[发明专利]一种三相四线制三电平变流器中点电压平衡方法

说明书

本发明涉及一种三相四线制三电平变流器中点电压平衡方法。该三相四线制三电平变流器中点电压平衡方法，是基于载波调制即CBPWM调制实现的，在拓扑自平衡分析的基础上，首先采集变流器直流侧上下电容电压，根据上下电容电压差值计算出中点电压不平衡度，依据输出不同方向直流电流与中点电压不平衡度存在的比例关系，按照设计的PI控制器计算得出平衡中点电压所需的指令电流，在电流控制的并网变流器的电流指令中叠加上得到的指令电流，并通过三相四线制下改进的DBC电流控制方法获得所需调制电压，基于CBPWM调制将调制电压与载波进行比较，用生成的PWM序列控制对应功率器件的开关，实现中点电压平衡控制；该方法控制简单，基于改进DBC的平衡响应速度快。

技术领域

本发明属于三电平并网变流器中点电压平衡技术领域，具体涉及一种三相四线制三电平变流器中点电压平衡方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，三电平变流器受到了广泛地关注，尤其在大容量、高电压场合。相比于传统的两电平变流器，三电平变流器具有较低的总谐波畸变率、较低的器件电压应力和较高的能量转换效率。

为了使三电平逆变器安全可靠运行，必须确保直流侧上下电容电压相等，即中点电压平衡。常见的平衡中点电压的方法主要有以下3种：

1)用额外的变流器向电容中点注入或抽取电流；

2)上下电容电压取自两路独立的直流电源；

3)通过调整脉宽调制脉冲序列来平衡中点电位。其中，增加硬件会增加系统成本；改变算法不会增加成本，因而最有吸引力。

目前常用的中点电位平衡的算法主要有两种：基于零序分量注入的载波脉宽调制(CBPWM)方法和基于冗余矢量调整的空间矢量调制(SVPWM)方法。载波调制方法中零序电压的计算、空间矢量调制方法中矢量合成规则的复杂性等均导致控制算法的计算复杂度大大提升。此外，上述两种调制方法均建立在三相三线制的基础上，并不适用于三相四线制。实际上，三相四线制系统在很多实际应用场合中相较于三相三线制有防雷、绝缘、提高电磁兼容等优势，因此需要一种实现三相四线制三电平并网变流器中点电压平衡的控制方法。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提出基于CBPWM调制算法和改进DBC电流控制方法的用于实现三相四线制三电平并网变流器中点电压平衡的方法，从而使系统能安全稳定运行。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种三相四线制三电平变流器中点电压平衡方法，包括以下步骤：步骤S1，采集三相四线制三电平并网变流器直流侧的上下电容电压值、电网电压值与输出电流值，并计算中点电压不平衡度；

步骤S2，计算中点电压不平衡度与输出直流电流方向的关系，根据对应关系，通过PI控制器获得指令电流；

步骤S3，基于三相四线制的改进DBC电流控制方法，将采样数据、指令电流通过迭代计算获得三相调制电压；其中，采样数据包括输出电流与电网电压；

步骤S4，将调制电压与载波进行比较，获得特定序列的PWM序列，利用PWM序列驱动功率器件，实现中点电压平衡控制。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S1中，电网电压和输出电流分别表示为：

其中，z＝A、B、C，ω是工频角频率，ωt∈[0,2π]是电压电流的相角，E_m是电网电压的峰值，i_z是并网变流器z相输出电流，输出变流器为该电流正方向，I_mz,n是z相输出电流n次谐波含量的峰值，是对应电流的初相，这里表明的是电网电压处于三相对称的情况，而对并网变流器的输出电流形式没有限制。