本發(fā)明涉及電力電子功率變換器調(diào)制控制領(lǐng)域，尤其是一種不平衡工況下并聯(lián)三相四橋臂逆變器的運(yùn)行及其控制方法。

背景技術(shù)：

目前在并聯(lián)系統(tǒng)中人們研究最為廣泛的是三相三橋臂逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，但是在實(shí)際生活中，需要逆變器具有同時向平衡負(fù)載、不平衡負(fù)載、線性負(fù)載和非線性負(fù)載供電的能力，而傳統(tǒng)的三相三橋臂逆變器帶不平衡負(fù)載時會造成輸出電壓不平衡的現(xiàn)象。此時需要輸出具有共地端，即要求三相四線輸出。

三相四橋臂逆變器以其優(yōu)越性受到人們的廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，三相四橋臂逆變器是在普通三橋臂逆變器的基礎(chǔ)上增加一個橋臂控制中性點(diǎn)電壓從而產(chǎn)生三相獨(dú)立電壓，具有帶不平衡負(fù)載的能力。該拓?fù)渚哂兄绷麟妷豪寐矢?，直流?cè)輸入電容小等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)三相四橋臂逆變器帶不平衡負(fù)載時，不僅需要對逆變器正序電流進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)正序電流按逆變器容量分配，還需要實(shí)現(xiàn)逆變器負(fù)序電流和零序電流按逆變器容量分配。而常規(guī)的三相三橋臂逆變器并聯(lián)系統(tǒng)只可以帶平衡負(fù)載而不可以帶不平衡負(fù)載，因此系統(tǒng)中沒有負(fù)序電流和零序電流，此時，只需完成對正序電流的控制即可，不需要對負(fù)序電流和零序電流進(jìn)行控制。因此，并聯(lián)三相四橋臂逆變器系統(tǒng)的控制重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)逆變器負(fù)序和零序電流的控制。

目前，對并聯(lián)三相四橋臂逆變器的控制主要有以下幾種控制方法：①采用中央控制器控制逆變器交流母線電壓，并通過CAN通信將電流指令分配到各個并聯(lián)逆變器中，從而實(shí)現(xiàn)在不平衡工況下各個并聯(lián)三相四橋臂逆變器的穩(wěn)定運(yùn)行，但是這類控制方法需要通信線進(jìn)行信息傳輸；②采用正序功率下垂控制與負(fù)序、零序虛擬阻抗的電流均分策略相結(jié)合的控制實(shí)現(xiàn)對并聯(lián)三相四橋臂逆變器的控制；③采用傳統(tǒng)的下垂控制將逆變器輸出功率經(jīng)過低通濾波器再經(jīng)過下垂控制和三維空間矢量調(diào)制對并聯(lián)三相四橋臂器進(jìn)行控制，但是此方法忽略了負(fù)序電流分量和零序電流分量對系統(tǒng)造成的影響。

上述控制策略雖然能夠?qū)崿F(xiàn)并聯(lián)三相四橋臂逆變器的穩(wěn)定運(yùn)行，但造成并聯(lián)三相四橋臂逆變器的調(diào)制和控制復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性降低以致影響了該類逆變器的推廣及使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)對并聯(lián)三相四橋臂逆變器正負(fù)序電流和零序電流的控制、易于兼容的不平衡工況下并聯(lián)三相四橋臂逆變器的雙下垂控制方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案：本發(fā)明所述三相四橋臂逆變器是由直流電壓源V_dc1、三相四橋臂逆變器、LC濾波器、線路阻抗Z_line1和負(fù)載R依次連接構(gòu)成的一組逆變器系統(tǒng)，所述并聯(lián)三相四橋臂結(jié)構(gòu)是將每一組逆變器系統(tǒng)依次級聯(lián)構(gòu)成；

