[发明专利]通用多电平三相四线逆变器脉宽调制控制方法及控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种通用多电平三相四线制逆变器脉宽调制控制方法及控制 器，属于电气工程中的变流技术领域。

背景技术

多电平逆变器越来越多的被应用于配电系统中的中、高容量电力设备中。 随着逆变器电平数的增加，每个开关器件承受的电压和逆变器输出谐波水平都 明显降低。常用的三相四线制逆变器包括：三桥臂直流中分逆变器及四桥臂逆 变器，如图1和图2所示。这两种逆变器都可以应用于两电平以上的逆变器系 统中。三相四线系统中逆变器的控制要考虑到零序分量，即零序电压和中线电 流的控制，与控制一般三相三线系统中的逆变器相比，更加复杂和难于实现。 而随着电平数目的增加，逆变器的开关状态的数目也急剧增加，给实现多电平 三相四线逆变器的脉宽调制(以下简称PWM)控制带来了极大的困难。

目前设计的多电平逆变器控制系统，往往针对逆变器输出三相正弦电压信 号的情况设计，如“一种三电平逆变器的控制系统及方法”(中国发明专利，公 开日：2006年9月6日，公开号CN1829061A)。三相四线逆变器在配电系统中 的电能质量补偿装置，如动态电压补偿器、有源滤波器等设备中得到广泛的应 用。在电能质量补偿装置中，逆变器输出含有大量谐波分量，需要实时跟踪参 考信号的变化，因而需要在PWM控制器中加入能实时接收参考信号的数据接 口。

关于多电平逆变器脉宽调制方法的研究以往集中在三相三线逆变器上，如 在文献“一种基于空间矢量调制的多电平逆变器的控制方法”(中国国家专利， 公开日：2004年4月7日，公开号CN1487658A)中所记述的PWM方法，虽 然可以适用于任意电平的逆变器，但是并没有考虑到针对三相四线系统的零序 分量的控制与补偿。

已经提出的三相四线多电平逆变器控制方法主要有三维空间矢量控制方法 和滞环控制方法，这些方法往往只适用于某种具体电平数目和特定拓扑的逆变 器，算法的通用性很差。文献“一种用于多电平逆变器的三维空间矢量脉宽调 制方法”(IEEE Power Electronics Letters，2003.Vol.1 No.4：110-114)中的空间矢 量控制方法尽管可以通用于多电平三桥臂中分逆变器，但其实现时需要选择相 邻的四个矢量、分别计算作用时间、再根据各相桥臂的开关状态，分别计算各 相开关的作用时间。该方法计算复杂，占用资源多。而且不适用于多电平四桥 臂逆变器。

综上所述，现有的PWM控制器主要的缺陷在于：

(1)针对三相三线系统设计，没有考虑零序分量的控制与补偿；

(2)只针对某种特定电平和特定拓扑的逆变器设计，通用性差；

(3)采用传统三维空间矢量PWM控制方法计算复杂，占用系统资源多；

此外如果PWM控制器能被集成在一个芯片中，供开发人员直接内嵌在控 制系统中使用，将可以缩短设计周期，有更大的实用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种通用于三桥臂直流中分及四桥臂多电平三相四线 制逆变器的脉宽调制控制方法及控制器，该控制方法及控制器能通用于三桥臂 直流中分及四桥臂这两种常用的三相四线制逆变器，并可用在两电平或以上的 逆变器系统中。

本发明提供的通用于三桥臂直流中分及四桥臂的多电平三相四线制逆变器 的脉宽调制控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据所需控制逆变器结构，利用如下公式计算中点偏置分量V_fn；

(2)根据中点偏置分量和参考电压信号，利用如下公式计算逆变器每个输 出桥臂的电压参考值；

V_jn＝v_refj+V_fn              j＝a，b，c；