一種基于六次諧波注入的逆變器中點(diǎn)電壓控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于六次諧波注入的逆變器中點(diǎn)電壓控制方法，包括以下步驟，一、將實(shí)時(shí)測量得到的逆變器的實(shí)際中點(diǎn)電壓值Unp與預(yù)設(shè)的中點(diǎn)電壓值U*np進(jìn)行比較得到中點(diǎn)電壓誤差值Unperr；二、將Unperr進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到所需注入的六次諧波幅值Uj6；三、對Uj6進(jìn)行限幅，得到幅值不超過m/4的U‘j6；四，幅值不超過m/4的U‘j6與原始的調(diào)制波uj的相位進(jìn)行乘法運(yùn)算得到注入的六次諧波的瞬時(shí)值uj6。五、注入的uj6與uj進(jìn)行相加運(yùn)算得到注入六次諧波后的調(diào)制波u‘j；六、u‘j與三角波進(jìn)行比較得到PWM波，PWM波對逆變器中點(diǎn)電壓進(jìn)行控制。本發(fā)明涉及參數(shù)少，只需檢測中點(diǎn)電壓，控制結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)方便。
【專利說明】-種基于六次諧波注入的逆變器中點(diǎn)電壓控制方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種逆變器中點(diǎn)電壓控制的方法及系統(tǒng)，具體的涉及一種基于六次諧 波注入的逆變器中點(diǎn)電壓控制方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 中點(diǎn)電壓平衡問題是二極管箝位式（NPC)三電平逆變器固有的突出問題。直流母 線電容參數(shù)不一致、負(fù)載不平衡以及不同的電路結(jié)構(gòu)和調(diào)制策略都有可能引起中點(diǎn)電壓不 平衡。中點(diǎn)電壓的不平衡將會(huì)引起輸出電壓的畸變，造成開關(guān)器件承受的電壓不一致，直流 側(cè)電容電壓的波動(dòng)會(huì)降低電容的壽命，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞開關(guān)器件和濾波電容。
[0003] 解決中點(diǎn)電壓不平衡的方法主要有基于硬件實(shí)現(xiàn)和基于軟件算法兩種，其中基于 硬件實(shí)現(xiàn)需要增設(shè)專門的電路，使系統(tǒng)變得復(fù)雜，同時(shí)也增加了成本，基于軟件算法主要是 在控制策略中加入中點(diǎn)電壓平衡算法，不需要對硬件做任何改動(dòng)。中點(diǎn)電壓平衡的軟件控 制策略的主要兩種，一種是基于空間矢量的SVPWM方法，另一種是基于載波的SPWM方法。因 為每對冗余小矢量對中點(diǎn)電壓的作用相反，因此在SVPWM調(diào)制方法中，調(diào)整正負(fù)小矢量的 相對作用時(shí)間是最常用的中點(diǎn)電壓控制方法，但是這種方法平衡能力有限，同時(shí)不利于向 更高電平逆變器擴(kuò)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種算法簡單、實(shí)現(xiàn)容易的基于六次諧波注入 的逆變器中點(diǎn)電壓控制方法及系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電壓的平衡。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種基于六次諧波注入的逆變器中點(diǎn) 電壓控制方法，包括以下步驟，
[0006] 步驟一，實(shí)時(shí)測量逆變器的實(shí)際中點(diǎn)電壓值Unp，并將實(shí)時(shí)測量得到的逆變器的實(shí) 際中點(diǎn)電壓值U np與預(yù)設(shè)的中點(diǎn)電壓值U\p進(jìn)行比較得到中點(diǎn)電壓誤差值Unpm ;