所述控制方法分為兩部分：

第一部分為并聯(lián)三相四橋臂逆變器的前三橋臂的控制，對逆變器輸出電壓和正序電流分量使用下垂控制和內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)，對負(fù)序電流分量在負(fù)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行變換得到直流量再與逆變器的電壓進(jìn)行功率計算得到類功率，類功率再經(jīng)過下垂控制和內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)，兩個下垂控制生成的調(diào)制波作為并聯(lián)三相四橋臂逆變器前三橋臂的調(diào)制波來控制并聯(lián)三相四橋臂逆變器的前三橋臂，實(shí)現(xiàn)正序電流和負(fù)序電流的分配；

第二部分為并聯(lián)三相四橋臂逆變器的第四橋臂的控制，對第四橋臂電流進(jìn)行積分控制再經(jīng)過虛擬阻抗獲得第四橋臂的調(diào)制信號來控制第四橋臂。

進(jìn)一步的，所述并聯(lián)三相四橋臂結(jié)構(gòu)由三相四橋臂逆變器A和三相四橋臂逆變器B并聯(lián)組成；所述三相四橋臂逆變器A由直流電壓源V_dc1、第一開關(guān)管S_a1、第二開關(guān)管S_a2、第三開關(guān)管S_a3、第四開關(guān)管S_a4、第五開關(guān)管S_a5、第六開關(guān)管S_a6、第七開關(guān)管S_a7、第八開關(guān)管S_a8、第一電感L_a1、第二電感L_b1、第三電感L_c1、第四電感L_n1、第一電容C_a1、第二電容C_b1、第三電容C_c1、第一阻抗Z_La1、第二阻抗Z_Lb1、第三阻抗Z_Lc1、第四阻抗Z_Ln1、第一負(fù)載R_a、第二負(fù)載R_b、第三負(fù)載R_c組成；

直流電壓源V_dc1的正極分別與第一開關(guān)管S_a1、第三開關(guān)管S_a3、第五開關(guān)管S_a5、第七開關(guān)管S_a7的集電極相連，直流電壓源V_dc1的負(fù)極分別與第二開關(guān)管S_a2、第四開關(guān)管S_a4、第六開關(guān)管S_a6、第八開關(guān)管S_a8的發(fā)射極相連；

第一開關(guān)管S_a1的發(fā)射極與第二開關(guān)管S_a2的集電極相連后與第一電感L_a1的一端相連組成第一橋臂，第一電感L_a1的另一端分別與第一阻抗Z_La1的一端、第一電容C_a1的一端相連，第一阻抗Z_La1的另一端與第一負(fù)載R_a的一端相連，第一負(fù)載R_a的另一端分別與第二負(fù)載R_b、第三負(fù)載R_c、第四阻抗Z_Ln1相連，第一電容C_a1的另一端分別與第二電容C_b1、第三電容C_c1、第四電感L_n1一端、第四阻抗另一端相連；

第三開關(guān)管S_a3的發(fā)射極與第四開關(guān)管S_a4的集電極相連后與第二電感L_b1的一端相連組成第二橋臂，第二電感L_b1的另一端分別與第二阻抗Z_Lb1的一端、第二電容C_b1的一端相連，第二阻抗Z_Lb1的另一端與第二負(fù)載R_b的一端相連，第二負(fù)載R_b的另一端分別與第一負(fù)載R_a、第三負(fù)載R_c、第四阻抗Z_Ln1相連；第二電容C_b1的另一端分別與第一電容C_a1、第三電容C_c1、第四電感L_n1一端、第四阻抗Z_Ln1另一端相連；

第五開關(guān)管S_a5的發(fā)射極與第六開關(guān)管S_a6的集電極相連后與第三電感L_c1的一端相連組成第三橋臂，第三電感L_c1的另一端分別與第三阻抗Z_Lc1的一端、第三電容C_c1的一端相連，第三阻抗Z_Lc1的另一端與第三負(fù)載R_c的一端相連，第三負(fù)載R_c的另一端分別與第一負(fù)載R_a、第二負(fù)載R_b、第四阻抗Z_Ln1相連；第三電容C_c1的另一端分別與第一電容C_a1、第二電容C_b1、第四電感L_n1一端、第四阻抗Z_Ln1另一端相連；

