[发明专利]基于载波调制的二极管钳位型多电平变换器的均压方法

权利要求书

1.一种基于载波调制的二极管钳位型多电平变换器的均压方法，所述的二极管钳位型多电平变换器包括m个桥臂，m≥2；每个桥臂可输出n个电平，n≥3；其直流电容组由n-1个直流电容串联组成，直流电容之间的连接点为悬浮节点；二极管钳位型多电平变换器通过载波调制控制，其特征在于：所述均压方法通过向各相调制波中注入相同的零序电压，实现对直流电容组的多个直流电容电压的均压控制；所注入的零序电压u_z的数学表达式为：

u_z＝k(1-u_max)+(1-k)(-1-u_min)

其中u_max和u_min分别为所有相调制波的最大值和最小值，k为零序因子，满足0≤k≤1；

所述均压方法基于预测控制或比例积分控制器，确定所需注入的零序电压；注入上述零序电压后的各相调制波称为改进调制波；

所述的均压方法基于预测控制计算所需注入的零序电压；每个载波周期中，通过预测和比较不同零序电压注入后，载波周期末态的直流电容电压的偏差值，选取使得直流电容电压偏差最小的零序电压，以控制二极管钳位型多电平变换器；具体为：

(1)采样直流电容的电压、负载电流和各相调制波，初始化零序因子k＝0；

(2)根据三相调制波，生成零序电压u_z＝k(1-u_max)+(1-k)(-1-u_min)；其中u_max和u_min分别为所有相调制波的最大值和最小值，k为零序因子，满足0≤k≤1；

(3)计算注入上述零序电压u_z后的直流电容组各悬浮节点的导通因子；

a)根据采样的各相调制波和生成的零序电压，生成各相的改进调制波；

b)根据改进调制波和载波调制原理，计算直流电容组各悬浮节点的导通因子；

(4)根据直流电容组各悬浮节点的导通因子和负载电流，计算该载波周期中流出直流电容组各悬浮节点的电流；

(5)根据直流电容组各悬浮节点电流，计算该载波周期流入各直流电容的电流，并预测该载波周期末态时各直流电容的电压值；

(6)评估不同零序电压注入后的代价函数，代价函数为该载波周期末态各直流电容电压的偏差值的绝对值之和；

(7)递增零序因子k＝k+Δk，重复步骤(2)-步骤(6)，直到k>1.0，其中Δk为零序因子步长，满足0≤Δk≤1；

(8)选取使得代价函数最小的零序电压，以控制二极管钳位型多电平变换器。

2.根据权利要求1所述的基于载波调制的二极管钳位型多电平变换器的均压方法，其特征在于：在所述步骤(6)的代价函数中加入开关频率项，通过评估包括直流电容的电压偏差值和桥臂开关频率的代价函数，选取直流电容电压偏差小、桥臂开关频率低的零序电压，来控制二极管钳位型多电平变换器。

3.根据权利要求1所述的基于载波调制的二极管钳位型多电平变换器的均压方法，其特征在于：所述的评估包括直流电容的电压偏差值和桥臂开关频率的代价函数如下；

当不抑制桥臂开关频率时，代价函数g₁(k)为式(1)，式中u_Ci为所述步骤(5)预测的各直流电容的电压值，u_{Ci_ref}为各直流电容的参考电压，i＝{1,2,…,n-1}；

当抑制桥臂开关频率时，代价函数g₂(k)为式(2)，式中λ_v和λ_sw分别为直流电容均压和桥臂开关频率的控制权重因子，f_swx为各桥臂的开关频率，i＝{1,2,…,n-1}，x＝{1,2,…,m}；

4.一种基于载波调制的二极管钳位型多电平变换器的均压方法，所述的二极管钳位型多电平变换器包括m个桥臂，m≥2；每个桥臂可输出n个电平，n≥3；其直流电容组由n-1个直流电容串联组成，直流电容之间的连接点为悬浮节点；二极管钳位型多电平变换器通过载波调制控制，其特征在于：所述均压方法通过向各相调制波中注入相同的零序电压，实现对直流电容组的多个直流电容电压的均压控制；所注入的零序电压u_z的数学表达式为：

u_z＝k(1-u_max)+(1-k)(-1-u_min)

其中u_max和u_min分别为所有相调制波的最大值和最小值，k为零序因子，满足0≤k≤1；

所述均压方法基于预测控制或比例积分控制器，确定所需注入的零序电压；注入上述零序电压后的各相调制波称为改进调制波；

所述均压方法基于比例积分控制器计算所需注入的零序电压，采样直流电容组各悬浮节点的电压，根据电压偏差最大的悬浮节点的电压偏差值及负载吸收的瞬时有功功率的极性，通过比例积分控制器生成所需注入的零序电压，具体为：

(1)采样直流电容组各悬浮节点的电压、负载电流和各相调制波；

(2)根据各相调制波和负载电流，计算负载吸收的瞬时有功功率；

(3)计算直流电容组的各悬浮节点的电压偏差值，选取其中最大的电压偏差值，根据负载吸收的瞬时有功功率的极性，生成比例积分控制器的输入信号；

a)直流电容组的各悬浮节点的电压偏差值，是各悬浮节点的参考电压与其采样电压之差；

b)当负载吸收的瞬时有功功率大于等于零时，比例积分控制器的输入信号为最大的悬浮节点电压偏差值；当负载吸收的瞬时有功功率小于零时，比例积分控制器的输入信号为最大的悬浮节点电压偏差值的相反数；

(4)比例积分控制器的输出信号为所需的零序因子k，据此生成所需注入的零序电压，对二极管钳位型多电平变换器进行均压控制。