三電平電力變換器中點(diǎn)電位綜合控制方法
【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，具體涉及一種三電平電力變換器中點(diǎn)電位綜合控制方法。
【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(kāi)關(guān)頻率低和效率高等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高壓大容量功率變換場(chǎng)合。但是，三電平電力變換器在運(yùn)行過(guò)程中，其直流電容的中點(diǎn)電位會(huì)發(fā)生波動(dòng)，若不加以適當(dāng)?shù)南拗疲悬c(diǎn)電位的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致三電平電力變換器輸出性能的降低、甚至是引發(fā)三電平電力變換器的功率模塊過(guò)壓燒毀等嚴(yán)重故障。因此，需要對(duì)三電平電力變換器的中點(diǎn)電位波動(dòng)進(jìn)行適當(dāng)控制。
[0003]目前，對(duì)于基于空間矢量控制的三電平電力變換器的中點(diǎn)電位平衡控制問(wèn)題，文獻(xiàn) 1 (A New 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(kāi)關(guān)順序(Changing the Switching Sequence)和重新排列冗余電壓矢量的時(shí)間分布(Rearrangingthe time distribut1n of redundant voltage vectors)兩種方法對(duì)三電平電力變換器的中點(diǎn)電位進(jìn)行平衡控制。第一種方法是通過(guò)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(hào)來(lái)改變最終的輸出電平組合(即輸出電平組合的改變是通過(guò)改變開(kāi)關(guān)序列來(lái)實(shí)現(xiàn))；第二種方法根據(jù)三電平電力變換器的中點(diǎn)電位偏移情況對(duì)三電平電力變換器的小矢量作用時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，使得在對(duì)應(yīng)于小矢量的中點(diǎn)電流的作用下三電平電力變換器的中點(diǎn)電位偏移得到抑制。但這兩種方法都存在移動(dòng)的適用條件，當(dāng)不滿足這些條件是，無(wú)法應(yīng)用其對(duì)三電平電力變換器的中點(diǎn)電位平衡進(jìn)行控制。
[0004]文獻(xiàn)2 (周京華，混合式三電平中點(diǎn)電位平衡控制策略，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013年，8月25日，第33卷24期，82-89頁(yè))進(jìn)一步提出了基于上述兩種方法的混合式三電平中點(diǎn)電位平衡控制策略，其實(shí)質(zhì)是根據(jù)占空比(m)的大小來(lái)選擇不同的三電平中點(diǎn)電位平衡控制方法，具體為:當(dāng)0 < m < 0.5時(shí)選擇上述第一種方法,當(dāng)0.5 < m < 1時(shí)選擇上述第二種方法。顯然，文獻(xiàn)2的控制策略?xún)H僅是對(duì)文獻(xiàn)1中兩種方法的簡(jiǎn)單組合應(yīng)用，因而并未克服兩種方法因適用條件所導(dǎo)致的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于上述兩種三電平電力變換器中點(diǎn)電位平衡控制方法的綜合控制方法，該方法通過(guò)綜合應(yīng)用上述兩種三電平電力變換器中點(diǎn)電位平衡控制方法，克服了兩種方法以及基于二者簡(jiǎn)單組合的所謂混合式控制策略的不足，因而能夠?qū)θ娖诫娏ψ儞Q器中點(diǎn)電位平衡進(jìn)行有效控制。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的三電平電力變換器中點(diǎn)電位綜合控制方法為:包括如下步驟:步驟1:檢測(cè)電壓并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定三電平電力變換器的中點(diǎn)電位偏移量；步驟2:判斷參考電壓矢量是否位于相鄰小六邊形的重疊區(qū)域內(nèi)；若是，轉(zhuǎn)入步驟3，否則，轉(zhuǎn)入步驟6 ;步驟3:判斷小六邊形的編號(hào)變更條件是否成立；成立則轉(zhuǎn)入步驟4，否則轉(zhuǎn)入步驟6 ;步驟4:變更小六邊形的編號(hào)；步驟5:按照新編號(hào)對(duì)三電平電力變換器進(jìn)行空間矢量調(diào)制；之后轉(zhuǎn)入步驟9 ;步驟6:按照空間矢量調(diào)制策略計(jì)算包括冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)在內(nèi)的所有開(kāi)關(guān)狀態(tài)的作用時(shí)間；步驟7:根據(jù)三電平電力變換器的中點(diǎn)電位偏移量對(duì)冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)的作用時(shí)間進(jìn)行調(diào)整；步驟8:按照調(diào)整后的冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)的作用時(shí)間及其它作用時(shí)間對(duì)三電平電力變換器進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制；步驟9:結(jié)束。其中，小六邊形是指在由三電平電力變換器的空間矢量構(gòu)成的空間矢量圖中，以某一小矢量為中心點(diǎn)、以零矢量以及與該作為中心點(diǎn)的小矢量相鄰的2個(gè)小矢量、2個(gè)中矢量和1個(gè)大矢量為頂點(diǎn)連線組成的小六邊形；重疊區(qū)域是指由相鄰的兩個(gè)小六邊形的重疊區(qū)域形成的、以零矢量、某一中矢量和與該中矢量相鄰的2個(gè)小矢量為頂點(diǎn)連線組成的菱形區(qū)域；另外，步驟1與步驟2間還包括步驟:當(dāng)所述中點(diǎn)電位偏移超過(guò)一定閾值時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟2，否則轉(zhuǎn)入步驟9 ;步驟5與步驟6間還包括步驟:當(dāng)對(duì)應(yīng)于非冗余輸出電平組合的中點(diǎn)電流超過(guò)一定閾值時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟6，否則轉(zhuǎn)入步驟9 ;非冗余輸出電平組合是指在一個(gè)輸出電平組合序列中與同一小矢量對(duì)應(yīng)的兩個(gè)輸出電平組合中唯一出現(xiàn)的輸出電平組合。
