[发明专利]一种基于调制波区间划分的中点电压控制装置

说明书

本发明公开了一种基于调制波区间划分的中点电压控制装置及方法。该装置包括三电平逆变器、数字处理控制模块和驱动电路，其中数字处理控制模块包括采样单元、闭环控制单元、正弦脉宽调制单元、调制波区间划分单元和零序分量计算单元。方法为：计算三相调制信号加入零序分量后过零点的偏移角度；划分调制波区间，并计算出抑制中点电压波动所需的零序分量；通过比较直流侧上下电容的瞬时电压，判断零序分量的符号；将零序分量与三相调信号相加，并经过正弦脉宽调制单元处理，得到脉宽调制控制信号，进而驱动电路控制三电平逆变器开关管工作。本发明硬件成本低、控制准确、适用范围广，可以有效抑制中点电压波动，降低入网电流的畸变率。

技术领域

本发明属于电力电子变换技术中的控制技术领域，特别是一种基于调制波区间划分的中点电压控制装置。

背景技术

NPC三电平逆变器由于其拓扑结构成熟，开关器件承受电压低，输出谐波含量少等优点，在中高功率场合得到了广泛的应用。但由于NPC三电平逆变器的固有特性，逆变器的直流侧会产生中点电压波动的问题。目前对于三电平逆变器直流侧中点电压波动的问题，主要有三种解决方法：(1)采用独立的直流电压源为直流侧电容供电；(2)外接中点平衡控制电路；(3)采用特定的中点电压控制方法；由于前两种方法会增加硬件成本，故一般不予考虑。

在理想电网条件下，现有的中点电压控制方法相对成熟，如基于零序分量注入的DPWM方法、基于冗余小矢量调整的SVPWM方法、基于混合调制的方法等。然而在实际情况中，电网故障会导致网侧三相电压不平衡，在三相电压不平衡的状态下，中点电压波动的幅值会增大，频率则由三相平衡时的三倍工频变为工频，且含有3、5、7次等奇次谐波分量，这给中点电压的控制带来了困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于非理想电网条件下基于调制波区间划分的中点电压控制方法及装置，在非理想电网条件下实现逆变器直流侧上、下电容电压的平衡，且在低功率因数运行的情况下也有较好的效果。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于调制波区间划分的中点电压控制装置，包括三电平逆变器、数字处理控制模块和驱动电路，其中：

数字处理控制模块包括采样单元、闭环控制单元、正弦脉宽调制单元、调制波区间划分单元和零序分量计算单元；采样单元分别采集三电平逆变器直流侧上、下电容电压信号、三电平逆变器交流侧的三相电压信号、三电平逆变器交流侧的三相电流信号，发送至调制波区间划分单元、零序分量计算单元和闭环控制单元；调制波区间划分单元和零序分量计算单元根据采样得到的交流侧电流信号及调制波信号，计算得出抑制中点电压波动所需的零序分量，将零序分量与闭环控制单元得到的调制波信号相加，发送至正弦脉宽调制单元，正弦脉宽调制单元的输出端经过驱动电路，接入三电平逆变器中每相桥臂的各个开关管。

一种基于调制波区间划分的中点电压控制方法，包括以下步骤：

步骤1、采样交流侧三相电压e_a、e_b、e_c，交流侧三相电流i_a、i_b、i_c，直流侧上电容电压U_C1，直流侧下电容电压U_C2；

步骤2、利用对称分量法，对交流侧三相电压e_a、e_b、e_c、交流侧三相电流i_a、i_b、i_c进行正负序分解；

步骤3、以消除有功功率波动为目标，计算电流给定，并通过闭环控制单元得到三相调制波u_a、u_b、u_c；

步骤4、计算加入零序分量后a、b、c三相调制波的过零点偏移角度