第七開關(guān)管S_a7的發(fā)射極與第八開關(guān)管S_a8的集電極相連后與第四電感L_n1的一端相連組成第四橋臂，第四電感L_n1的另一端分別與第四阻抗Z_Ln1、第一電容C_a1、第二電容C_b1、第三電容C_c1的一端相連，第四阻抗Z_Ln1的另一端分別與第一負(fù)載R_a、第二負(fù)載R_b、第三負(fù)載R_c的一端相連；

所述三相四橋臂逆變器B由直流電壓源V_dc2、第一開關(guān)管S_b1、第二開關(guān)管S_b2、第三開關(guān)管S_b3、第四開關(guān)管S_b4、第五開關(guān)管S_b5、第六開關(guān)管S_b6、第七開關(guān)管S_b7、第八開關(guān)管S_b8、第一電感L_a2、第二電感L_b2、第三電感L_c2、第四電感L_n2、第一電容C_a2、第二電容C_b2、第三電容C_c2、第一阻抗Z_La2、第二阻抗Z_Lb2、第三阻抗Z_Lc2、第四阻抗Z_Ln2組成；

直流電壓源V_dc2的正極分別與第一開關(guān)管S_b1、第三開關(guān)管S_b3、第五開關(guān)管S_b5、第七開關(guān)管S_b7的集電極相連，直流電壓源V_dc2的負(fù)極分別與第二開關(guān)管S_b2、第四開關(guān)管S_b4、第六開關(guān)管S_b6、第八開關(guān)管S_b8的發(fā)射極相連；

第一開關(guān)管S_b1的發(fā)射極與第二開關(guān)管S_b2的集電極相連后與第一電感L_a2的一端相連組成第一橋臂，第一電感L_a2的另一端分別與第一阻抗Z_La2的一端、第一電容C_a2的一端相連，第一阻抗Z_La2的另一端分別與第一負(fù)載R_a的一端、逆變器A中第一阻抗Z_La1的一端相連，第一電容C_a2的另一端分別與第二電容C_b2、第三電容C_c2、第四電感L_n1一端、第四阻抗Z_Ln2一端相連；

第三開關(guān)管S_b3的發(fā)射極與第四開關(guān)管S_b4的集電極相連后與第二電感L_b2的一端相連組成第二橋臂，第二電感L_b2的另一端分別與第二阻抗Z_Lb2的一端、第二電容C_b2的一端相連，第二阻抗Z_Lb2的另一端分別與逆變器A中的第二阻抗一端Z_Lb1、第二負(fù)載R_b一端相連；第二電容C_b2的另一端分別與第一電容C_a2、第三電容C_c2、第四電感L_n1一端、第四阻抗Z_Ln2一端相連；

第五開關(guān)管S_b5的發(fā)射極與第六開關(guān)管S_b6的集電極相連后與第三電感L_c2的一端相連組成第三橋臂，第三電感L_c2的另一端分別與第三阻抗Z_Lc2的一端、第三電容C_c2的一端相連，第三阻抗Z_Lc2的另一端分別與逆變器A中的第三阻抗Z_Lc1一端、第三負(fù)載R_c的一端相連；第三電容C_c2的另一端分別與第一電容C_a2、第二電容C_b2、第四電感L_n1一端、第四阻抗Z_Ln2一端相連；

第七開關(guān)管S_b7的發(fā)射極與第八開關(guān)管S_b8的集電極相連后與第四電感L_n2的一端相連組成第四橋臂，第四電感L_n2的另一端分別與第四阻抗Z_Ln2、第一電容C_a2、第二電容C_b2、第三電容C_c2的一端相連，第四阻抗Z_Ln2的另一端分別與逆變器A中第四阻抗Z_Ln1一端、第一負(fù)載R_a、第二負(fù)載R_b、第三負(fù)載R_c一端相連；

