[发明专利]一种基于60°坐标系的中点箝位三电平逆变器中点电位平衡控制方法

说明书

一种基于60°坐标系的中点箝位三电平逆变器中点电位平衡控制方法，只需进行逻辑判断及简单计算，根据连接到中点的负载电流、直流侧电容电压不平衡方向以及流入中点电荷量，调节时间因子，进而调整矢量作用时间使电容中点电压向不平衡的反方向移动，简单便于工程应用，无需进行大量复杂的三角函数计算，克服了无法在任意调制比和功率因数情况下对对NPC三电平逆变器的中点电位进行控制，通过时间因子调节实现对中点电位的动态控制，可以消除算法误差累积造成的中点电位不平衡。本控制方法可以应用于基于NPC三电平逆变器拓扑的有源电力滤波器、新能源并网逆变器以及储能变流器等设备。

技术领域

本发明涉及电路控制领域，具体涉及一种基于60°坐标系的中点箝位三电平逆变器中点电位平衡控制方法。

背景技术

中点电位平衡控制，是中点箝位三电平逆变装置的关键性技术，决定了逆变器输出电压、电流的质量。因此，中点电位平衡控制一直是人们关于NPC三电平逆变器研究的热点。目前，已经发展了有很多中点电位平衡控制方法，其中工程应用中较为成熟广泛的方法主要有以下几种：

第一、基于空间矢量脉宽调制法(Space VectorPulse Width Modulation,SVPWM)的中点电位平衡控制方法。此类方法易于数字实现、且电压利用率高。然而，传统的SVPWM控制算法进行大小扇区判断时需要进行大量三角函数计算，将影响逆变器输出的实时性。同时，当调制比较大时，由于没有成对出现的正、负小矢量，中矢量对中点电位的影响无法消除，从而引起中点电位的低频振荡。

第二、基于零序电压注入的中点电位平衡控制方法。此类方法实现过程简单、执行效率高且中点电位平衡能力强。但是该方法无法实现在任意调制度和功率因数情况下对NPC三电平逆变器的中点电位进行控制，在高调制比和低功率因数情况下会出现高于输出频率的波动。

第三、基于虚拟空间矢量调制(Virtual SVPWM,VSVPWM)的中点电位平衡控制方法。此类方法可控区域大，理论上能够完全消除中矢量对中点电位的影响。然而传统的VSVPWM算法针对NPC三电平逆变器中点电位没有任何反馈，无法消除算法误差累积造成的中点电位不平衡。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于60°坐标系的NPC三电平逆变器中点电位平衡控制方法。该方法基于传统60°坐标系引入时变虚拟小矢量、中矢量，利用虚拟中矢量进行小扇区重新分区、基本矢量选择及矢量作用时间计算，同时根据负载电流方向、直流电压差值和流入中点电荷量调节时间因子，减少了计算工作量，简化了算法工程应用，实现中点电位平衡控制。

一种基于60°坐标系的中点箝位三电平逆变器中点电位平衡控制方法，括如下步骤：

步骤1，对原坐标系进行坐标变换，得到变换后的参考电压在60°坐标系下的模型，计算电压基准值后，得到标幺化的参考电压矢量，建立60°坐标系下的空间矢量旋转模型，即60°坐标系中g、h轴的基准值；

步骤2，引入60°坐标系下正小矢量、负小矢量和中矢量的时间因子，得到虚拟的中、小矢量和传统60°坐标系的中、小矢量关系；步骤3，根据步骤2得到的中、小矢量的关系得到虚拟中矢量在60°坐标系中的坐标，并构建辅助线重新进行小扇区划分；

步骤4，根据步骤3小扇区重新划分及已有归一化60°坐标系进行小扇区判断和基本矢量选择，并利用最近三矢量合成原则和伏秒平衡原理计算基本矢量作用时间；

步骤5，根据步骤4，得到时间因子、负载电流、直流电压差值以及流入中点电荷量关系，参考电压在1号小扇区时，控制时间因子k₁、k₂调节虚拟小矢量作用时间进行控制中点电位平衡，在参考电压在其他小扇区时，通过调节虚拟中矢量中基本中矢量时间因子k₃控制中点电位的平衡；