專利名稱：一種抑制三電平逆變器中點(diǎn)電位偏移裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種抑制三電平逆變器中點(diǎn)電位偏移裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于電力電子領(lǐng)域，涉及一種抑制三電平逆變器中點(diǎn)電位偏移裝置。
技術(shù)背景[0002]三電平逆變器具有結(jié)構(gòu)緊湊，輸出電壓電流諧波含量低，開(kāi)關(guān)管所承受的電壓僅 為直流母線電壓的一半等優(yōu)點(diǎn)。所以在中高電壓大功率場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。[0003]三電平逆變器存在一個(gè)固有的缺點(diǎn)，即存在中點(diǎn)電壓不平衡問(wèn)題。中點(diǎn)電壓不平 衡會(huì)造成嚴(yán)重的危害逆變器輸出電壓波形發(fā)生畸變；開(kāi)關(guān)器件承受的電壓不均衡；直流 側(cè)電容的電壓波動(dòng)降低了電容的壽命。為了使逆變器能夠正常工作，應(yīng)努力使得中點(diǎn)電壓 保持平衡。[0004]抑制中點(diǎn)電位偏移的方法有硬件和軟件兩大類。單從軟件出發(fā)抑制中點(diǎn)電位偏移 將會(huì)增加控制的復(fù)雜性。單從硬件出發(fā)抑制中點(diǎn)電位平衡將會(huì)增加大量元器件使成本增 加。因此，本領(lǐng)域中亟待提出一種從硬件和軟件兩方面相結(jié)合從而能有效抑制三電平逆變 器中點(diǎn)電位的偏移的裝置。實(shí)用新型內(nèi)容[0005]本實(shí)用新型提供一種抑制三電平逆變器中點(diǎn)電位偏移裝置，從軟件和硬件兩方面 出發(fā)有效三電平逆變器抑制中點(diǎn)電位偏移，從而達(dá)到正負(fù)母線上電壓的平衡。[0006]本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，一種三電平逆變器中點(diǎn)電位平衡控制裝置， 所述裝置，用于控制三電平逆變器的中點(diǎn)電位平衡，該裝置包括三電平逆變器、電壓采集 單元、比例積分控制單元、脈寬控制單元以及電壓調(diào)節(jié)單元，其中[0007]電壓采集單元，用于獲取母線上電容電壓和母線下電容電壓，所述電壓采集單元 輸入端與三電平逆變器的母線及母線中點(diǎn)端子連接；[0008]比例積分控制單元，用于對(duì)母線上電容電壓與母線下電容電壓差進(jìn)行比例積分處 理，所述比例積分控制單元的輸入端與電壓采集單元的輸出端連接；[0009]脈寬控制單元，用于根據(jù)比例積分處理結(jié)果產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)從而控制電壓調(diào)節(jié) 單元，所述脈寬控制單元的輸入端與比例積分控制單元的輸出端連接；[0010]電壓調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)脈寬調(diào)制信號(hào)調(diào)節(jié)母線上下電容電壓，以使中點(diǎn)電位平 衡，所述電壓調(diào)節(jié)單元的輸入端與脈寬控制單元的輸出端連接。[0011]特別的，所述比例積分控制單元進(jìn)一步包括[0012]計(jì)算模塊，用于根據(jù)母線上電容電壓和母線下電容電壓計(jì)算三電平逆變器中點(diǎn)電 壓偏移量，所述計(jì)算模塊的輸入端與電壓采集單元的輸出端連接；[0013]核心控制模塊，用于對(duì)中點(diǎn)電壓偏移量進(jìn)行比例積分處理，產(chǎn)生比例積分控制量， 所述核心控制模塊的輸入端與計(jì)算模塊的輸出端連接，所述核心控制模塊的輸出端為比例 積分控制單元的輸出端。[0014]特別的，所述脈寬控制單元進(jìn)一步包括[0015]微調(diào)模塊，用于判斷中點(diǎn)電壓偏移量大小決定是否對(duì)比例積分控制量減半達(dá)到對(duì) 母線上下電容電壓進(jìn)行微調(diào)，所述微調(diào)模塊輸入端與比例積分控制單元輸出端連接；[0016]調(diào)制模塊，用于根據(jù)比例積分控制量產(chǎn)生兩路互補(bǔ)的脈寬調(diào)制信號(hào)，所述調(diào)制模 塊的輸入端與微調(diào)模塊的輸出端連接，調(diào)制模塊輸出端為脈寬控制單元的輸出端。