[发明专利]三电平变换器中点电位平衡控制方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种NPC三电平变换器的中点电位平衡控制方法与装置。

背景技术

近年来，随着大功率电力电子技术的发展，多电平变换器得到了广泛应用，其具有谐波含量低、效率高、容量大等特点。三电平变换器常见的拓扑结构是二极管中点箝位型(NPC)结构，如图1所示。与两电平拓扑相比具有以下优点：1)相同开关频率下，输出电压、电流的谐波含量大幅降低；2)功率管承受的电压为母线电压的一半；3)功率管开关损耗低。

中点电位平衡问题是三电平研究的热点和难点。三电平调制算法中，常采用多载波脉宽调制(CBPWM)、空间矢量脉宽调制(SVPWM)。为了使三电平变换器的可靠运行，必须确保中点电位为直流侧电压的一半。中点电位平衡控制的方法主要有以下两种：1)增加硬件电路；2)改进控制算法。增加硬件电路会造成成本的增加；改变控制算法不会增加成本，具有优势。

改进控制算法中，较常用的方法主要有两种：1)基于零序电压注入的多载波CBPWM方法；2)基于冗余小矢量计算的SVPWM方法。

零序电压注入的多载波CBPWM方法是，采集中点两侧的母线电压Udc1、Udc2，将Udc1、Udc2的电压偏差经闭环控制器得到补偿零序电压U0，再将U0叠加到原来的三相调制波上，通过电压电流的闭环来控制系统的中点电压波动。该方法实现简单，其中闭环控制器的设计十分重要，不当的控制参数是不能稳定中点电压的。

现有的零序电压注入的多载波脉宽调制方法，对不同功率因数、负载的适应能力较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种NPC三电平变换器的中点电位平衡控制方法与装置，用于解决现有零序电压注入的多载波脉宽调制方法对不同功率因数、负载的适应能力较差的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：三电平变换器中点电位平衡控制方法，步骤如下：

4)采集直流母线中点上下侧电容的电压U_dc1、U_dc2；

5)计算U_dc1、U_dc2两电压的偏差，将偏差输入滑模变结构控制器，计算得到零序电压分量U₀，所述滑模变结构控制器为x1=Udc1-Udc2,x1*=0;sat(s)=1s>Δks|s|≤Δk=1Δ-1s<-Δ;]]>Δ、k₁、ε₁为设定参数；

6)将U₀叠加至调制波U_a,U_b,U_c上，得到总的调制波U_{a_total},U_{b_total},U_{c_total}；