[发明专利]中点箝位型三电平半桥逆变器的控制系统及均压控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中点箝位型三电平半桥逆变器的控制系统及均压控制方法，属于电力电子变换器领域。

背景技术

多电平逆变器由于输出电压谐波含量小等优点，得以快速发展。但电平数过多将使得系统成本增加、可靠性降低且控制复杂，因此三电平逆变器应用比较广泛，其中H桥逆变器最简单，但其局限性比较大，不适用于高输入电压及单级式非隔离并网逆变等场合，而三电平半桥逆变器应用场合比较广泛，且其结构及控制也相对简单。三电平半桥结构主要有以下几种：二极管箝位式、飞跨电容式和级联三电平式，其中，二极管箝位式是最早提出的一种三电平变流器拓扑。二极管箝位式三电平半桥变换器的输入端为电容串联结构，由于电路存在非理想因素，会出现中点电位不平衡问题。中点电位不平衡将会使交流输出电压畸变，产生低次及偶次谐波；造成开关管耐压不一致；偶次谐波的累积效应，会进一步加剧中点电压不平衡，最终使系统崩溃。因此，目前出现了大量关于3L-NPC半桥拓扑中点电位均衡问题的文献。

现有的三相3L-NPC逆变器电容电压均衡措施，主要有滞环控制法、虚拟空间矢量法、注入零序电压法等，其总体思想是在SVPWM调制下，通过对冗余小矢量合理分配实现电容均压。单相3L-NPC均压控制策略的研究相对较少，其中采用多个直流源代替输入电容或附加硬件电路法，将大大增加系统成本；在电容两侧并联大电阻强行分压方法，将增加电路损耗，这些方法均没有从根本上解决问题，破坏了逆变器电路本身的均衡特性。

另外，多电平逆变器还可采用均衡电路，如RLC等，进行电容电压均衡控制；将两个3L-NPC半桥相结合，形成双桥臂3L-NPC拓扑，改变电路特性，通过附加RLC均衡电路，以产生开关频率次的谐波电流，实现电容电压均衡，但这种方法增加电路成本及损耗。

现有的软件控制法主要通过附加前馈或反馈变量，来实现电容均压。如将电容压差前馈到电流参考中，实现电容电压均衡，但是需要检测电容电压；采用双环控制，将调制波通过低通滤波器，取其直流分量反馈到逆变器的电压参考中，也可使电容电压均衡，但是这种控制方法需要的存储空间大。

因而，可实现电容电压均衡的简单低成本控制方法是NPC型三电平半桥逆变器控制领域急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种中点箝位型（即NPC型，Neutral Point Clamped)三电平半桥逆变器的控制系统及均压控制方法，通过选择对直流分量的响应为0的调节器，使得该方法不破坏NPC型三电平半桥逆变器电容电压自平衡的固有特性，即不对负载电流的直流分量进行闭环控制，解决了现有技术中采用其他类型调节器破坏了逆变器本身电容电压自平衡特性，从而导致电路结构复杂成本高的问题。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

中点箝位型三电平半桥逆变器的控制系统，所述控制系统为单闭环控制系统，所述单闭环控制系统包括第一调节器，所述第一调节器的传递函数对其输入信号中的直流分量的响应为0。

进一步地，所述第一调节器为准谐振调节器。

中点箝位型三电平半桥逆变器的控制系统，所述控制系统为双闭环控制系统，所述双闭环控制系统包括第一调节器、第二调节器，所述第一调节器的传递函数对其输入信号中的直流分量的响应为0。

进一步地，所述第一调节器为准谐振调节器，所述第二调节器为比例调节器。

中点箝位型三电平半桥逆变器的控制系统的均压控制方法，首先，采样三电平半桥逆变器输出的电流信号，然后将采样的电流信号与预先设定的基准电流信号进行比较，获得误差电流信号，最后将该误差电流信号经第一调节器处理后的输出信号作为所述三电平半桥逆变器开关运行的脉冲宽度调制信号，所述第一调节器对其输入信号中的直流分量的响应为0。

中点箝位型三电平半桥逆变器的控制系统的均压控制方法，首先，采样三电平半桥逆变器输出的电压信号与电流信号，然后将采样的电压信号与预先设定的基准电压信号进行比较，获得误差电压信号，再将该误差电压信号经第一调节器处理后的输出信号作为基准电流信号，并与采样的电流信号进行比较，获得误差电流信号，最后将该误差电流信号经第二调节器处理后的输出信号作为三电平半桥逆变器开关运行的脉冲宽度调制信号，其中所述第一调节器对其输入信号中的直流分量的响应为0。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、实现了电容电压均衡。

2、无需附加信号检测及变量反馈。

3、简化系统控制，降低系统成本。

附图说明

图1为3L-NPC半桥逆变器。