專利名稱：一種利用時(shí)間因子平衡三電平直流中點(diǎn)電壓的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于有源電力濾波器三電平系統(tǒng)的平衡方法，特別是涉及一種 利用時(shí)間因子平衡三電平直流中點(diǎn)電壓的方法。
背景技術(shù)：
有源電力濾波器的直流側(cè)的三電平電壓平衡問題，是有源濾波器的關(guān)鍵技術(shù)之 一。當(dāng)有源電力濾波器直流側(cè)的中點(diǎn)不平衡時(shí)，將帶來以下危害第一、變流器輸出電壓波 形發(fā)生畸變，輸入到電網(wǎng)中的諧波補(bǔ)償電流就帶有低次諧波，從而使有源電力濾波器不能 很好地跟蹤負(fù)載的諧波電流；第二、開關(guān)器件承受的電壓不均衡，每相中一部分器件承受電 壓偏高，嚴(yán)重時(shí)將影響正常工作；第三、直流側(cè)電容上的電壓波動(dòng)降低了電容的壽命。為了使有源電力濾波器能夠正常工作，應(yīng)努力使中點(diǎn)電壓保持平衡。尤其在設(shè)計(jì) 變流器控制策略時(shí)要考慮到矢量對(duì)中點(diǎn)電壓的影響，把中點(diǎn)電壓的波動(dòng)降到最低的程度。 現(xiàn)有技術(shù)控制中點(diǎn)電壓平衡的方法主要有一、開環(huán)控 制，通過交替選擇正負(fù)小矢量，不需 要檢測直流母線電壓和輸出端電流，實(shí)現(xiàn)簡單，但是由于無法補(bǔ)償中矢量對(duì)中點(diǎn)電壓的影 響，所以只能通過中矢量 自身的對(duì)稱性，在一個(gè)完整的輸出電壓周期內(nèi)，完成中點(diǎn)電壓平 衡，導(dǎo)致中點(diǎn)電壓存在很大的低頻紋波；二、檢測直流側(cè)電容電壓大小，然后根據(jù)中點(diǎn)電壓 的偏離方向，合理安排正負(fù)小矢量的PWM(Pulse WidthModulation的縮寫，即脈沖寬度調(diào) 制)脈沖的作用時(shí)間，進(jìn)行中點(diǎn)電壓補(bǔ)償，但該方法算法十分復(fù)雜；三、檢測直流側(cè)電容電 壓大小和三相交流輸出電流，該方法通過實(shí)時(shí)檢測三相交流輸出電流方向得到方向函數(shù)， 利用該函數(shù)選擇一個(gè)PWM周期內(nèi)正負(fù)電壓矢量作用時(shí)間來控制中點(diǎn)電流方向，實(shí)現(xiàn)電壓平 衡，理論上這種方法很好好，它能計(jì)算出補(bǔ)償?shù)木唧w時(shí)間，但是該方法要采樣的數(shù)據(jù)比較 多，計(jì)算量比較大，對(duì)軟硬件的要求較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用時(shí)間因子平衡三電平直流 中點(diǎn)電壓的方法，簡單方便的實(shí)現(xiàn)三電平中點(diǎn)電壓平衡。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種利用時(shí)間因子平衡三電平直流中點(diǎn)電壓的方法，步驟如下步驟1、開始對(duì)中點(diǎn)電壓和中點(diǎn)電流進(jìn)行采樣，并對(duì)中點(diǎn)電壓和中點(diǎn)電流進(jìn)行判 斷；步驟2、中點(diǎn)電壓不為零，執(zhí)行步驟3，中點(diǎn)電壓為零，跳至步驟5 ；步驟3、中點(diǎn)電壓大于零且中點(diǎn)電流大于零時(shí)負(fù)小矢量根據(jù)時(shí)間因子微調(diào)抵消中 點(diǎn)電壓大于零的部分，中點(diǎn)電壓小于零且中點(diǎn)電流小于零時(shí)正小矢量根據(jù)時(shí)間因子微調(diào)抵消中點(diǎn)電壓 大于零的部分，中點(diǎn)電壓小于零且中點(diǎn)電流大于零時(shí)正小矢量根據(jù)時(shí)間因子微調(diào)抵消中點(diǎn)電壓大于零的部分，中點(diǎn)電壓大于零而中點(diǎn)電流小于零時(shí)負(fù)小矢量根據(jù)時(shí)間因子k微調(diào)抵消中點(diǎn)電 壓大于零的部分；步驟4、經(jīng)過正負(fù)小矢量抵消后的中點(diǎn)電壓達(dá)到平衡；步驟5、程序結(jié)束。