[发明专利]一种五电平逆变器中点电压控制方法

说明书

本发明提出一种五电平逆变器中点电压控制方法，将影响中点电压平衡的矢量重新进行虚拟合成，重新定义了部分小区，通过矢量自身的冗余特性，有效解决了矢量Vsubgt;(20‑2)/subgt;产生中点电流isubgt;b/subgt;导致部分小区无法实现中点电压平衡控制的问题，实现了空间矢量图全区的中点电压平衡控制。本发明解决ANPC五电平变流器传统空间矢量调制策略存在中点电压不能平衡控制的区域，将传统的空间矢量图里部分区域的矢量进行虚拟合成，从而实现中点电压平衡控制，该方法在其它二极管钳位型五电平变流器中也可以推广应用。

技术领域

本发明涉及变流器电压控制的技术领域，特别涉及五电平逆变器领域，具体说是一种ANPC五电平逆变器中点电压控制方法。

背景技术

在2005年，有源中性点箝位型(Active neutral point clamped，ANPC)多电平拓扑被首次提出，该拓扑能够克服传统的二极管钳位型拓扑器件损耗不平衡的缺点。ANPC五电平变流器凭借着开关器件应力更小，输出电流谐波含量更少的优势，在高压变频和新能源变换领域受到广泛的关注。ANPC五电平变流器中点电压的平衡是整个变流器系统稳定运行的必要条件，而空间矢量调制具有输出电流波形好且直流侧电压利用率高等优点，因此研究在空间矢量调制下中点电压的平衡控制具有重要的意义。

五电平空间矢量图一共有125个基本矢量，并且一些矢量还具有冗余状态，因此五电平的SVPWM控制策略相比于三电平要更为复杂。国内学者韩耀飞等人在专利书中提出了一种基于三电平的五电平简化算法，该算法将五电平空间矢量图看成6个三电平矢量图组成，然后对三电平扇区进行划分，根据基本矢量作用时间的计算分配来达到五电平的控制效果。该控制策略直观有效，保留原始五电平空间矢量的细节，具有较好的稳定性，但是也会将部分三电平空间矢量调制的问题带到五电平空间矢量调制中，并且该专利所研究的对象为二极管钳位型五电平逆变器，拓扑应用领域比较狭窄，直流母线电容增加导致的中性点增多可能会对所提出的简化控制策略产生影响。

在ANPC五电平逆变器中点电压控制的现有技术中，国内学者是通过注入零序电流的方式进行平衡控制，但是该方法只能在特定功率因数和合适的调制度下才能有效平衡中点电压。国内学者唐轶在发明专利中提出一种基于虚拟空间矢量的中点电位平衡控制策略，引入调节因子来解决三电平变流器的中点电压平衡问题，一些学者也提出类似动态调整因数来控制ANPC五电平逆变器的中点电压，但是这些方法不仅增加了控制策略复杂度，而且基本矢量所产生的中电电流问题并没有得到根本的解决。

图1为三相ANPC五电平变流器拓扑图，其开关状态如表1所示。该拓扑一共有+2E、+E、0、-E、-2E五种电平等级，由于±E、0电平各具有一个冗余开关状态，因此ANPC五电平变流器的开关状态一共有8种，设图1中的负载电流方向为正方向，表1列出了各种开关状态对中点电压的影响，可以看出影响中点电压的开关状态有4种(N1N、ON、OP、P1N)，而2E和-2E电平状态不会对中点电压产生影响。

表1 ANPC五电平开关状态表

由表1可知，ANPC五电平变换器输出的E、0和-E状态都分别对应有两种冗余开关状态，其中P1P和N1P开关状态对中点电压无影响，对中点电压有影响的开关状态有四种，其电流路径如图2所示，分别为P1N、OP、ON和N1N。下面对这四种开关状态的电流路径进行具体分析。

如图2所示电流路径图：图2(a)图为P1N开关状态下的电流路径图，P1N工作模式下电流流经开关管S3、S6、S7，电流流经中性点，因此对中点电压会产生影响。当电流方向为正时，直流上侧电容C1进行充电，C2进行放电；当电流方向为负时，直流上侧电容C1进行放电，C2进行充电；图2(b)为OP开关状态下的电流路径图，此时的输出电压等级为0电平，电流只经过了中性点，因此只对中点电压产生影响，电流的方向对中点电压的影响与P1N状态下的效果相同；同理可得N1N、ON状态下对中点电压的影响与P1N状态也相同。