[发明专利]NPC三电平结构中直流侧中点电位平衡的控制方法

说明书

技术领域

     本发明涉及一种二极管钳位型（NPC）三电平逆变电路直流侧中点电位波动的控制方法，具体涉及一种NPC三电平结构中直流侧中点电位平衡的控制方法。

背景技术

很多光伏并网逆变器采用中点钳位型三电平逆变电路，输入侧采用电容分压，可为逆变器的输出增加一个                                                电平，使逆变输出的PWM波形较传统两电平更接近三相电网电压的正弦波形。由于直流侧中点有电流的流入流出，容易造成中点电位的不平衡，给逆变器的性能和安全带来十分不利的影响，因此必须通过适当的控制消除中点电位不平衡。目前软件控制算法研究较为广泛，有些是通过对中点进行滞环比较的控制方式将中点电位控制在一定范围内波动，这种方法简单易行，但是没有完全消除中点电位的低频波动。也有研究表明可以通过注入零序电压的办法将中点电流控制为零从而实现中点电位的平衡，这种方法完全可以消除中点电位的低频波动、取得更好的控制效果，但是注入零序电压的控制算法相对复杂、不易于在工程中应用，且在每一相调制电压过零点附近会出现零序电压计算不准确的情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种NPC三电平结构中直流侧中点电位平衡的控制方法，现有硬件的条件下既能够消除二极管钳位型三电平中点电位的直流偏置和低频波动、实现中点平衡，又能够使控制算法简单易行、准确无误。

为解决上述的技术问题，本发明采取的技术方案：

NPC三电平结构中直流侧中点电位平衡的控制方法，取光伏逆变器直流侧母线电压的一半和中点电压的差值大小，通过PI调节器得到当前开关周期需要向中点注入的电流值，以空间矢量脉宽调制（SVPWM）中各扇区冗余小矢量的作用时间作为调制手段，定量的计算出一个开关周期内冗余小矢量的分配比例，使中点电流跟随维持中点电位平衡的给定；如果中点电位不存在直流偏置时，只需要在每个开关周期内将中点电流控制为0即可维持中点电位平衡，消除三电平中点电位的低频波动。

上述的NPC三电平结构中直流侧中点电位平衡的控制方法，

判断空间矢量脉宽调制（SVPWM）各扇区的具体步骤如下：

在光伏逆变器运行时，控制芯片会通过采样电路得到三相电感电流、、，并通过计算得到小矢量、和中矢量的作用时间分别为、和，它们作用时中点对应的电流分别为、和。

（1）、如果参考电压矢量在小三角形1内（调制度），若，则选择作为调节冗余小矢量，否则选择作为调节冗余小矢量；

（2）、如果参考电压矢量在小三角形3内（调制度），若，则选择作为调节冗余小矢量，否则选择作为调节冗余小矢量。

在小三角形1区内：

以作为调节冗余小矢量的电压矢量顺序：

以作为调节冗余小矢量的电压矢量顺序：

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明能够在不改动现有硬件 的条件下能够消除NPC型三电平中点电位的直流偏置和低频波动，最终实现中点平衡，改善了输出电流质量，且控制算法简单易行、不存在计算不准的情况；所提冗余小矢量选择判据在功率因素不为1情况下充分挖掘了冗余小矢量的对中点电位的调节能力，最大限度的实现中点电位的平衡。

附图说明

图1为本发明所采用的电路拓扑结构；

图2为三电平逆变器输出矢量空间图；

图3为三电平逆变器输出矢量空间图第Ⅰ扇区；

图4为三电平SVPWM的矢量空间图从第一扇区至第六扇区所对应的三相电感电流波形（功率因素为1）。

图5为，电感电流超前参考电压20°时，采用小矢量作用时间大小为判据的三相电压调制波与冗余小矢量分配系数的仿真波形；

图6为，电感电流超前参考电压20°时，采用小矢量注入电荷多少为判据的三相电压调制波与冗余小矢量分配系数的仿真波形；

图7为，电感电流超前参考电压20°时，采用小矢量作用时间大小为判据的三相电压调制波与冗余小矢量分配系数的仿真波形；

图8为，电感电流超前参考电压20°时，采用小矢量注入电荷多少为判据的三相电压调制波与冗余小矢量分配系数的仿真波形；

图9为光伏逆变器在0.1s切换至本发明控制方法的调制波、电感电流和中点电压仿真波形。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。