逆變器A的第一橋臂與逆變器B的第一橋臂并聯(lián)；逆變器A的第二橋臂與逆變器B的第二橋臂并聯(lián)；逆變器A的第三橋臂與逆變器B的第三橋臂并聯(lián)；逆變器A的第四橋臂與逆變器B的第四橋臂并聯(lián)；以此類推組成依次級聯(lián)的三相四橋臂結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、實(shí)現(xiàn)了三相四橋臂逆變器在并聯(lián)運(yùn)行時各序電流按逆變器容量分配，減小了并聯(lián)三相四橋臂逆變器之間的環(huán)流，通過雙下垂控制思想實(shí)現(xiàn)了對并聯(lián)三相四橋臂逆變器的各序輸出電流按并聯(lián)逆變器容量分配，并且在不平衡工況下可以輸出平衡的三相電壓。

2、可以使并聯(lián)三相四橋臂逆變器前三橋臂與第四橋臂之間的控制相互獨(dú)立、互不干擾，可以使系統(tǒng)控制簡單，與傳統(tǒng)的三相逆變器的控制易于兼容。

附圖說明

圖1是本發(fā)明并聯(lián)三相四橋臂逆變器的主電路拓?fù)鋱D。

圖2是本發(fā)明三相四橋臂逆變器控制結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明并聯(lián)三相四橋臂逆變器前三橋臂逆變器控制框圖。

圖4是本發(fā)明并聯(lián)三相四橋臂逆變器第四橋臂逆變器控制框圖。

圖5是本發(fā)明并聯(lián)三相四橋臂逆變器整體控制策略框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

圖1為并聯(lián)三相四橋臂逆變器主電路拓?fù)?，該拓?fù)溆芍绷麟妷涸?、三相四橋臂逆變器、LC濾波器、線路阻抗和負(fù)載依次連接構(gòu)成一組逆變器系統(tǒng)，并聯(lián)三相四橋臂結(jié)構(gòu)是將每一組逆變器系統(tǒng)依次級聯(lián)構(gòu)成的。所述三相四橋臂逆變器A由直流電壓源V_dc1、第一開關(guān)管S_a1、第二開關(guān)管S_a2、第三開關(guān)管S_a3、第四開關(guān)管S_a4、第五開關(guān)管S_a5、第六開關(guān)管S_a6、第七開關(guān)管S_a7、第八開關(guān)管S_a8、第一電感L_a1、第二電感L_b1、第三電感L_c1、第四電感L_n1、第一電容C_a1、第二電容C_b1、第三電容C_c1、第一阻抗Z_La1、第二阻抗Z_Lb1、第三阻抗Z_Lc1、第四阻抗Z_Ln1、第一負(fù)載R_a、第二負(fù)載R_b、第三負(fù)載R_c組成；

直流電壓源V_dc1的正極分別與第一開關(guān)管S_a1、第三開關(guān)管S_a3、第五開關(guān)管S_a5、第七開關(guān)管S_a7的集電極相連，直流電壓源V_dc1的負(fù)極分別與第二開關(guān)管S_a2、第四開關(guān)管S_a4、第六開關(guān)管S_a6、第八開關(guān)管S_a8的發(fā)射極相連；

第一開關(guān)管S_a1的發(fā)射極與第二開關(guān)管S_a2的集電極相連后與第一電感L_a1的一端相連組成第一橋臂，第一電感L_a1的另一端分別與第一阻抗Z_La1的一端、第一電容C_a1的一端相連，第一阻抗Z_La1的另一端與第一負(fù)載R_a的一端相連，第一負(fù)載R_a的另一端分別與第二負(fù)載R_b、第三負(fù)載R_c、第四阻抗Z_Ln1相連，第一電容C_a1的另一端分別與第二電容C_b1、第三電容C_c1、第四電感L_n1一端、第四阻抗Z_Ln1另一端相連；

