專利名稱：一種用于三相三電平光伏并網(wǎng)逆變器的零序分量注入抑制中點(diǎn)電位波動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本發(fā)明涉及一種用于三相三電平光伏并網(wǎng)逆變器的零序分量注入抑制中點(diǎn)電位波動(dòng)方法，適用于三電平主電路的有源逆變和無源逆變場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
:近些年來，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工業(yè)、電力、交通、新能源及其它一些相關(guān)領(lǐng)域?qū)Υ笕萘侩娏﹄娮幼儞Q裝置的需求更加迫切。多電平逆變器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠避免功率器件直接串聯(lián)引起的動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}，同時(shí)降低電壓變化率、減小共模干擾、提高等效開關(guān)頻率、減少輸出電壓諧波分量，成為大功率有源、無源逆變領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。三電平電壓型逆變器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，所用器件相對(duì)較少，可靠性較高，因而成為最具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的多電平電路結(jié)構(gòu)。對(duì)于二極管箝位型的多電平逆變器，中點(diǎn)平衡問題是其存在的固有問題。兩串聯(lián)電容的連接點(diǎn)就是其電位中點(diǎn)，當(dāng)該點(diǎn)的電位發(fā)生波動(dòng)時(shí)，就出現(xiàn)了中點(diǎn)電位不平衡現(xiàn)象。中點(diǎn)電位的波動(dòng)會(huì)造成電容電壓的不對(duì)稱，這一方面會(huì)加劇交流輸出側(cè)電壓的畸變；另一方面會(huì)造成開關(guān)器件關(guān)斷時(shí)承受的電壓不一致，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致開關(guān)器件擊穿。所以，多電平逆變器的中點(diǎn)電位波動(dòng)必須要加以抑制
發(fā)明內(nèi)容
:技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提出一種用于三相三電平光伏并網(wǎng)逆變器的零序分量注入抑制中點(diǎn)電位波動(dòng)方法，一方面可以避免使用硬件箝位方案，另一方面提高了中點(diǎn)電位控制的可靠性和靈活性。技術(shù)方案:本發(fā)明用于三相三電平光伏并網(wǎng)逆變器的零序分量注入抑制中點(diǎn)電位波動(dòng)方法，對(duì)三角載波型PWM疊加適當(dāng)?shù)牧阈蚍至康木唧w實(shí)現(xiàn)過程為:1、分析三電平逆變器空間電壓矢量圖，在此基礎(chǔ)上將整個(gè)空間矢量圖按六個(gè)中矢量(即空間矢量圖中幅值介于大矢量和小矢量之間的電壓矢量，如PON，OPN等)進(jìn)行區(qū)域劃分，可以分為六個(gè)矢量工作扇區(qū)，如圖3所示。2、設(shè)任意一個(gè)三角載波PWM周期內(nèi)的工作情況如圖4所示，其中，va% vb*, V；為三相參考調(diào)制波，vcl, Vc2為三角載波，根據(jù)三角載波和參考調(diào)制波的比較關(guān)系，可以得到三相橋臂的開關(guān)狀態(tài)，也即對(duì)應(yīng)于三相橋臂的動(dòng)作時(shí)序。3、設(shè)合成目標(biāo)參考矢量的三個(gè)空間矢量POO(ONN)、PON, OON的作用時(shí)間分別是之^^^和2T2，T = Ts/2，系數(shù)k是Ttl的分配因子。在上述參量已知情況下可以得出SVPWM的隱含三相調(diào)制波函數(shù):va* = (k.^+T1) /T(I)
vb* = (k.To+Ti+T^/T-l (2)vc* = k.T0/T-l(3)
