[发明专利]三相多电平逆变器的控制方法以及逆变器系统

说明书

本公开的实施例提供了三相多电平逆变器的控制方法以及逆变器系统。三相多电平逆变器的控制方法包括：基于三相多电平逆变器的输出来确定调制比，调制比表示脉宽调制中的正弦调制波的幅值与载波的幅值的比值；基于调制比与调制比阈值，生成用于对三相多电平逆变器的相电压中的共模电压进行调节的共模电压调节信号；将共模电压调节信号与用于对三相多电平逆变器的各相电压中的差模电压进行调节的差模电压调节信号相加，来获得复合调节信号，复合调节信号呈现为不连续脉宽调制的调制波；以及基于复合调节信号，生成用于控制三相多电平逆变器的各个相的开关的驱动信号。在本公开中，可以兼顾减小开关损耗和抑制母线电容纹波电流，从而提升了逆变器效率并且降低了成本。

技术领域

本公开主要涉及电力电子领域。更具体地，本公开涉及用于控制三相多电平逆变器的方法以及逆变器系统。

背景技术

三相多电平逆变器可以实现直流电功率到交流电功率的变换，并且被广泛应用于电力系统中。例如，光伏三相多电平逆变器可以将光伏组串发出的直流电转换为交流电，从而将电能输入电网或离网系统。

通常可以采用正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)技术来对三相多电平逆变器进行控制，以获得高质量的正弦交流输出电压。SPWM技术利用了采样控制理论中的冲量等效原理，即，大小、波形不相同的窄脉冲变量作用于惯性系统时，只要它们的冲量或面积(即变量对时间的积分)相等，其作用效果相同。根据SPWM技术，通过对三相逆变器中的半导体开关器件施加脉宽变化的高频脉冲驱动信号，可以使得逆变器输出期望的交流电。

然而，半导体开关器件的高频开关动作会导致过高的开关损耗。为了降低这种损耗，进一步出现了不连续脉宽调制(discontinuous pulse width modulation,DPWM)的调制方式。在DPWM调制方式中，由于三相多电平逆变器的各个相可以分别在一段时间内不存在高频开关动作，因此开关损耗由此得以降低。与SPWM调制方式相比，虽然采用DPWM调制方式控制逆变器可以获得上述优点，但是却增加了逆变器直流侧的母线电容中的纹波电流。为了抑制这种增大的纹波电流，通常需要增大母线电容的大小、或者使用更多的母线电容来分担这些纹波电流，这导致了逆变器成本的增加。

发明内容

为了解决上述问题，本公开的实施例提供了控制三相多电平逆变器的新方案。

在本公开的第一方面，提供了一种三相多电平逆变器的控制方法，该方法包括：基于三相多电平逆变器的输出来确定调制比，调制比表示脉宽调制中的正弦调制波的幅值与载波的幅值的比值；基于调制比与调制比阈值，生成用于对三相多电平逆变器的相电压中的共模电压进行调节的共模电压调节信号；将共模电压调节信号与用于对三相多电平逆变器的各相电压中的差模电压进行调节的差模电压调节信号相加，来获得复合调节信号，复合调节信号呈现为不连续脉宽调制的调制波；以及基于复合调节信号，生成用于控制三相多电平逆变器的各个相的开关的驱动信号。

DPWM调制下的共模电压调节信号并不是总是会增大母线电容的纹波电流。当调制比超过一定阈值时，共模电压调节信号反而会有利于减小母线电容的纹波电流。在本公开的实施例中，可以根据调制比和调制比阈值来自适应调整共模电压调节信号，以使所确定的共模电压调节信号能够兼顾减小开关损耗和抑制纹波电流两者，而不是简单去除或减小共模电压调节信号，从而优化了DPWM调制方式。

在第一方面的一种实现方式中，方法还包括：接收与三相多电平逆变器有关的感测值；以及基于感测值，确定调制比阈值。调制比阈值在不同的工况下会发生变化，并且受到多种电气量的影响。因此，通过接收感测的电气量并且实时确定调制比阈值，可以准确地确定不同工况下的临界点，从而实现更加优化的控制。

在第一方面的一种实现方式中，感测值包括三相多电平逆变器的功率因数，以及基于感测值确定调制比阈值包括基于功率因数确定调制比阈值。由于调制比阈值与功率因数存在很强的相关性，因此基于功率因数可以相对准确地确定调制比阈值。