[发明专利]三相单向级联式多电平电力电子变流器直流电压平衡控制方法

说明书

本发明提供了一种三相单向级联式多电平电力电子变流器直流电压平衡控制方法。本发明对传统单周期控制进行改进，在不改变单周期控制无需使用锁相环以及交流侧无需使用电压传感器的优点外，实现相间电压平衡控制。当三相单向级联式多电平电力电子变流器直流电压的不平衡度较大时，本发明提供的方法可使三相单向级联式多电平电力电子变流器直流电压以最大速率调节相间电压使其保持平衡。

技术领域

本发明涉及级联式多电平电力电子变流器直流电压平衡控制领域，特别涉及三相单向级联式多电平电力电子变流器直流电压平衡控制方法。

背景技术

无工频变压器级联H桥变流器具有较高的输入侧功率因数、模块化设计、四象限运行、电压应力较低等诸多优点，越来越多地受到学术界和工业界的重视。然而大量的全控型开关器件的使用带来了系统复杂、造价昂贵、效率降低、故障率提高等缺陷。

考虑到大量的工业生产中并不要求实现能量的双向传输，完全采用全控型开关器件的无工频变压器级联H桥变流器在无需能量回馈的风机、泵类电动机变频调速系统中的应用并无必要性。因此，单向级联式多电平电力电子变流器应运而生。

对于单向级联式多电平电力电子变流器的直流侧而言，各个电力电子变流器直流侧输出电压的均衡是保证系统稳定、可靠工作的先决条件。然而，在实际工程中，由于器件参数不可避免的差异以及可能出现的负载不对称，各个电力电子变流器的功率损耗并不相同，因此如果不进行有效的控制，会产生直流输出电压不平衡问题，从而触发某些模块的过压保护，严重时甚至造成开关管损毁乃至系统崩溃。

单周期控制是一种非线性大信号PWM控制理论，也是一种模拟PWM控制技术。该控制方法通过控制占空比，使每个开关周期中开关变量的平均值严格等于或者正比于控制参考量。平均输入电流跟踪参考电流且不受负载电流的约束，即使负载电流具有很大的谐波也不会使输入电流发生畸变。单周期控制不需要使用锁相环，也就不需要乘法器和采样输入电压，这个特点使应用该控制技术的电力电子变流器不需要交流电压传感器，使整个控制电路成本和复杂程度降低。

因此，对控制简单、具有优良性能的单周期控制进行改进研究，对于进一步提高单周期控制的性能，使其能够应用于单向级联式多电平电力电子变流器相间直流电压的快速平衡控制，具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是在传统单周期控制的基础上，在保持单周期控制不需要乘法器和采样输入电压的优势的前提下，提出一种改进的单周期控制方法，使三相单向级联式多电平电力电子变流器在出现直流电压不平衡现象时，能够以最大速率调节相间电压使其保持平衡，保证整个系统的稳定运行。

为达到上述目的，本发明提供了三相单向级联式多电平电力电子变流器直流电压平衡控制方法，其中三相单向级联式多电平电力电子变流器包括三相星接单向级联式多电平电力电子变流器，三相星接单向级联式多电平电力电子变流器由3*N个能量单方向流动变流器级联组成，其中每相由N个能量单方向流动变流器级联组成，N为大于1的整数；三相星接单向级联式多电平电力电子变流器包括三相星接级联式二极管H桥变流器、三相星接级联式无桥变流器、三相星接级联式VIENNA变流器；

本发明三相单向级联式多电平电力电子变流器直流电压平衡控制方法步骤如下：

(1)分别对三相星接单向级联式多电平电力电子变流器直流侧电压进行采样，得到3*N个直流电压信号U_dca1、U_dca2...U_dcaN、U_dcb1、U_dcb2...U_dcbN、U_dcc1、U_dcc2...U_dccN，其中每相得到N个直流电压信号；