[发明专利]一种二级式三电平逆变器中点电位协调控制方法

说明书

本发明公开了一种二级式三电平逆变器中点电位协调控制方法，二级式三电平逆变器前级采用三电平DC/DC变换器，后级采用二极管嵌位式三电平逆变器，所述方法包括：采用SVPWM调制策略，确定三电平逆变器的空间矢量作用序列；结合空间矢量作用序列，计算三电平逆变器的中线电流；计算三电平逆变器流出中线的电荷量；计算三电平DC/DC的中点补偿电荷量；对三电平DC/DC的工作模式进行划分；获得三电平DC/DC与三电平逆变器的中点平衡协调控制策略。本发明基于电荷守恒的二级式三电平逆变器中点电位协调控制方法，结合具体调制策略，定量计算三电平逆变器补偿电荷量和前级三电平DC/DC补偿电荷量，使得最终注入直流中点的负荷为零，实现中点电位平衡控制。

技术领域

本发明涉及一种三电平逆变器中点电位平衡方法，具体为基于电荷守恒的二级式三电平逆变器中点电位协调控制方法。

背景技术

随着光伏、风力、电动汽车、储能等新能源产业的快速发展，人们对作为新能源接口的逆变器提出了更高的要求，如：期望它在宽电压输入、宽功率输入范围内都能正常工作，能适应高压大容量的场合，具有高功率密度、高效率、高可靠性等。相较于单级式逆变器而言，二级式逆变器具有更宽的输入电压范围和功率追踪范围，能更好地适应新能源出力间歇性等特点。相较于二电平逆变器而言，三电平逆变器具有容量大、输出波形质量高、开关管电压应力低、电磁干扰低等特点。因此，综合上述优势的二级式三电平逆变器得到了越来越广泛的应用。对于常见的二极管嵌位式(NPC)三电平逆变器，存在直流中点电位波动的问题，中点电位波动会导致逆变器输出波形畸变、开关管电压应力不一致、开关管寿命缩短等问题。

目前解决该问题的方法主要分为两大类：1、通过改进逆变器自身调制策略；2、通过前级三电平DC/DC变换器实现中点电位平衡控制。对于载波调制策略，通过向调制波注入零序电压可实现中点电位平衡；对于空间矢量调制策略(SVPWM)，通过改变冗余小矢量的作用时间，在一定条件下可实现中点电位精准平衡控制或者将中点电位波动限制在给定环宽内，这是目前主流的控制方法。然而，当逆变器运行在高调制比、低功率因数状态下时，上述逆变器中点电位平衡策略效果就会变差甚至失去平衡能力。另外，目前已有的中点电位平衡策略都是针对单一级的，要么基于前级三电平DC/DC变换器进行控制，要么改进逆变器调制策略。然而每级系统的中点电位平衡能力都是有限的，对于前级三电平DC/DC变换器而言，当占空比越低时，主控制环受均压环的影响就会越大，中点电位平衡能力下降。综合前级三电平DC/DC和后级逆变器的中点电位抑制能力，可更为有效地实现中点电位平衡控制。

发明内容

本发明提供一种基于电荷守恒的二级式三电平逆变器中点电位协调控制方法，结合具体调制策略，定量计算三电平逆变器补偿电荷量和前级三电平DC/DC补偿电荷量，使得最终注入直流中点的负荷为零，实现中点电位平衡控制。

本发明具体为一种二级式三电平逆变器中点电位协调控制方法，所述二级式三电平逆变器前级采用三电平DC/DC变换器，后级采用二极管嵌位式三电平逆变器，所述协调控制方法具体包括如下步骤：

步骤(1)、采用SVPWM调制策略，确定三电平逆变器的空间矢量作用序列；

步骤(2)、结合空间矢量作用序列，计算三电平逆变器的中线电流；

步骤(3)、计算三电平逆变器流出中线的电荷量；

步骤(4)、计算三电平DC/DC的中点补偿电荷量；

步骤(5)、对三电平DC/DC的工作模式进行划分；

步骤(6)、获得三电平DC/DC与三电平逆变器的中点平衡协调控制策略：根据计算的三电平DC/DC中点补偿电荷量，结合三电平DC/DC输入电流变化规律，定量推导占空比调节量Δd的表达式，通过调整三电平DC/DC上下开关管的占空比调节量Δd大小，进而控制补偿电荷量大小，补偿掉三电平逆变器无法补偿的电荷量，从而实现中点电位精准平衡控制。