[0017]特別的，所述電壓調(diào)節(jié)單元進(jìn)一步包括兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管、兩個(gè)二極管、一個(gè)電感、 兩組母線電容，其中[0018]兩組母線電容串聯(lián)跨接在直流母線上，兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管串聯(lián)跨接在直流母線上， 兩個(gè)二極管分別與兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管反向并聯(lián)，電感L跨接在兩組母線電容中點(diǎn)與兩功率開(kāi) 關(guān)管中點(diǎn)間。[0019]特別的，所述裝置利用兩路互補(bǔ)的脈寬調(diào)制信號(hào)分別控制電壓調(diào)節(jié)單元中的兩開(kāi)關(guān)管。[0020]特別的，所述電壓調(diào)節(jié)單元具體包括當(dāng)?shù)谝浑娙輧啥穗妷?BUS大于第二電容兩 端電壓-BUS時(shí)，增加控制第一開(kāi)關(guān)管的調(diào)制信號(hào)脈寬同時(shí)減小控制第二開(kāi)關(guān)管的調(diào)制信 號(hào)的脈寬；當(dāng)?shù)谝浑娙輧啥穗妷?BUS小于第二電容兩端電壓-BUS時(shí)，減小控制第一開(kāi)關(guān)管 的調(diào)制信號(hào)脈寬同時(shí)增大控制第二開(kāi)關(guān)管的調(diào)制信號(hào)脈寬。[0021]本實(shí)用新型通過(guò)采取軟件和硬件相結(jié)合的方式來(lái)抑制三電平逆變器中點(diǎn)電位偏 移，結(jié)構(gòu)和控制均比較簡(jiǎn)單，提高了三電平逆變器的穩(wěn)定性。


[0022]圖1是實(shí)施例所述抑制三電平逆變器中點(diǎn)電位偏移裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；[0023]圖2是實(shí)施例所述比例積分控制單元模塊框圖；[0024]圖3是實(shí)施例所述脈寬控制單元模塊框圖；[0025]圖4是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例所述電壓調(diào)節(jié)單元電路原理圖。
具體實(shí)施方式
[0026]
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。[0027]圖1是本實(shí)施例所述抑制三電平逆變器中點(diǎn)電位偏移裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，如圖1 所示，本實(shí)用新型所述三電平逆變器中點(diǎn)平衡控制裝置包括三電平逆變器(圖中未示出)、 電壓采集單元101、比例積分控制單元102、脈寬控制單元103和電壓調(diào)節(jié)單元104，其中，上 述單元依此相連接。[0028]電壓采集單元101，用于獲取母線上電容電壓和母線下電容電壓，所述電壓采集單 元輸入端與三電平逆變器的母線及母線中點(diǎn)端子連接；[0029]比例積分控制單元102，用于對(duì)母線上電容電壓與母線下電容電壓差進(jìn)行比例積 分處理，所述比例積分控制單元102的輸入端與電壓采集單元101的輸出端連接；[0030]脈寬控制單元103，用于產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)，所述脈寬控制單元的輸入端與比例積 分控制單元102的輸出端連接；[0031 ] 電壓調(diào)節(jié)單元104，用于調(diào)節(jié)母線上下電容電壓使中點(diǎn)電位平衡，所述電壓調(diào)節(jié)單 元104的輸入端與脈寬控制單元103的輸出端連接。