本發(fā)明采用時(shí)間因子來分配一個(gè)采樣周期內(nèi)一對(duì)小矢量正負(fù)狀態(tài)的作用時(shí)間，控 制中點(diǎn)電壓。假設(shè)受控小矢量的作用時(shí)間為Tx，k表示時(shí)間因子，則開始時(shí)的負(fù)小矢量作 用時(shí)間為kTx，正小矢量的作用時(shí)間為(l-k)Tx，中點(diǎn)電壓值為直流側(cè)分壓電容電壓Vdcl和 Vdc2之差，中點(diǎn)電流流出方向?yàn)檎?，具體的控制規(guī)律是Vdcl-Vdc2 > h且I。> 0則k值取(l_k)，正小矢量作用的時(shí)間是(l-k)Tx ；Vdcl-Vdc2 > h且I。< 0則k值不變，負(fù)小矢量作用的時(shí)間是kTx ；Vdcl-Vdc2 < _h且I。> 0則k值不變，負(fù)小矢量作用的時(shí)間是kTx ；Vdcl-Vdc2 < -h且I0 < 0則k值取(l_k)，正小矢量作用的時(shí)間是(l_k)Tx。h為電壓的滯環(huán)帶寬，Itl為中點(diǎn)電流，k是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)在電力有源濾波器中檢 測到的電壓值、電流值及電壓和電流的運(yùn)行方向調(diào)整大小，來決定正負(fù)小矢量PWM脈沖作 用于系統(tǒng)的時(shí)間，調(diào)整的大小依據(jù)4個(gè)關(guān)系式中的滯環(huán)帶寬h的大小。從以上四式看出，無需經(jīng)過復(fù)雜的邏輯判斷就能保持中點(diǎn)電壓的平衡，同時(shí)由于 滯環(huán)帶寬的存在，使得k值變化幅度小，通過負(fù)反饋控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)中點(diǎn)電壓值進(jìn)行控制， 達(dá)到中點(diǎn)電壓的平衡。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是第一、利用時(shí)間因子k對(duì)三電平中點(diǎn)電壓 的正負(fù)小矢量進(jìn)行微調(diào)，達(dá)到中點(diǎn)電壓平衡，操作簡便；第二、直流側(cè)電容上的電壓波動(dòng)小， 延長了電容的壽命；第三、采樣數(shù)據(jù)少，對(duì)軟硬件的要求低。


圖1為本發(fā)明的原理框圖；圖2為本發(fā)明的三電平的空間矢量圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的中心思想在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用時(shí)間因子平衡三電平 直流中點(diǎn)電壓的方法，能簡單有效的實(shí)現(xiàn)三電平中點(diǎn)電壓平衡。下面結(jié)合實(shí)施例參照附圖 進(jìn)行詳細(xì)說明，以便對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征及優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行更深入的詮釋。本發(fā)明的原理框圖如圖1所示，一種利用時(shí)間因子平衡三電平直流中點(diǎn)電壓的方 法，步驟如下步驟1、開始對(duì)中點(diǎn)電壓和中點(diǎn)電流進(jìn)行采樣，并對(duì)中點(diǎn)電壓和中點(diǎn)電流進(jìn)行判 斷；步驟2、中點(diǎn)電壓不為零，執(zhí)行步驟3，中點(diǎn)電壓為零，跳至步驟5 ；步驟3、中點(diǎn)電壓大于零且中點(diǎn)電流大于零時(shí)負(fù)小矢量根據(jù)時(shí)間因子微調(diào)抵消中 點(diǎn)電壓大于零的部分，中點(diǎn)電壓小于零且中點(diǎn)電流小于零時(shí)正小矢量根據(jù)時(shí)間因子微調(diào)抵消中點(diǎn)電壓大于零的部分，中點(diǎn)電壓小于零且中點(diǎn)電流大于零時(shí)正小矢量根據(jù)時(shí)間因子微調(diào)抵消中點(diǎn)電壓 大于零的部分，中點(diǎn)電壓大于零而中點(diǎn)電流小于零時(shí)負(fù)小矢量根據(jù)時(shí)間因子k微調(diào)抵消中點(diǎn)電 壓大于零的部分；步驟4、經(jīng)過正負(fù)小矢量抵消后的中點(diǎn)電壓達(dá)到平衡；步驟5、程序結(jié)束。