[0007]本發(fā)明可以達(dá)到的技術(shù)效果是:
[0008]本發(fā)明在深入分析上述兩種三電平電力變換器中點(diǎn)電位平衡控制方法本質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)合理設(shè)定兩種三電平電力變換器中點(diǎn)電位平衡控制方法的選用條件，從而能夠充分發(fā)揮兩種方法的各自?xún)?yōu)點(diǎn)、使二者相得益彰，最終獲得優(yōu)于僅是應(yīng)用單一方法或如文獻(xiàn)2那樣簡(jiǎn)單組合的所謂混合式策略的控制性能，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)三電平電力變換器中點(diǎn)電位的有效控制。
【附圖說(shuō)明】
[0009]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:
[0010]圖1是三電平電力變換器的空間矢量圖；
[0011]圖2是本發(fā)明的三電平電力變換器中點(diǎn)電位綜合控制策略實(shí)施步驟示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]圖1給出了三電平電力變換器的空間矢量圖，可見(jiàn)，三電平電力變換器的空間矢量共計(jì)19個(gè)，包括1個(gè)零矢量(V。)、6個(gè)小矢量％?V6)、6個(gè)中矢量(V7?V12)、6個(gè)大矢量(V13?V19)。零矢量(V。)對(duì)應(yīng)3個(gè)輸出電平組合，每個(gè)小矢量對(duì)應(yīng)2個(gè)輸出電平組合，每個(gè)中矢量和每個(gè)大矢量均對(duì)應(yīng)1個(gè)輸出電平組合，共計(jì)27種輸出電平組合。例如:對(duì)應(yīng)于小矢量的輸出電平組合為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(fù)電壓N。
[0013]為了對(duì)三電平電力變換器進(jìn)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(jìn)行區(qū)域劃分。例如，將由以零矢量V。為中心、6個(gè)大矢量為頂點(diǎn)的六邊形劃分成6個(gè)小六邊形，每個(gè)小六邊形都是由以某一小矢量為中心點(diǎn)、以零矢量以及與該作為中心點(diǎn)的小矢量相鄰的2個(gè)小矢量、2個(gè)中矢量和1個(gè)大矢量為頂點(diǎn)連線組成的六邊形。6個(gè)小六邊形依次編號(hào)為1?6，稱(chēng)之為主扇區(qū)編號(hào)，以小矢量Vi為中心的小六邊形編號(hào)為1，以小矢量V2為中心的小六邊形編號(hào)為2，以此類(lèi)推。顯然，相鄰小六邊形存在重疊區(qū)域。對(duì)于編號(hào)為1和2的小六邊形，其重疊區(qū)域?yàn)橛身旤c(diǎn)m和v2為頂點(diǎn)的菱形區(qū)域，其它重疊區(qū)域的確定可參照進(jìn)行。
[0014]A、第1種方法
[0015]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V?f位于重疊區(qū)域時(shí)，其所屬小六邊形有兩種選擇。所選擇的小六邊形不同，對(duì)應(yīng)的輸出電平組合序列也不相同，對(duì)應(yīng)于輸出電平組合的中點(diǎn)電流及其對(duì)中點(diǎn)電位的影響也不相同。文獻(xiàn)1所述第一種方法就是通過(guò)選擇更有利于減小中點(diǎn)電位偏移的小六邊形實(shí)現(xiàn)對(duì)三電平電力變換器的中點(diǎn)電位平衡控制。
[0016]例如，當(dāng)參考電壓矢量Vraf位于由頂點(diǎn)VpVpVdP V2為頂點(diǎn)的重疊區(qū)域時(shí)，既可認(rèn)為參考電壓矢量V?f位于以wUmi和v2為頂點(diǎn)的第1小六邊形區(qū)域中，進(jìn)而按照該小六邊形進(jìn)行后續(xù)的SVPWM，又可認(rèn)為參考電壓矢量Vraf位于以V。、H v14、v8和v3為頂點(diǎn)的第2小六邊形區(qū)域中，從而按照該小六邊形進(jìn)行后續(xù)的SVPWM。
[0017]當(dāng)認(rèn)為V?f位于第1小六邊形區(qū)域中時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出電平組合序列為:0ΝΝ — 00N — Ρ0Ν — P00 (對(duì)應(yīng)中心對(duì)稱(chēng)調(diào)制的半個(gè)周期)。當(dāng)認(rèn)為位于第2小六邊形區(qū)域中時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出電平組合序列為:00N — PON — POO — ΡΡ0 (對(duì)應(yīng)中心對(duì)稱(chēng)調(diào)制的半個(gè)周期)。
[0018]對(duì)于第1小六邊形，與輸出電平組合序列對(duì)應(yīng)的中點(diǎn)電流分別是山、_L、ib、_ia，顯然，當(dāng)采用常規(guī)的中心對(duì)稱(chēng)SV