[0032]圖2是實(shí)施例所述比例積分控制單元模塊框圖，如圖2所示，所述比例積分控制單元102進(jìn)一步包括[0033]計(jì)算模塊201，用于根據(jù)母線上電容電壓和母線下電容電壓計(jì)算三電平逆變器中 點(diǎn)電壓偏移量，所述計(jì)算模塊201的輸入端與電壓采集單元101的輸出端連接；[0034]核心控制模塊202，用于對(duì)中點(diǎn)電壓偏移量進(jìn)行比例積分處理，產(chǎn)生比例積分控制 量，所述核心控制模塊202的輸入端與計(jì)算模塊201的輸出端連接，所述核心控制模塊202 的輸出端為比例積分控制單元102的輸出端。[0035]圖3是實(shí)施例所述脈寬控制單元模塊框圖，如圖3所示，所述脈寬控制單元103進(jìn) 一步包括[0036]微調(diào)模塊301，用于判斷中點(diǎn)電壓偏移量大小決定是否對(duì)比例積分控制量減半達(dá) 到對(duì)母線上下電容電壓進(jìn)行微調(diào)，所述微調(diào)模塊301輸入端與比例積分控制單元102輸出 端連接；[0037]調(diào)制模塊302，用于根據(jù)比例積分控制量產(chǎn)生兩路互補(bǔ)的脈寬調(diào)制信號(hào)，所述調(diào)制 模塊302的輸入端與微調(diào)模塊301的輸出端連接，調(diào)制模塊302輸出端為脈寬控制單元103 的輸出端。[0038]圖1-3所述三電平逆變器中點(diǎn)平衡控制裝置中各單元、模塊的工作原理如下[0039]S1、電壓采集單元獲取母線上電容電壓和母線下電容電壓；[0040]S2、比例積分控制單元對(duì)母線上電容電壓與母線下電容電壓差進(jìn)行比例積分處 理；[0041]進(jìn)一步，所述比例積分控制單元通過(guò)計(jì)算三電平逆變器中點(diǎn)電壓偏移量，對(duì)中點(diǎn) 電壓偏移量進(jìn)行比例積分處理，產(chǎn)生比例積分控制量。[0042]S3、脈寬控制單元根據(jù)比例積分處理結(jié)果產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)，用于控制電壓調(diào)節(jié) 單元；[0043]進(jìn)一步，所述脈寬控制單元通過(guò)判斷中點(diǎn)電壓偏移量大小決定是否對(duì)比例積分控 制量減半以達(dá)到對(duì)母線上下電容電壓進(jìn)行微調(diào)，并根據(jù)比例積分控制量產(chǎn)生兩路互補(bǔ)的脈 寬調(diào)制信號(hào)。[0044]S4、電壓調(diào)節(jié)單元根據(jù)脈寬調(diào)制信號(hào)調(diào)節(jié)母線上下電容電壓，以使中點(diǎn)電位平衡。[0045]作為優(yōu)選實(shí)施例，下面結(jié)合圖4對(duì)本實(shí)用新型做出進(jìn)一步說(shuō)明。[0046]圖4是本實(shí)用新型所述電壓調(diào)節(jié)單元104電路原理圖，如圖4所示，所述電壓調(diào)節(jié) 單元104包括兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管Ql、Q2、兩個(gè)二極管Dl、D2、一個(gè)電感L、兩組母線電容Cl、 C2。兩組母線電容C1、C2串聯(lián)跨接在直流母線上，兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管Q1、Q2串聯(lián)跨接在直流 母線上，兩個(gè)二極管D1、D2分別與兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管Q1、Q2反向并聯(lián)，電感L跨接在兩組母線 電容C1、C2中點(diǎn)與兩功率開(kāi)關(guān)管Ql、Q2中點(diǎn)間。[0047]作為優(yōu)選實(shí)施例，本實(shí)用新型中，電壓采集單元101采集電容Cl兩端電壓+BUS和 電容C2兩端電壓-BUS (如圖4所示)。[0048]比例積分控制單元102的輸入端與電壓采集單元101輸出端連接，對(duì)電容Cl、C2 兩端電壓之差進(jìn)行比例積分運(yùn)算得到比例積分控制量。[0049]脈寬控制單元103根據(jù)比例積分控制量產(chǎn)生輸出兩路互補(bǔ)的脈寬調(diào)制信號(hào)，控制 所述電壓調(diào)節(jié)單元104。