第三開關(guān)管S_a3的發(fā)射極與第四開關(guān)管S_a4的集電極相連后與第二電感L_b1的一端相連組成第二橋臂，第二電感L_b1的另一端分別與第二阻抗Z_Lb1的一端、第二電容C_b1的一端相連，第二阻抗Z_Lb1的另一端與第二負(fù)載R_b的一端相連，第二負(fù)載R_b的另一端分別與第一負(fù)載R_a、第三負(fù)載R_c、第四阻抗Z_Ln1相連；第二電容C_b1的另一端分別與第一電容C_a1、第三電容C_c1、第四電感L_n1一端、第四阻抗Z_Ln1另一端相連；

第五開關(guān)管S_a5的發(fā)射極與第六開關(guān)管S_a6的集電極相連后與第三電感L_c1的一端相連組成第三橋臂，第三電感L_c1的另一端分別與第三阻抗Z_Lc1的一端、第三電容C_c1的一端相連，第三阻抗Z_Lc1的另一端與第三負(fù)載R_c的一端相連，第三負(fù)載R_c的另一端分別與第一負(fù)載R_a、第二負(fù)載R_b、第四阻抗Z_Ln1相連；第三電容C_c1的另一端分別與第一電容C_a1、第二電容C_b1、第四電感L_n1一端、第四阻抗Z_Ln1另一端相連；

第七開關(guān)管S_a7的發(fā)射極與第八開關(guān)管S_a8的集電極相連后與第四電感L_n1的一端相連組成第四橋臂，第四電感L_n1的另一端分別與第四阻抗Z_Ln1、第一電容C_a1、第二電容C_b1、第三電容C_c1的一端相連，第四阻抗Z_Ln1的另一端分別與第一負(fù)載R_a、第二負(fù)載R_b、第三負(fù)載R_c的一端相連；

所述三相四橋臂逆變器B由直流電壓源V_dc2、第一開關(guān)管S_b1、第二開關(guān)管S_b2、第三開關(guān)管S_b3、第四開關(guān)管S_b4、第五開關(guān)管S_b5、第六開關(guān)管S_b6、第七開關(guān)管S_b7、第八開關(guān)管S_b8、第一電感L_a2、第二電感L_b2、第三電感L_c2、第四電感L_n2、第一電容C_a2、第二電容C_b2、第三電容C_c2、第一阻抗Z_La2、第二阻抗Z_Lb2、第三阻抗Z_Lc2、第四阻抗Z_Ln2組成；

直流電壓源V_dc2的正極分別與第一開關(guān)管S_b1、第三開關(guān)管S_b3、第五開關(guān)管S_b5、第七開關(guān)管S_b7的集電極相連，直流電壓源V_dc2的負(fù)極分別與第二開關(guān)管S_b2、第四開關(guān)管S_b4、第六開關(guān)管S_b6、第八開關(guān)管S_b8的發(fā)射極相連；

第一開關(guān)管S_b1的發(fā)射極與第二開關(guān)管S_b2的集電極相連后與第一電感L_a2的一端相連組成第一橋臂，第一電感L_a2的另一端分別與第一阻抗Z_La2的一端、第一電容C_a2的一端相連，第一阻抗Z_La2的另一端分別與第一負(fù)載R_a的一端、逆變器A中第一阻抗Z_La1的一端相連，第一電容C_a2的另一端分別與第二電容C_b2、第三電容C_c2、第四電感L_n1一端、第四阻抗Z_Ln2一端相連；

第三開關(guān)管S_b3的發(fā)射極與第四開關(guān)管S_b4的集電極相連后與第二電感L_b2的一端相連組成第二橋臂，第二電感L_b2的另一端分別與第二阻抗Z_Lb2的一端、第二電容C_b2的一端相連，第二阻抗Z_Lb2的另一端分別與逆變器A中的第二阻抗Z_Lb1一端、第二負(fù)載R_b一端相連；第二電容C_b2的另一端分別與第一電容C_a2、第三電容C_c2、第四電感L_n1一端、第四阻抗Z_Ln2一端相連；

