[发明专利]三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制的方法及系统

说明书

本发明公开了一种三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制的方法及系统，包括：通过合理构建虚拟小矢量和中矢量，使得每个虚拟矢量在一个控制周期内中点电荷的变化量为零。同时构建虚拟矢量时将造成共模电压增大的矢量剔除，以保证输出电压的共模电压最小化。在以上的基础上加入中点电压平衡因子，通过实时检测上下电容的电压差和三相电流，来调节中点电压平衡因子，从而使得电荷流入或者流出中点来调节中点电压平衡。本发明由于合理构建虚拟矢量，同时加入中点电压平衡因子使得虚拟小矢量和中矢量均可变，该方法具有在减少共模电压的同时可以全调制比范围调节中点电压平衡的特点。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于可变虚拟矢量的三电平逆变器的中点电压控制和共模电压抑制的方法。

背景技术

与传统的两电平逆变器相比，三电平逆变器输出电压更接近正弦波，在相同的开关频率下输出波形谐波小，相同的条件下，等效开关频率高，开关损耗小，因此在中高压变频调速、有源电力滤波器和电力系统无功补偿等中高压大功率变换领域中得到广泛的应用。但三电平逆变器中存在固有的中点电压平衡问题。直流母线电容参数不一致、开关参数不一致、负载不平衡以及调制策略等都有可能引起中点电压不平衡。中点电压不平衡会导致输出电压波形发生畸变，降低电容的寿命，对整个逆变系统产生不良影响。

三电平逆变器分为I型三电平逆变器和T型三电平逆变器。I型三电平逆变器在每个桥臂上有四个IGBT，通过两个箝位二极管连接至母线电压中点，它具有更高的耐压；T型三电平逆变器在每个桥臂上只有两个IGBT，再通过两个IGBT连接至母线电压中点，其耐压与两电平逆变器一致。T型三电平逆变器比I型三电平逆变器少两个二极管，同时它需要更少的独立驱动电源。这两种三电平逆变器的控制策略基本是一致的。

实现中点电压平衡的控制策略的主要有两大类，一种是基于空间矢量的空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略，另一种是基于载波的正弦脉宽调制(SPWM)策略。SVPWM调制策略中，所有空间电压矢量按幅值大小可以分为大矢量、中矢量、小矢量和零矢量四类。其中小矢量具有冗余状态，每对冗余小矢量对中点电压的作用效果相反，因此一般可以通过调节正负小矢量的作用时间来调节中点电压平衡，但该方法中点电压平衡能力有限。同时又由于中矢量对于中点电压的影响和电流的方向有关，中矢量对中点电压的影响是不确定的，造成中点电压波动。

针对于冗余小矢量在高调制比下平衡能力有限，同时中矢量对中点电压的影响不定造成的中点电压波动问题，提出了可变虚拟中矢量法，但可变虚拟中矢量法在低调制比下由于虚拟中矢量的作用时间T_m较小，因此存在低调制比下对中点电压调节能力不足的问题。

在逆变器驱动电机系统中，逆变器输出的共模电压会造成很多危害，如损坏电机定子绝缘，与寄生电容相互作用产生共模漏电流形成共模干扰，漏电流过大会引起电机保护电路的误动作，因此有效降低逆变器输出共模电压对于电机的寿命长短有重要影响。

发明内容

本发明针对基于空间矢量的空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法现有技术的不足，提出了一种基于可变虚拟矢量的三电平逆变器的中点电压控制和共模电压抑制方法及系统，其目的是通过合理构建虚拟矢量，并引入可变虚拟小矢量和中矢量，根据上下电容电压差来调节平衡因子，能够在降低共模电压的同时实现全调制比范围内中点电压平衡。

本发明提供了一种三电平逆变器中点电压控制和共模电压抑制的方法，包括下述步骤：

(1)按照同时减少电压波动和抑制共模电压的原则构建新的虚拟矢量：

(2)根据实时检测的上、下电容的电压差和三相电流以及所述新的虚拟矢量来调节中点电压，并获得中点电压平衡因子；

(3)将所述中点电压平衡因子输入到SVPWM算法中获得相应的PWM序列，并根据所述PWM序列来控制开关管的开通和关断实现共模电压抑制。