本發(fā)明采用時(shí)間因子來分配一個(gè)采樣周期內(nèi)一對(duì)小矢量正負(fù)狀態(tài)的作用時(shí)間，控 制中點(diǎn)電壓。假設(shè)受控小矢量的作用時(shí)間為Tx，k表示時(shí)間因子，則開始時(shí)的負(fù)小矢量作 用時(shí)間為kTx，正小矢量的作用時(shí)間為(l-k)Tx，中點(diǎn)電壓值為直流側(cè)分壓電容電壓Vdcl與 Vdc2之差，中點(diǎn)電流流出方向?yàn)檎?，具體的控制規(guī)律是Vdcl-Vdc2 > h且I。> 0則k值取(l_k)，正小矢量作用的時(shí)間是(l_k)Tx ；Vdcl-Vdc2 > h且I。< 0則k值不變，負(fù)小矢量作用的時(shí)間是kTx ；Vdcl-Vdc2 < _h且I。> 0則k值不變，負(fù)小矢量作用的時(shí)間是kTx ；Vdcl-Vdc2 < _h且I。< 0則k值取(l_k)，正小矢量作用的時(shí)間是(l_k)Tx。h為電壓的滯環(huán)帶寬，Itl為中點(diǎn)電流，時(shí)間因子k的取值范圍是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)在 電力有源濾波器檢測到的電壓值、電流值及電壓和電流的運(yùn)行方向調(diào)整k的大小，來決定 正負(fù)小矢量PWM脈沖的作用于系統(tǒng)的時(shí)間，調(diào)整的大小依據(jù)4個(gè)關(guān)系式中的滯環(huán)帶寬h的 大小。從以上四式看出，無需經(jīng)過復(fù)雜的邏輯判斷就能保持中點(diǎn)電壓的平衡，同時(shí)由于 滯環(huán)帶寬的存在，使得k值變化幅度小，通過負(fù)反饋控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)中點(diǎn)電壓值進(jìn)行控制， 達(dá)到中點(diǎn)電壓的平衡。三電平的空間矢量圖如圖2所示，A、B、C是三電平電壓，圖中綜合矢量電壓可以分 為三類長矢量6個(gè)PNN、PNP、NNP, NPP、NPN, PPN,位于正六邊形的頂點(diǎn)，三個(gè)開關(guān)都僅有 P、N兩種狀態(tài)。中矢量6個(gè)屮010 1肥0、而？、0肥、(^隊(duì)位于正六邊形每條邊的中點(diǎn)。短矢量6 對(duì)P00、ONN、PPO、00N、ΟΡΟ、Ν0Ν、OPP, NOO, OOP、NNO, POP、ΟΝΟ,為 12 個(gè)
2自由度的小電壓矢量，位于正六邊形中心與頂點(diǎn)連線中點(diǎn)。短矢量電壓即為本發(fā)明所述的三電平直流中點(diǎn)電壓，當(dāng)中點(diǎn)電壓值與理論值有偏 差時(shí)，通過時(shí)間因子k來控制正負(fù)小矢量作用的時(shí)間微調(diào)中點(diǎn)電壓值，達(dá)到三電平中點(diǎn)電 壓的平衡。
權(quán)利要求
一種利用時(shí)間因子平衡三電平直流中點(diǎn)電壓的方法，步驟如下步驟1、開始對(duì)中點(diǎn)電壓和中點(diǎn)電流進(jìn)行采樣，并對(duì)中點(diǎn)電壓和中點(diǎn)電流進(jìn)行判斷；步驟2、中點(diǎn)電壓不為零，執(zhí)行步驟3，中點(diǎn)電壓為零，跳至步驟5；步驟3、中點(diǎn)電壓大于零且中點(diǎn)電流大于零時(shí)負(fù)小矢量根據(jù)時(shí)間因子微調(diào)抵消中點(diǎn)電壓大于零的部分，中點(diǎn)電壓小于零且中點(diǎn)電流小于零時(shí)正小矢量根據(jù)時(shí)間因子微調(diào)