[发明专利]一种有源中点钳位五电平逆变器电容电压平衡控制方法

说明书

本发明公开了一种有源中点钳位五电平逆变器电容电压平衡控制方法，有源中点钳位五电平逆变器包括支撑电容C1、支撑电容C2、四个输入侧桥臂和两个输出侧桥臂，各个输入侧桥臂和各个输出侧桥臂均包括两个半导体开关器件，对有源中点钳位五电平逆变器进行支撑电容电压的平衡控制，得到零序电压；对有源中点钳位五电平逆变器进行悬浮电容电压的平衡控制，得到冗余状态作用时间调整值dx；依据零序电压和冗余状态作用时间调整值dx得到辅助调制波。

技术领域

本发明属于电源技术领域，具体涉及一种有源中点钳位五电平逆变器的电容电压平衡控制技术。

背景技术

随着高压大功率应用的不断普及，受限于目前半导体开关器件的电压等级，通过多电平输出提高输出电压等级是一条行之有效的方法，因此多电平逆变器越来越受到工业界和学者们的关注，虽然已经有大量文献介绍了相关的研究成果，但真正具有实用价值且成功实现商业化应用的拓扑结构十分有限，主要包括二极管钳位型、飞跨电容型、级联H桥型、模块化多电平拓扑。有源中点钳位五电平(Active Neutral Point clamp five-leveltopology，ANPC-5L)于2005年由ABB研究人员提出，并且已经成功应用于ABB公司的ACS2000系列产品，因此其实用性已经经过检验。相比于二极管钳位拓扑、飞跨电容拓扑、级联H桥拓扑ANPC-5L拓扑的优点在于：三相共用直流母线，减少了直流源数量，可以工作在背靠背方式；拓扑结构相对简单，控制较为容易；保留了二极管钳位型拓扑的优点。因此有源中点钳位五电平逆变器具有很好的应用前景。

几乎对所有三电平及以上的逆变器，电容电压平衡控制都是研究的重点，目前二极管钳位拓扑、飞跨电容拓扑、级联H桥拓扑和模块化多电平拓扑的电容电压平衡控制技术已经较为成熟，但对ANPC-5L拓扑的研究还较少。尽管ABB公司已经推出ANPC-5L的商业产品，但其电容电压平衡控制方法是商业机密，其实现方式不得而知，目前关于ANPC-5L逆变器电容电压平衡控制的研究存在以下几个问题：一是目前基于零序电压注入的支撑电容电压控制会造成过大的共模电压，这将对负载电机寿命产生不良影响；二是目前对悬浮电容电压的平衡控制主要是通过检测电压和电流，从而选择不同的冗余开关状态，但这种控制方式是一种定性而非定量控制，容易造成悬浮电容电压波动过大，且会失去移相载波调制自平衡的优点；三是没有将支撑电容电压平衡控制与悬浮电容电压平衡控制有机结合，这也是目前对ANPC-5L拓扑研究存在的最主要的问题。事实上，支撑电容电压的平衡与悬浮电容电压的平衡是相互耦合的，悬浮电容电压平衡控制不当将影响支撑电容电压平衡控制效果。

发明内容：

为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供一种有源中点钳位五电平逆变器电容电压平衡控制方法，通过引入辅助调制波，将支撑电容电压控制和悬浮电容电压控制有机结合，有效控制有源中点钳位五电平逆变器ANPC-5L电容电压平衡。

为了解决上述技术问题本发明的所采用的技术方案为：

一种有源中点钳位五电平逆变器电容电压平衡控制方法，有源中点钳位五电平逆变器包括支撑电容C1、支撑电容C2、四个输入侧桥臂和两个输出侧桥臂，各个输入侧桥臂和各个输出侧桥臂均包括两个半导体开关器件，对有源中点钳位五电平逆变器进行支撑电容电压的平衡控制，得到零序电压；对有源中点钳位五电平逆变器进行悬浮电容电压的平衡控制，得到冗余状态作用时间调整值dx；依据零序电压和冗余状态作用时间调整值dx得到辅助调制波。

较佳地，对有源中点钳位五电平逆变器进行支撑电容电压的平衡控制，得到零序电压的具体方法包括：

步骤1.1，根据两个支撑电容电压的差值，获取一个载波周期内用于平衡支撑电容电压的理想平均中点电流

步骤1.2，通过注入零序电压控制支撑电容的电压，以参考电压在电平区间的范围内为前提，获取零序电压的范围[U_zmin,U_zmax]；