[发明专利]三电平能量回馈装置的中点电位平衡控制装置及方法

权利要求书

1.一种三电平能量回馈装置的中点电位平衡控制方法，所述控制方法基于三电平能量回馈装置的中点电位平衡控制装置，所述控制装置采用NPC型三电平回馈装置，包括控制模块、开关电路及中点电位检测模块；中点电位检测模块与NPC型三电平回馈装置连接，包括两个电压检测模块和一个信号调理电路，两个电压检测模块分别用于检测NPC型三电平回馈装置的上桥臂电压和下桥臂电压，所检测的上桥臂电压、下桥臂电压经信号调理电路处理后输出至控制模块；控制模块根据检测到的上桥臂电压和下桥臂电压，控制输出到开关电路相应开关管的导通时序，给NPC型三电平回馈装置的中点进行充电或放电，实现中点电位平衡控制；

所述控制模块设有四路PWM信号输出通道；所述开关电路包括电感L和串联连接的IGBT开关管S₁-S₄，IGBT开关管S₁-S₄串联后的中点经电感L与NPC型三电平回馈装置的中点连接，IGBT开关管S₁-S₄的栅极分别与四路PWM信号输出通道连接；

IGBT开关管S₂集电极与IGBT开关管S₁发射极连接，IGBT开关管S₃发射极与IGBT开关管S₄集电极连接，IGBT开关管S₂发射极IGBT开关管S₃集电极的连接点C经电感L与NPC型三电平回馈装置的中点连接；IGBT开关管S₁-S₄集电极与发射极之间分别设有反并联的续流二极管VD₃、VD₄、VD₅、VD₆；

IGBT开关管S₂集电极与IGBT开关管S₁发射极的连接点A与NPC型三电平回馈装置的中点O之间设有钳位二极管VD₁；IGBT开关管S₃发射极与IGBT开关管S₄集电极的连接点B与NPC型三电平回馈装置的中点O之间设有钳位二极管VD₂；

所述控制模块设有AD输入通道、第一PWM信号输出通道、第二PWM信号输出通道、第三PWM信号输出通道及第四PWM信号输出通道，其特征在于，所述中点电位平衡控制方法包括以下步骤：

步骤1、中点电位检测模块通过两个电压检测模块分别检测上桥臂电压和下桥臂电压；

步骤2、将上桥臂电压和下桥臂电压通过信号调理电路作差得到中点电位偏差信号，并将中点电位偏差信号经过调理后传输到控制模块的AD输入通道；

步骤3、控制模块根据中点电位偏差信号进行判断处理：如果中点电位偏差大于下限阈值U₁，并且小于上限阈值U₂，则判定中点电位在误差范围内，不进行控制；如果中点电位偏差信号小于下限阈值U₁，则判定中点电位上偏，然后进入上偏控制策略，控制模块通过PI调节器控制开关管S₃、S₄导通的占空比，来实现平衡控制；如果中点电位偏差信号大于上限阈值U₂，则判定中点电位下偏，然后进入下偏控制策略，控制模块通过PI调节器控制开关管S₁、S₂导通的占空比，来实现平衡控制；

所述上偏控制策略的过程包括：

S41、控制模块将中点电位偏差信号经过标幺处理后，输入到PI调节器中，经过PI调节器后得到开关管S₃、S₄导通的占空比D₂；

S42、控制模块通过第三PWM信号输出通道控制开关管S₃导通，Δt时间后，控制模块通过第四PWM信号输出通道控制开关管S₄导通；

S43、开关管S₃、S₄导通，NPC型三电平回馈装置的中点O通过开关管S₃、S₄、电感L和NPC型三电平回馈装置的负母线N构成回路，中点O通过电感L给负母线N放电，使中点电位开始下移；

S44、控制模块根据占空比D₂计算出开关管S₄导通时长，导通结束时，通过第四PWM信号输出通道控制开关管S₄关断，通过钳位二极管VD₂使连接点B电位钳位为中点O电位；通过开关管S₁、S₂反并联的续流二极管VD₃、VD₄为电感L提供续流回路，正母线P通过续流二极管VD₃、VD₄、电感L给中点O放电，使中点电位开始下移；Δt时间后，控制模块通过第三PWM信号输出通道控制开关管S₃关断，连接点B电位钳位为中点O电位，续流二极管VD₃、VD₄导通，连接点C电位钳位为正母线P点电位；

S45、开关管S₃、S₄关断，共同承受直流母线电压，实现静态均压；

重复循环步骤S42-45，直到中点电位下移到误差允许的范围内；

所述下偏控制策略的过程包括：

S51、控制模块将中点电位偏差信号经过标幺处理后，输入到PI调节器中，经过PI调节器后得到开关管S₁、S₂导通的占空比D₁；

S52、控制模块通过第二PWM信号输出通道控制开关管S₂导通，Δt时间后，控制模块通过第一PWM信号输出通道控制开关管S₁导通；

S53、开关管S₁、S₂导通，NPC型三电平回馈装置的正母线P通过开关管S₁、S₂、电感L和NPC型三电平回馈装置的中点O构成回路，正母线P通过电感L给中点O充电，使中点电位开始上移；

S54、控制模块根据占空比D₁计算出开关管S₁的导通时长，导通结束时，通过第一PWM信号输出通道控制开关管S₁关断，此时开关电路通过钳位二极管VD₁使连接点A电位钳位为中点O电位；通过开关管S₃、S₄反并联的续流二极管VD₅、VD₆为电感L提供续流回路，负母线N通过VD₅、VD₆、电感L给中点O充电，使中点电位开始上移；Δt时间后，控制模块通过第二PWM信号输出通道控制开关管S₂关断，连接点A电位钳位为中点O电位，续流二极管VD₅、VD₆导通，连接点C电位钳位为负母线N点电位；

S55、开关管S₁、S₂关断，共同承受直流母线电压，实现静态均压；

重复循环步骤S52-S55，直到中点电位上移到误差允许的范围内。