抵消中點(diǎn)電壓大于零的部分，中點(diǎn)電壓小于零且中點(diǎn)電流大于零時(shí)正小矢量根據(jù)時(shí)間因子微調(diào)抵消中點(diǎn)電壓大于零的部分，中點(diǎn)電壓大于零而中點(diǎn)電流小于零時(shí)負(fù)小矢量根據(jù)時(shí)間因子k微調(diào)抵消中點(diǎn)電壓大于零的部分；步驟4、經(jīng)過正負(fù)小矢量抵消后的中點(diǎn)電壓達(dá)到平衡；步驟5、程序結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用時(shí)間因子平衡三電平直流中點(diǎn)電壓的方法，其特征在 于所述的三電平中點(diǎn)電壓值為直流側(cè)分壓電容電壓Vdcl與Vdc2之差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用時(shí)間因子平衡三電平直流中點(diǎn)電壓的方法，其特征在 于所述的時(shí)間因子的取值范圍根據(jù)有源濾波器檢測到的電壓值、電流值及電壓和電流的 運(yùn)行方向調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用時(shí)間因子平衡三電平直流中點(diǎn)電壓的方法，其特征在 于所述的受控小矢量的作用時(shí)間為Tx，k為時(shí)間因子，則負(fù)小矢量作用時(shí)間為kTx，正小矢 量的作用時(shí)間為(l-k)Tx。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用時(shí)間因子平衡三電平直流中點(diǎn)電壓的方法，其特征在 于所述的正負(fù)小矢量的作用時(shí)間由中點(diǎn)電壓的方向及時(shí)間因子k控制，具體控制規(guī)律為Vdcl-Vdc2 > h且I。> 0則k值取(1-k)，正小矢量作用的時(shí)間是(l-k)Tx ；Vdcl-Vdc2 > h且I。< 0則k值不變，負(fù)小矢量作用的時(shí)間是kTx ；Vdcl-Vdc2 < -h且I。> 0則k值不變，負(fù)小矢量作用的時(shí)間是kTx ；Vdcl-Vdc2 < -h且10 < 0則k值取(l_k)，正小矢量作用的時(shí)間是(l-k)Tx。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用時(shí)間因子平衡三電平直流中點(diǎn)電壓的方法，其特征在 于所述的h為電壓的滯環(huán)帶寬，乙為中點(diǎn)電流，時(shí)間因子k的取值根據(jù)檢測到的電壓值、 電流值及電壓和電流的運(yùn)行方向調(diào)整大小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用時(shí)間因子平衡三電平直流中點(diǎn)電壓的方法，步驟如下步驟1、開始對(duì)中點(diǎn)電壓和中點(diǎn)電流進(jìn)行采樣，并對(duì)中點(diǎn)電壓和中點(diǎn)電流進(jìn)行判斷；步驟2、中點(diǎn)電壓不為零，執(zhí)行步驟3，中點(diǎn)電壓為零，跳至步驟5；步驟3、根據(jù)中點(diǎn)電壓和中點(diǎn)電流的方向來決定正負(fù)小矢量作用的時(shí)間；步驟4、經(jīng)過正負(fù)小矢量抵消后的中點(diǎn)電壓達(dá)到平衡；步驟5、程序結(jié)束。時(shí)間因子的取值范圍是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)有源濾波器檢測到的電壓值、電流值及電壓和電流的運(yùn)行方向調(diào)整。本發(fā)明操作簡便，直流側(cè)電容上的電壓波動(dòng)小，延長了電容的壽命，采樣數(shù)據(jù)少，對(duì)軟硬件的要求低。
文檔編號(hào)H02J3/01GK101834443SQ201010155539
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者鄧大智 申請(qǐng)人:河源市雅達(dá)電子有限公司