設(shè)Va、vb和V。為載波PWM模式下參考給定電壓信號(hào)，根據(jù)規(guī)則采樣及伏秒平衡原則，可以得出:T1 = (Va-Vc-1).T(4)T2 = (l-va+vb).T(5)T0 = T-T1-T2 = (l-vb+vc).T (6)將式⑷、(5)、(6)代入式⑴、⑵、(3)，可以得到:va* = va+vz(7)vb* = vb+vz (8)vc* = vc+vz (9)其中vz = (k-1).vc-k.va+2k_l (10)由式(10)可以看出，分配因子k在0 I之間變化，對(duì)應(yīng)于三角載波中零序分量Vz的變化，k可以是個(gè)定值，也可以是隨時(shí)間變化的量，隨著k取不同的值，產(chǎn)生的PWM模式也不同。4、假定參考電壓矢量位于第①扇區(qū)的C三角形中，其等效參考調(diào)制波、相應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)及電壓矢量如圖4 所示。假設(shè)此時(shí)系統(tǒng)控制需要疊加正的零序分量，若零序分量值較大，則可能使得三相參考調(diào)制波中的B相分量Vb*發(fā)生極性的變化，即由負(fù)變?yōu)檎?，則此時(shí)參考調(diào)制波、相應(yīng)開關(guān)狀態(tài)及電壓矢量用也將發(fā)生相應(yīng)的變化，具體的時(shí)序狀態(tài)如圖5所示。設(shè)vaz、vbz和Vra為疊加了系統(tǒng)控制所需零序分量后的參考給定電壓信號(hào)，由規(guī)則采樣及伏秒平衡原則，可以得出:Tlz = (l-vbz+vj.T(11)T2z = (vaz-vcz-l).T(12)T0z = T-T1-T2 = (l-vaz+vbz).T (13)并有vaz = va+vzc(14)vbz = vb+vzc(15)vcz = vc+vzc(16)其中，vzc是根據(jù)系統(tǒng)控制需要而注入的零序分量，Tlz, T2z, T0z為注入的零序分量后的相應(yīng)電壓矢量作用時(shí)間。5、通過對(duì)三電平逆變器中點(diǎn)電流的分析，我們知道欲使每個(gè)控制周期中直流電壓的變化為零，則需在一個(gè)控制周期Ts中控制流經(jīng)中點(diǎn)的平均中點(diǎn)電流為零，考慮圖4所示三相橋臂開關(guān)狀態(tài)，同時(shí)假定一個(gè)控制周期Ts內(nèi)三相負(fù)載電流不變，分別為Ia、Ib、I。，則可以得出當(dāng)參考矢量位于第①扇區(qū)C三角形中時(shí)，一個(gè)控制周期里平均中點(diǎn)電流為:Inp = -(Vac.Ia-Vbc.Ib-Vcc.Ic) (17)且有:vac = va*+v0(18)vbc = vb*+v0(19)vcc = vc*+v0(20)根據(jù)上一節(jié)的分析，將式(18)、(19)、(20)代入式(17)并令I(lǐng)np = 0，可得到:
權(quán)利要求
1.一種用于三相三電平光伏并網(wǎng)逆變器的零序分量注入抑制中點(diǎn)電位波動(dòng)方法，其特征在于對(duì)三角載波型PWM疊加適當(dāng)?shù)牧阈蚍至康木唧w實(shí)現(xiàn)過程: . 1、三電平逆變器主電路結(jié)構(gòu)如

圖1所示，其三相開關(guān)狀態(tài)可用圖2所示空間矢量圖說明，在此基礎(chǔ)上將整個(gè)空間矢量圖按六個(gè)中矢量(即空間矢量圖中幅值介于大矢量和小矢量之間的電壓矢量，如PON，OPN等)進(jìn)行區(qū)域劃分，可以分為六個(gè)矢量工作扇區(qū)，如圖3所/Jn ο. 2、設(shè)任意一個(gè)三角載波PWM周期內(nèi)的工作情況如圖4所示，其中，va%vb*, V；為三相參考調(diào)制波，vcl, Vc2為三角載波，根據(jù)三角載波和參考調(diào)制波的比較關(guān)系，可以得到三相橋臂的開關(guān)狀態(tài)，也即對(duì)應(yīng)于三相橋臂的動(dòng)作時(shí)序。從SVPWM的角度分析這個(gè)三相橋臂的動(dòng)作時(shí)序，可以發(fā)現(xiàn)該模式對(duì)應(yīng)于圖3所示第①扇區(qū)的C1三角形的空間矢量合成時(shí)序。 . 3、設(shè)合成目標(biāo)參考矢量的三個(gè)空間矢量POO(ONN)>PON, OON的作用時(shí)間分別是21^21^和2T2，T = Ts/2，系數(shù)k是Ttl的分配因子。在上述參量已知情況下可以得出SVPWM的隱含三相調(diào)制波函數(shù): V； = (k.VT1)/T(I) vb* = (k.WT2VT-1 (2) V； = k.T0/T-l(3) 設(shè)va、vb和V。為載波PWM模式下參考給定電壓信號(hào)，根據(jù)規(guī)則采樣及伏秒平衡原則，可以得出: Ti = (Va-Vc-1).T⑷ T2 = (l-va+vb).T(5)T0 = T-T1-T2 = (l-vb+vc).T (6) 將式⑷、(5)、(6)代入式⑴、⑵、(3)，可以得到: Va* = Va+Vz ⑵ vb* = Vb+Vz ⑶ V。* = Vc+Vz O) 其中vz = (k-1).vc-k.va+2k-l (10) 由式(10)可以看出，分配因子k在O I之間變化，對(duì)應(yīng)于三角載波中零序分量\的變化，k可以是個(gè)定值，也可以是隨時(shí)間變化的量，隨著k取不同的值，產(chǎn)生的PWM模式也不同。