[0007] 步驟二，將得到的中點(diǎn)電壓誤差值Unpm進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到所需注入的六次 諧波幅值U j6 ;
[0008] 步驟三，對所需注入的六次諧波幅值Uj6進(jìn)行限幅，得到幅值不超過m/4的六次諧 波幅值U 'j6;
[0009] 步驟四，幅值不超過m/4的六次諧波幅值U、與原始的調(diào)制波+的相位進(jìn)行乘 法運(yùn)算得到注入的六次諧波的瞬時(shí)值U j6 ;
[0010] 步驟五，注入的六次諧波的瞬時(shí)值Uj6與原始的調(diào)制波Uj進(jìn)行相加運(yùn)算得到注入 六次諧波后的調(diào)制波u 'j;
[0011] 步驟六，注入六次諧波后的調(diào)制波u 與三角波進(jìn)行比較得到PWM波，PWM波對逆 變器中點(diǎn)電壓進(jìn)行控制。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過在調(diào)制波中注入諧波幅值mz限制在 0〈mz < m/4范圍內(nèi)的六次諧波，來實(shí)現(xiàn)對中點(diǎn)電壓的控制，具體實(shí)現(xiàn)為，實(shí)時(shí)測量中點(diǎn)電壓 Unp，并且與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果來確定所需注入諧波幅值，并得到新的含六次 諧波的調(diào)制波，將調(diào)整后的調(diào)制波與三角波進(jìn)行比較輸出PWM信號（脈沖寬度調(diào)制信號）， 以控制逆變器的開關(guān)管工作狀態(tài)，該方法涉及參數(shù)少，只需檢測中點(diǎn)電壓，控制結(jié)構(gòu)簡單， 實(shí)現(xiàn)方便。
[0013] 基于上述一種基于六次諧波注入的逆變器中點(diǎn)電壓控制方法，本發(fā)明還提供一種 基于六次諧波注入的逆變器中點(diǎn)電壓控制系統(tǒng)。
[0014] 一種基于六次諧波注入的逆變器中點(diǎn)電壓控制系統(tǒng)包括依次相連的比較器、比例 積分調(diào)節(jié)器、限幅器、乘法器、加法器和SPWM模塊，
[0015] 所述比較器用于對實(shí)時(shí)測量得到的逆變器的實(shí)際中點(diǎn)電壓值Unp與預(yù)設(shè)的中點(diǎn)電 壓值u\ p進(jìn)行比較得到中點(diǎn)電壓誤差值Unpm ;
[0016] 所述比例積分調(diào)節(jié)器用于對中點(diǎn)電壓誤差值Unpm經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)，得到所需注 入的六次諧波幅值Uj 6 ;
[0017] 所述限幅器用于對所需注入的六次諧波幅值％6進(jìn)行限幅，得到幅值不超過m/4的 六次諧波幅值U 'j6;
[0018] 所述乘法器用于對幅值不超過m/4的六次諧波幅值U、與原始的調(diào)制波+的相 位進(jìn)行乘法運(yùn)算得到注入的六次諧波的瞬時(shí)值u j6 ;
[0019] 所述加法器用于對注入的六次諧波的瞬時(shí)值u#與原始的調(diào)制波+進(jìn)行相加運(yùn)算 得到注入六次諧波后的調(diào)制波u 'j;
[0020] 所述SPWM模塊用于對注入六次諧波后的調(diào)制波u 'j與三角波進(jìn)行比較得到PWM 波。
[0021] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0022] 進(jìn)一步，還包括相位模塊，所述相位模塊與所述乘法器相連，所述相位模塊用于通 過運(yùn)算得到原始的調(diào)制波的相位，并將原始的調(diào)制波相位傳遞給乘法器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為所需調(diào)制的NPC型三電平逆變器的主電路的結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖2為三電平SPWM調(diào)制方案中載波與調(diào)制波的波形圖；