[0050]進(jìn)一步，圖4中所示，兩路互補(bǔ)的脈寬調(diào)制信號(hào)分別控制電壓調(diào)節(jié)單元104中的兩開(kāi)關(guān)管Q1、Q2，當(dāng)電容Cl兩端電壓+BUS大于電容C2兩端電壓-BUS時(shí)，增加控制開(kāi)關(guān)管Ql 的調(diào)制信號(hào)脈寬同時(shí)減小控制開(kāi)關(guān)管Q2的調(diào)制信號(hào)的脈寬；當(dāng)電容Cl兩端電壓+BUS小于 電容C2兩端電壓-BUS時(shí)，減小控制開(kāi)關(guān)管Ql的調(diào)制信號(hào)脈寬同時(shí)增大控制開(kāi)關(guān)管Q2的 調(diào)制信號(hào)脈寬。[0051]當(dāng)母線上(即正母線)電壓+BUS大于母線下(即負(fù)母線)電壓-BUS時(shí)，開(kāi)關(guān)管Ql開(kāi) 通、開(kāi)關(guān)管Q2關(guān)斷，電容Cl向電感L轉(zhuǎn)移能量；當(dāng)開(kāi)關(guān)管Ql關(guān)斷、開(kāi)關(guān)管Q2開(kāi)通時(shí)，電感 L中電流通過(guò)二極管D2續(xù)流，電感L中的儲(chǔ)能轉(zhuǎn)移至電容C2中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間調(diào)節(jié)，最終 母線上電容電壓+BUS和母線下電容電壓-BUS的電壓會(huì)達(dá)到平衡；當(dāng)正母線電壓+BUS小于 負(fù)母線電壓-BUS時(shí)，開(kāi)關(guān)管Q2開(kāi)通、開(kāi)關(guān)管Ql關(guān)斷，電容C2向電感L轉(zhuǎn)移能量；當(dāng)開(kāi)關(guān)管 Q2關(guān)斷、開(kāi)關(guān)管Ql開(kāi)通時(shí)，電感L中電流通過(guò)二極管Dl續(xù)流，電感L中的儲(chǔ)能轉(zhuǎn)移至電容 Cl中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間調(diào)節(jié)，最終正母線電壓+BUS和負(fù)母線電壓-BUS的電壓會(huì)達(dá)到平衡。[0052]采取上述方案，本實(shí)用新型采取軟件和硬件相結(jié)合的方式能有效抑制三電平逆變 器中點(diǎn)電位偏移，結(jié)構(gòu)和控制均比較簡(jiǎn)單，提高了三電平逆變器的穩(wěn)定性。[0053]以上僅是針對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例及其技術(shù)原理所做的說(shuō)明，而并非對(duì)本實(shí) 用新型的技術(shù)內(nèi)容所進(jìn)行的限制，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型所公開(kāi)的 技術(shù)范圍內(nèi)，所容易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種抑制三電平逆變器中點(diǎn)電位偏移裝置，用于抑制三電平逆變器的中點(diǎn)電位偏移，其特征在于，該裝置包括三電平逆變器、電壓采集單元、比例積分控制單元、脈寬控制單元以及電壓調(diào)節(jié)單元，其中電壓采集單元，用于獲取母線上電容電壓和母線下電容電壓，所述電壓采集單元輸入端與三電平逆變器的母線及母線中點(diǎn)端子連接；比例積分控制單元，用于對(duì)母線上電容電壓與母線下電容電壓差進(jìn)行比例積分處理， 所述比例積分控制單元的輸入端與電壓采集單元的輸出端連接；脈寬控制單元，用于根據(jù)比例積分處理結(jié)果產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)從而控制電壓調(diào)節(jié)單元，所述脈寬控制單元的輸入端與比例積分控制單元的輸出端連接；電壓調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)脈寬調(diào)制信號(hào)調(diào)節(jié)母線上下電容電壓，以使中點(diǎn)電位平衡，所述電壓調(diào)節(jié)單元的輸入端與脈寬控制單元的輸出端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述比例積分控制單元進(jìn)一步包括計(jì)算模塊，用于根據(jù)母線上電容電壓和母線下電容電壓計(jì)算三電平逆變器中點(diǎn)電壓偏移量，所述計(jì)算模塊的輸入端與電壓采集單元的輸出端連接；核心控制模塊，用于對(duì)中點(diǎn)電壓偏移量進(jìn)行比例積分處理，產(chǎn)生比例積分控制量，所述核心控制模塊的輸入端與計(jì)算模塊的輸出端連接，所述核心控制模塊的輸出端為比例積分控制單元的輸出端。