用于三電平電力變換器的中點電位平衡控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三電平電力變換器的控制方法，具體涉及一種用于三電平電力變換器的中點電位平衡控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)兩電平變換器相比，三電平電力變換器具有功率器件承受電壓應(yīng)力小、電壓變化率dv/dt小、輸出波形諧波特性好、開關(guān)頻率低和效率高等優(yōu)點，特別適用于高壓大容量功率變換場合。但是，三電平電力變換器在運行過程中，其直流電容的中點電位會發(fā)生波動，若不加以適當(dāng)?shù)南拗?，中點電位的波動會導(dǎo)致三電平電力變換器輸出性能的降低、甚至?xí)l(fā)三電平電力變換器的功率模塊過壓燒毀等嚴重故障。因此，需要對三電平電力變換器的中點電位波動進行適當(dāng)控制。
[0003]目前，對于基于空間矢量控制的三電平電力變換器的中點電位平衡控制問題，文獻 1 (ANew Simplified Space-Vector PWM Method for Three-Level Inverters, IEEETrans.Power Electronics, Vol.16, N0.4, July 2001)指出可以米用改變開關(guān)順序(Changing the Switching Sequence)和重新排列冗余電壓矢量的時間分布(Rearrangingthe time distribut1n of redundant voltage vectors)兩種方法對三電平電力變換器的中點電位進行平衡控制。第一種方法是通過改變由三電平電力變換器的期望輸出電壓構(gòu)成的參考電壓矢量所在主扇區(qū)編號來改變最終的輸出電平組合(即輸出電平組合的改變是通過改變開關(guān)序列來實現(xiàn))，算法簡單、易于實現(xiàn)；第二種方法根據(jù)三電平電力變換器的中點電位偏移情況對對三電平電力變換器的小矢量作用時間進行調(diào)整，使得在對應(yīng)于小矢量的中點電流的作用下三電平電力變換器的中點電位偏移得到抑制，但該方法較為復(fù)雜、計算量相對第一種方法要大。
[0004]文獻1在闡述第一種方法時，僅是指出當(dāng)負載電流(此處的負載電流即后文中的中點電流)流出直流電容時，負載電流對下電容放電，同時對上電容充電；反之亦然。因此可根據(jù)中點電位偏移情況來改變主扇區(qū)編號。但是，但每個PWM(脈沖寬度調(diào)制)周期內(nèi)，三電平電力變換器具有多種不同的輸出電平組合，相應(yīng)的具有多種不同的中點電流情況:中點電流可能是流入直流電容器，也可能是流出電容器；對應(yīng)不同輸出電平組合的中點電流的大小也通常是不同的。因此，在一個PWM周期內(nèi)，對應(yīng)于不同輸出電平組合的中點電流對三電平電力變換器的中點電位的總的作用并不能簡單地根據(jù)中點電流是流入或是流出直流電容器來判定。因此，雖然文獻1指出了可以通過改變參考電壓矢量所在主扇區(qū)編號來實現(xiàn)對三電平電力變換器的中點電位進行平衡控制，但并未給出切實可行的實現(xiàn)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于選定參考電壓矢量所在主扇區(qū)編號的三電平電力變換器中點電位平衡控制方法，該方法根據(jù)對應(yīng)于不同輸出電平組合的中點電流對三電平電力變換器的中點電位的總的作用的判定結(jié)果以及三電平電力變換器的中點電位的偏移情況選擇適當(dāng)?shù)膮⒖茧妷菏噶克谥魃葏^(qū)編號實現(xiàn)對三電平電力變換器的中點電位進行平衡控制。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明用于三電平電力變換器的中點電位平衡控制方法為:
