法满足输出电压的电能质量要求。

题为“A New Space-Vector-Modulation Algorithm for a Three-Level Four-Leg NPC Inverter”，Felix Rojas,Ralph Kennel，《IEEE Transactions on EnergyConversion》，2016，(《新型三电平三相四桥臂逆变器空间矢量算法》，《IEEETransactions-能源变换》，2016年)的文章给出了一种3D-SVM空间矢量调制算法，可以减小直流侧电压波动，然而调制算法复杂，计算量较大。

总之，现有三相四桥臂拓扑结构复杂，基于两电平结构的四桥臂在不平衡等负载条件下直流侧电压中点电位波动较小，然而两电平结构交流侧滤波电感较大，成本较高，基于三电平的四桥臂拓扑所需电感较小，效率较高，然而结构复杂，直流侧电压在不平衡负载条件下波动较大，调制算法复杂，计算量较大，不利于工程实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，针对三相四桥臂拓扑结构复杂、调制算法复杂计算量大，直流侧电压波动等问题，提供一种混合电平三相四桥臂变流器装置及控制方法。

本发明的目的是这样实现的。

本发明提供了一种混合电平三相四桥臂变流器装置，包括：直流部分，三相四桥臂、输出滤波电路以及负载与电网，其中：