[0025] 圖2-1是以圖2中的波形圖為基礎(chǔ)的開關(guān)管的第一種輸出狀態(tài)圖；
[0026] 圖2-2是以圖2中的波形圖為基礎(chǔ)的開關(guān)管的第二種輸出狀態(tài)圖；
[0027] 圖2-3是以圖2中的波形圖為基礎(chǔ)的開關(guān)管的第三種輸出狀態(tài)圖；
[0028] 圖2-4是以圖2中的波形圖為基礎(chǔ)的開關(guān)管的第四種輸出狀態(tài)圖；
[0029] 圖2-5是以圖2中的波形圖為基礎(chǔ)的輸出相電壓波形圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明一種基于六次諧波注入的逆變器中點(diǎn)電壓控制的方法的流程圖；
[0031] 圖4為本發(fā)明一種基于六次諧波注入的逆變器中點(diǎn)電壓控制的方法改變調(diào)制波 的波形圖；
[0032] 圖5-1為本發(fā)明一種基于六次諧波注入的逆變器中點(diǎn)電壓控制的方法中調(diào)制比 為〇. 8的中點(diǎn)電壓控制效果圖；
[0033] 圖5-2為本發(fā)明一種基于六次諧波注入的逆變器中點(diǎn)電壓控制的方法中調(diào)制比 為〇. 4的中點(diǎn)電壓控制效果圖；
[0034] 圖6為本發(fā)明一種基于六次諧波注入的逆變器中點(diǎn)電壓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0036] 如圖1所示，圖1為三相NPC型三電平逆變器的主電路結(jié)構(gòu)圖，圖中輸入直流電壓 為U d。，中間直流支撐電容分別為C1, C2，電容兩端的電壓為Ucl, υ?，中點(diǎn)電壓為Unp，其值與Ue2 相同；在正常情況下，中點(diǎn)電壓不發(fā)生偏移，Unp = Udc;/2,但是由于支撐電容參數(shù)的不一致， 負(fù)載不平衡以及調(diào)制策略不同等原因，會(huì)使電容充放電不平衡，導(dǎo)致中點(diǎn)電壓波動(dòng)，中點(diǎn)電 壓波動(dòng)值dU。定義為dU。= Uel-Uc2。
[0037] 圖2為傳統(tǒng)的三電平SPWM調(diào)制方法中載波與調(diào)制波示意圖，圖2-1、2-2、2-3、2_4 均是以圖2中的波形為基礎(chǔ)的開關(guān)管的輸出狀態(tài)，圖2-5是以圖2中的波形圖為基礎(chǔ)的輸 出相電壓波形圖。每相輸出有"？"、"0"、"^'三種狀態(tài)。以3相為例，當(dāng)5 31，532開通，533,534 關(guān)斷時(shí)，Uatj = Udc;/2,用狀態(tài)"P"表示；當(dāng)Sa2, Sa3開通，Sal，Sa4關(guān)斷時(shí)，Uatj = 0,用狀態(tài)"0" 表示；當(dāng)Sa3，Sa4開通，Sal，S a2關(guān)斷時(shí)，Uatj = -Udc;/2,用狀態(tài)"N"表示。開關(guān)管Sal，Sa3的控制 信號互補(bǔ)，開關(guān)管S a2, Sa4的控制信號互補(bǔ)。在中點(diǎn)電壓偏移時(shí)，傳統(tǒng)的SPWM調(diào)制方法不能 消除或者抑制中點(diǎn)電壓偏移。
[0038] 本發(fā)明的基于六次諧波注入的三電平逆變器中點(diǎn)電壓控制方法，可以有效實(shí)現(xiàn)中 點(diǎn)電壓控制。圖3給出了本發(fā)明一種基于六次諧波注入的逆變器中點(diǎn)電壓控制方法的流程 圖，控制方法步驟如下：
[0039] 步驟一，實(shí)時(shí)測量逆變器的實(shí)際中點(diǎn)電壓值Unp，并將實(shí)時(shí)測量得到的逆變器的實(shí) 際中點(diǎn)電壓值U np與預(yù)設(shè)的中點(diǎn)電壓值U\p進(jìn)行比較得到中點(diǎn)電壓誤差值Unpm ;
[0040] 步驟二，將得到的中點(diǎn)電壓誤差值Unpm進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到所需注入的六次 諧波幅值Uj 6 ;
