[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

说明书

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，通过在载波调制的调制波中注入零序电压，实现对直流电容组多个串联直流电容的均压控制。所注入的零序电压的数学表达式为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。本发明采用两种方法计算零序电压，第一种方法基于预测控制确定零序电压，此方法可同时实现桥臂开关频率的抑制；第二种方法基于比例积分控制器闭环确定零序电压。

技术领域

本发明涉及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。

背景技术

二极管钳位型多电平变换器的直流电容组由多个直流电容串联组成，直流电容之间的连接点为悬浮节点。各悬浮节点通过钳位二极管网络与二极管钳位型多电平变换器的桥臂相连。二极管钳位型多电平变换器的桥臂由串联连接的功率开关器件和钳位二极管网络组成。通过二极管钳位型多电平变换器的控制装置，改变桥臂功率开关器件的开关状态，即可在桥臂的输出端获得直流电容组提供的多个电平值。

然而，由于直流电容组内外侧直流电容的不对称性，当直流电容组与负载之间传递有功功率时，各直流电容的电压无法保持平衡。目前，基于空间矢量调制的均压方法已被提出。文献(Saeedifard M,Iravani R,Pou J.Analysis and control of DC-capacitor-voltage-drift phenomenon of a passive front-end five-level converter[J].IEEETransactions on Industrial Electronics,2007,54(6):3255-3266.)根据五电平二极管钳位型多电平变换器空间矢量的冗余性，提出了一种基于直流电容组偏差能量最小化的均压方法。在每个控制周期中，该方法通过对比冗余开关矢量构成的各冗余开关序列对直流电容电压的影响，选取使得直流电容偏差能量最小化的开关序列，来控制五电平二极管钳位型多电平变换器。此类方法的缺点是，随着电平数的增加，二极管钳位型多电平变换器的矢量空间的复杂性将显著增大，导致均压方法非常复杂。此外，当二极管钳位型多电平变换器的电平数和桥臂数变化时，二极管钳位型多电平变换器对应的矢量空间各不相同，导致基于空间矢量调制的均压方法通用性差。

文献(Pan Z,Peng F Z.A sinusoidal PWM method with voltage balancingcapability for diode-clamped five-level converters[J].IEEE Transactions onIndustry Applications,2009,45(3):1028-1034.)提出了一种基于载波调制的均压方法，用于背靠背五电平二极管钳位型多电平变换器的均压控制。该方法通过在整流侧和逆变侧的调制波中分别注入三倍基波频率的零序电压，实现直流电容电压的平衡控制。然而，该方法没有给出所需注入的零序电压的数学表达式，且针对背靠背应用提出，算法灵活性较差。

相比于复杂的基于空间矢量调制的均压方法，基于载波调制的均压方法便于实现，且对于不同电平数和桥臂数的二极管钳位型多电平变换器有较好的通用性和可移植性。因此，基于载波调制开发通用于二极管钳位型多电平变换器的直流电容均压方法，有着重要的工程实用价值。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种二极管钳位型多电平变换器的均压方法。本发明基于载波调制，通用性强。

本发明所采用的技术方案如下：

应用本发明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。