第五開關(guān)管S_b5的發(fā)射極與第六開關(guān)管S_b6的集電極相連后與第三電感L_c2的一端相連組成第三橋臂，第三電感L_c2的另一端分別與第三阻抗Z_Lc2的一端、第三電容C_c2的一端相連，第三阻抗Z_Lc2的另一端分別與逆變器A中的第三阻抗Z_Lc1一端、第三負(fù)載R_c的一端相連；第三電容C_c2的另一端分別與第一電容C_a2、第二電容C_b2、第四電感L_n1一端、第四阻抗Z_Ln2一端相連；

第七開關(guān)管S_b7的發(fā)射極與第八開關(guān)管S_b8的集電極相連后與第四電感L_n2的一端相連組成第四橋臂，第四電感L_n2的另一端分別與第四阻抗Z_Ln2、第一電容C_a2、第二電容C_b2、第三電容C_c2的一端相連，第四阻抗Z_Ln2的另一端分別與逆變器A中第四阻抗一端、第一負(fù)載R_a、第二負(fù)載R_b、第三負(fù)載R_c一端相連。

圖2為三相四橋臂逆變器控制結(jié)構(gòu)圖，圖中k＝+，-，0。i^k、分別為正序、負(fù)序、和零序的輸出電壓、參考電壓、電感電流與逆變器輸出電流。G_V(s)為電壓控制環(huán)的傳遞函數(shù)，G_I(s)為電流控制環(huán)的傳遞函數(shù)，G_PWM(s)為PWM的等效增益。由于并聯(lián)三相四橋臂逆變器輸出電壓為平衡的，因此輸出電壓中只有正序電壓分量，負(fù)序電壓分量和零序電壓的分量都為零。因此利用對稱分量法可以將并聯(lián)三相四橋臂逆變器的正序、負(fù)序和零序分別進(jìn)行控制。

圖3為并聯(lián)三相四橋臂逆變器的前三橋臂控制框圖。首先對逆變器輸出三相電流i_abc利用對稱分量法分離出正序電流分量和負(fù)序電流分量然后對逆變器輸出電壓u_abc在正同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行變換得到直流量與正序電流分量在正同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行變換得到直流量進(jìn)行功率計算，得到功率PQ¹，再通過下垂控制和內(nèi)環(huán)控制得到參考電壓負(fù)序電流分量在負(fù)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行變換得到直流量與逆變器輸出電壓u_abc在正同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行變換得到直流量進(jìn)行功率計算，得到的功率PQ²，但PQ²并不是實(shí)際的逆變器的輸出功率，因此叫做類功率計算，將得到的類功率經(jīng)過下垂控制和內(nèi)環(huán)控制可以得到的參考電壓與兩者相加得到前三橋臂得調(diào)制波v_ref，最后經(jīng)過PWM調(diào)制得到并聯(lián)三相四橋臂逆變器的前三橋臂的控制脈沖。

圖4為并聯(lián)三相四橋臂逆變器的第四橋臂控制框圖。由于第四橋臂流過的電流為中線電流是3倍的零序電流，因此控制第四橋臂電流就是控制零序電流，無需經(jīng)過對稱分量獲得零序電流只需對在第四橋臂采樣即可獲得零序電流。首先對第四橋臂電流采樣獲得第四橋臂電流i_n然后經(jīng)過虛擬阻抗在對其進(jìn)行積分控制，為了對三相輸出電壓進(jìn)行快速調(diào)節(jié)在第四橋臂控制中加入了三相電壓之和。最后獲得并聯(lián)三相四橋臂逆變器的第四橋臂的調(diào)制波再經(jīng)過PWM調(diào)制得到并聯(lián)三相四橋臂逆變器的第四橋臂的控制脈沖。

圖5為并聯(lián)三相四橋臂逆變器的整體控制策略框圖。圖中上半部分為并聯(lián)三相四橋臂逆變器前三橋臂控制部分，下半部分為并聯(lián)三相四橋臂逆變器的第四橋臂控制部分。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。