[0041] 在步驟二中，為構(gòu)建出用于閉環(huán)控制的注入六次諧波的調(diào)制法來實(shí)現(xiàn)對中點(diǎn)電壓 的控制，注入的六次諧波分量相位與原始的調(diào)制波相位相同，構(gòu)建的六次諧波表達(dá)式可由 下式確定：
[0042] uz = UaXubXucX (Ua-Ub) X (Ub-Uc) X (Uc-Ua) (1)

【權(quán)利要求】
1. 一種基于六次諧波注入的逆變器中點(diǎn)電壓控制方法，其特征在于：包括以下步驟， 步驟一，實(shí)時(shí)測量逆變器的實(shí)際中點(diǎn)電壓值unp，并將實(shí)時(shí)測量得到的逆變器的實(shí)際中 點(diǎn)電壓值unp與預(yù)設(shè)的中點(diǎn)電壓值u\p進(jìn)行比較得到中點(diǎn)電壓誤差值UnpOT ; 步驟二，將得到的中點(diǎn)電壓誤差值unp_進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到所需注入的六次諧波 幅值Uj6 ; 步驟三，對所需注入的六次諧波幅值U#進(jìn)行限幅，得到幅值不超過m/4的六次諧波幅 值 U 'J6; 步驟四，幅值不超過m/4的六次諧波幅值U、與原始的調(diào)制波+的相位進(jìn)行乘法運(yùn) 算得到注入的六次諧波的瞬時(shí)值uj6 ; 步驟五，注入的六次諧波的瞬時(shí)值與原始的調(diào)制波+進(jìn)行相加運(yùn)算得到注入六次 諧波后的調(diào)制波u 'j; 步驟六，注入六次諧波后的調(diào)制波u 與三角波進(jìn)行比較得到PWM波，PWM波對逆變器 中點(diǎn)電壓進(jìn)行控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于六次諧波注入的逆變器中點(diǎn)電壓控制方法，其特征 在于：所述所需注入的六次諧波的相位與所述原始的調(diào)制波相位相同。
3. -種基于六次諧波注入的逆變器中點(diǎn)電壓控制系統(tǒng)，其特征在于：包括依次相連的 比較器、比例積分調(diào)節(jié)器、限幅器、乘法器、加法器和SPWM模塊， 所述比較器用于對實(shí)時(shí)測量得到的逆變器的實(shí)際中點(diǎn)電壓值Unp與預(yù)設(shè)的中點(diǎn)電壓值 U\p進(jìn)行比較得到中點(diǎn)電壓誤差值Unpe" ; 所述比例積分調(diào)節(jié)器用于對中點(diǎn)電壓誤差值隊(duì)%^經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)，得到所需注入的 六次諧波幅值Uj6 ; 所述限幅器用于對所需注入的六次諧波幅值％6進(jìn)行限幅，得到幅值不超過m/4的六次 諧波幅值U 'j6; 所述乘法器用于對幅值不超過m/4的六次諧波幅值U、與原始的調(diào)制波+的相位進(jìn) 行乘法運(yùn)算得到注入的六次諧波的瞬時(shí)值uj6 ; 所述加法器用于對注入的六次諧波的瞬時(shí)值+_6與原始的調(diào)制波進(jìn)行相加運(yùn)算得到 注入六次諧波后的調(diào)制波u 'j; 所述SPWM模塊用于對注入六次諧波后的調(diào)制波u 與三角波進(jìn)行比較得到PWM波。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于六次諧波注入的逆變器中點(diǎn)電壓控制系統(tǒng)，其特征 在于：還包括相位模塊，所述相位模塊與所述乘法器相連，所述相位模塊用于通過運(yùn)算得到 原始的調(diào)制波的相位，并將原始的調(diào)制波相位傳遞給乘法器。
【文檔編號】H02M7/487GK104333252SQ201410584379
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】姜向龍, 段三丁, 程善美 申請人:合康變頻科技（武漢）有限公司