[0007]當(dāng)由三電平電力變換器的期望輸出電壓構(gòu)成的參考電壓矢量位于相鄰主扇區(qū)的重疊區(qū)域中時，選中主扇區(qū)，使得選中主扇區(qū)中為合成所述參考電壓矢量所需的合成電壓矢量中，非冗余輸出電平組合所對應(yīng)的中點電流與其作用時間的積分的代數(shù)和，與未選中主扇區(qū)中為合成所述參考電壓矢量所需的合成電壓矢量中，非冗余輸出電平組合所對應(yīng)的中點電流與其作用時間的積分的代數(shù)和之間的差值的符號，與所述三電平電力變換器中點電位的偏移折算出的電荷數(shù)量符號相同；和/或當(dāng)由三電平電力變換器的期望輸出電壓構(gòu)成的參考電壓矢量位于相鄰主扇區(qū)的重疊區(qū)域中時，選中主扇區(qū)，使得選中主扇區(qū)中為合成所述參考電壓矢量所需的合成電壓矢量中，非冗余輸出電平組合所對應(yīng)的中點電流的符號，與未選中主扇區(qū)中為合成所述參考電壓矢量所需的合成電壓矢量中，非冗余輸出電平組合所對應(yīng)的中點電流的符號相反，且選中主扇區(qū)中為合成所述參考電壓矢量所需的合成電壓矢量中小矢量所對應(yīng)的輸出電平組合中，與同一小矢量對應(yīng)的兩個輸出電平組合中僅有其中一個出現(xiàn)的輸出電平組合所對應(yīng)的中點電流對三電平電力變換器的中點電位的作用將減小三電平電力變換器已有的中點電位偏移；所述非冗余輸出電平組合是指:小矢量所對應(yīng)的輸出電平組合中對應(yīng)于同一小矢量的兩個輸出電平組合中僅有其中一個出現(xiàn)的輸出電平組合。
[0008]所述中點電流的正方向定義為由三電平電力變換器流入直流電容的方向。
[0009]所述三電平電力變換器中點電位的偏移折算出的電荷數(shù)量Q是按照下式完成的:
[0010]Q = CdcX Δ V0/2
[0011]其中，Cdc是三電平電力變換器直流側(cè)電容器的容量；
[0012]Δ V。是三電平電力變換器的中點電位偏移量，且Λ V。= (Vp0-V0N)/2 ；
[0013]VP0和VQN分別是三電平電力變換器直流側(cè)的正端P與直流側(cè)電容器中點0間的電壓和三電平電力變換器直流側(cè)電容器中點0與直流側(cè)的負端N間的電壓。
[0014]所述中點電流對三電平電力變換器的中點電位的作用是指中點電流從三電平電力變換器直流側(cè)電容器的中點0向其注入電荷或由中點0從三電平電力變換器中抽取電荷時，所導(dǎo)致的中點0的電位的變化。
[0015]本發(fā)明可以達到的技術(shù)效果是:
[0016]通過給出一種針對與不同輸出電平組合相對應(yīng)的中點電流對三電平電力變換器的中點電位的總的作用的切實可行的判定方法以及基于判定結(jié)果和三電平電力變換器的中點電位的偏移情況的三電平電力變換器中點電位平衡控制方法，簡單、便捷地實現(xiàn)了對三電平電力變換器中點電位的平衡控制。
【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明:
[0018]圖1是三電平電力變換器的空間矢量圖。
【具體實施方式】
[0019]圖1給出了三電平電力變換器的空間矢量圖，可見，三電平電力變換器的空間矢量共計19個，包括1個零矢量(V。)、6個小矢量％?V6)、6個中矢量(V7?V12)、6個大矢量(V13?V19)。零矢量(V。)對應(yīng)3個輸出電平組合，每個小矢量對應(yīng)2個輸出電平組合，每個中矢量和每個大矢量均對應(yīng)1個輸出電平組合，共計27種輸出電平組合。例如:對應(yīng)于小矢量V。的輸出電平組合為0ΝΝ和P00，此處的P、0和N是指三電平電力變換器的交流側(cè)三相(X相、Y相和Z相)輸出的正電壓P、零電壓0和負電壓N。
[0020]為了對三電平電力變換器進行SVPWM(空間矢量脈寬調(diào)制，Space Vector PulseWidth Modulat1n)，通常是將圖1所示的、由三電平電力變換器的空間矢量構(gòu)成的空間矢量圖進行區(qū)域劃分。例如，將由以零矢量為中心、6個大矢量為頂點的六邊形劃分成6個小六邊形(后續(xù)亦稱之為主扇區(qū))，每個小六邊形都是由以某一小矢量為中心點、以零矢量以及與該作為中心點的小矢量相鄰的2個小矢量、2個中矢量和1個大矢量為頂點連線組成的六邊形。6個小六邊形依次編號為1?6，稱之為主扇區(qū)編號，以小矢量I為中心的小六邊形編號為1，以小矢量^為中心的小六邊形編號為2，以此類推。顯然，相鄰小六邊形存在重疊區(qū)域。對于編號為1和2的小六邊形，其重疊區(qū)域為由頂點m和V2為頂點的菱形區(qū)域，其它重疊區(qū)域的確定可參照進行。
[0021]接下來以由三電平電力變換器的期