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述脈寬控制單元進(jìn)一步包括微調(diào)模塊，用于判斷中點(diǎn)電壓偏移量大小決定是否對(duì)比例積分控制量減半達(dá)到對(duì)母線上下電容電壓進(jìn)行微調(diào)，所述微調(diào)模塊輸入端與比例積分控制單元輸出端連接；調(diào)制模塊，用于根據(jù)比例積分控制量產(chǎn)生兩路互補(bǔ)的脈寬調(diào)制信號(hào)，所述調(diào)制模塊的輸入端與微調(diào)模塊的輸出端連接，調(diào)制模塊輸出端為脈寬控制單元的輸出端。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述電壓調(diào)節(jié)單元進(jìn)一步包括兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管、兩個(gè)二極管、一個(gè)電感、兩組母線電容，其中兩組母線電容串聯(lián)跨接在直流母線上，兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管串聯(lián)跨接在直流母線上，兩個(gè)二極管分別與兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管反向并聯(lián)，電感L跨接在兩組母線電容中點(diǎn)與兩功率開(kāi)關(guān)管中點(diǎn)間。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的裝置，其特征在于所述裝置利用兩路互補(bǔ)的脈寬調(diào)制信號(hào)分別控制電壓調(diào)節(jié)單元中的兩開(kāi)關(guān)管。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述電壓調(diào)節(jié)單元具體包括當(dāng)?shù)谝浑娙輧啥穗妷?BUS大于第二電容兩端電壓-BUS 時(shí)，增加控制第一開(kāi)關(guān)管的調(diào)制信號(hào)脈寬同時(shí)減小控制第二開(kāi)關(guān)管的調(diào)制信號(hào)的脈寬；當(dāng)?shù)谝浑娙輧啥穗妷?BUS小于第二電容兩端電壓-BUS時(shí)，減小控制第一開(kāi)關(guān)管的調(diào)制信號(hào)脈寬同時(shí)增大控制第二開(kāi)關(guān)管的調(diào)制信號(hào)脈寬。
專利摘要本實(shí)用新型適用于電力電子領(lǐng)域，涉及一種抑制三電平逆變器中點(diǎn)電位偏移裝置。所述裝置包括三電平逆變器、電壓采集單元、比例積分控制單元、脈寬控制單元、電壓調(diào)節(jié)單元。本實(shí)用新型所提供的中點(diǎn)電位平衡裝置通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)母線上下電容電壓然后對(duì)其進(jìn)行比例積分控制處理生成控制量，并根據(jù)該控制量對(duì)電壓調(diào)節(jié)單元功率管的脈寬調(diào)制占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，控制效果與逆變系統(tǒng)的調(diào)制比及功率因素?zé)o關(guān)，可以將中點(diǎn)電位控制在一個(gè)比較小的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)H02M7/537GK202841000SQ201220448570
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月4日
發(fā)明者王律明, 張志紅, 陳東 申請(qǐng)人:江蘇中航動(dòng)力控制有限公司