.4、假定參考電壓矢量位于第①扇區(qū)的C三角形中，其等效參考調(diào)制波、相應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)及電壓矢量如圖4所示。假設(shè)此時(shí)系統(tǒng)控制需要疊加正的零序分量，若零序分量值較大，則可能使得三相參考調(diào)制波中的B相分量Vb*發(fā)生極性的變化，即由負(fù)變?yōu)檎?，則此時(shí)參考調(diào)制波、相應(yīng)開關(guān)狀態(tài)及電壓矢量用也將發(fā)生相應(yīng)的變化，具體的時(shí)序狀態(tài)如圖5所示。
設(shè)vaz、vbz和Vra為疊加了系統(tǒng)控制所需零序分量后的參考給定電壓信號(hào)，由規(guī)則采樣及伏秒平衡原則，可以得出: Tiz = (l-vbz+vj.T(11) T2z = (vaz-vcz-l).T(12)T0z = T-T1-T2 = (l-vaz+vbz).T (13)并有 Vaz = va+vzc (14) vbZ = vb+vzc (15) vCZ = Vc+Vzc(16) 其中，Vzc是根據(jù)系統(tǒng)控制需要而注入的零序分量，Tlz, T2z, T0z為注入的零序分量后的相應(yīng)電壓矢量作用時(shí)間。
將式(14)、(15)、(16)代入式(11)、(12)、(13)，可以得到: Tlz = (l-vb+vc).T(17) T2z = (va-vc-l).T(18)T0z = T-T1-T2 = (l-va+vb).T (19) 很顯然，這里的矢量作用時(shí)間Tlz、T2z、Ttlz不同于式(4) (5) (6)給出的作用時(shí)間。但仔細(xì)比較這兩種作用時(shí)間表達(dá)式，可以發(fā)現(xiàn)有如下規(guī)律:T1 = T2z = (Va-Vc-1).T (20)T2 = T0z = (l-va+vb).T (21)T0 = Tlz = (l-vb+vc).T (22) .5、通過對(duì)三電平逆變器中點(diǎn)電流的分析，我們知道欲使每個(gè)控制周期中直流電壓的變化為零，則需在一個(gè)控制周期Ts中控制流經(jīng)中點(diǎn)的平均中點(diǎn)電流為零，考慮圖4所示三相橋臂開關(guān)狀態(tài)，同時(shí)假定一個(gè)控制周期Ts內(nèi)三相負(fù)載電流不變，分別為Ia、Ib、Ic，則可以得出當(dāng)參考矢量位于第①扇區(qū)C三角形中時(shí)，一個(gè)控制周期里平均中點(diǎn)電流為:Inp = -(Vac.Ia-Vbc.Ib-Vcc.U (23) 且有: Vac = v:+v0 (24)Vbc = vb*+v0 (25) Vcc = v:+v0 (26) 根據(jù)上一節(jié)的分析，將式(24)、(25)、(26)代入式(23)并令I(lǐng)np = 0，可得到:
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三相三電平光伏并網(wǎng)逆變器中點(diǎn)電位平衡控制技術(shù)。在空間電壓矢量圖區(qū)域劃分的基礎(chǔ)上，提出了一種基于矢量分區(qū)概念的三電平SVPWM零序分量分析方法。研究結(jié)果表明對(duì)三電平SVPWM選擇適當(dāng)?shù)娜哂嚯妷菏噶靠梢酝ㄟ^對(duì)三角載波型PWM疊加適當(dāng)?shù)牧阈蚍至康刃?shí)現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上提出了一種新的基于零序分量疊加的中點(diǎn)電壓控制方法。所提出的零序分量分析方法直觀有效，物理意義清晰，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，不需要增加額外的硬件電路。
文檔編號(hào)H02M7/487GK103138619SQ20111039357
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者曹大鵬, 徐小勇, 趙磊 申請(qǐng)人:蘇州歐姆尼克新能源科技有限公司