三相五电平有源中点箝位逆变器的飞跨电容电压控制方法

摘要

本发明公开了一种三相五电平有源中点箝位逆变器的飞跨电容电压控制方法。首先对逆变器第k相输出负载电流i_k、第k相飞跨电容电压V_kCf与直流母线总电压2V_dc进行采样，通过纯比例控制器得到第k相所需的飞跨电容充电电流i'_kCf，同时根据飞跨电容电压与中点电位控制的解耦约束条件得到所需的零序电压标幺值V_0pu，由此计算出叠加在第k相调制波m_k1上的调制波上偏移量Δm_k2和调制波下偏移量Δm_k3。依据m_k2＝m_k1+Δm_k2与m_k3＝m_k1‑Δm_k3得到的开关管S5与开关管S6调制波m_k2、开关管S7与开关管S8调制波m_k3，再通过载波移相调制方式来控制飞跨电容的充电放电过程，最终达到灵活控制飞跨电容电压而不影响三相逆变器中点电位平衡与输出电流的目的，实现了飞跨电容电压控制与中点电位控制解耦的良好效果，保证了逆变器运行的可靠性。

主权项

一种三相五电平有源中点箝位逆变器的飞跨电容电压控制方法，本控制方法所涉及的三相五电平有源中点箝位逆变器每相电路拓扑相同并为如下结构：直流母线总电压为2V_dc，直流侧设置有两只串联的电容C1和电容C2，电容C1正极连接逆变器输入正极，电容C1负极与电容C2正极连接点定义为逆变器中点，流过逆变器中点电流为i'_knp，k＝a,b,c，其中k表示逆变器的a，b，c三相电路，即a相、b相、c相；单相拓扑中包含8只开关管，即开关管Si，i＝1,2,3......8，其中开关管S1、开关管S5、开关管S7、开关管S8、开关管S6、开关管S4相串联，开关管S1发射极连接开关管S5集电极，开关管S5发射极连接开关管S7集电极，开关管S7发射极连接开关管S8集电极，开关管S8发射极连接开关管S6集电极，开关管S6发射极连接开关管S4集电极；开关管S1集电极连接电容C1正极，开关管S4发射极连接电容C2负极，开关管S7集电极与开关管S8发射极间并联飞跨电容C_f，飞跨电容C_f正极与开关管S7集电极相连，第k相需要流过飞跨电容C_f的充电电流为i'_kCf，k＝a，b，c，第k相飞跨电容C_f电压为V_kCf，k＝a，b，c，其中k表示逆变器的a，b，c三相电路，即a相、b相、c相；开关管S1发射极与逆变器中点间并联开关管S2，开关管S1发射极与开关管S2的集电极相连，开关管S4集电极与逆变器中点间并联开关管S3，开关管S3发射极与开关管S4集电极相连，开关管S2发射极与开关管S3集电极都与逆变器中点相连，将开关管S7、开关管S8间的连接点引出作为逆变器每一相的输出端，第k相输出相电流为i_k，k＝a，b，c，第k相输出相电压为V_ko，k＝a，b，c，其中k表示逆变器的a，b，c三相电路，即a相、b相、c相；本控制方法包括对逆变器各相电压、电流、直流母线总电压及飞跨电容电压的采样，其特征在于包括以下步骤：步骤1，采集三相逆变器第k相输出相电流i_k，k＝a，b，c，第k相输出相电压V_ko，k＝a，b，c，第k相飞跨电容C_f电压V_kCf，k＝a，b，c及直流母线总电压2V_dc,求得第k相飞跨电容C_f电压标幺值V_kCfpu＝V_kCf/V_dc，，k＝a，b，c，其中k表示逆变器的a，b，c三相电路，即a相、b相、c相；步骤2，采用纯比例控制器来控制第k相飞跨电容C_f电压V_kCf，k＝a，b，c，定义第k相纯比例控制器的输出量为i'_kCf，k＝a，b，c，并用该输出量表示第k相需要流过飞跨电容C_f的充电电流，即第k相需要流过飞跨电容的充电电流为i'_kCf，k＝a，b，c；步骤3，根据步骤1中得到的第k相飞跨电容C_f电压标幺值V_kCfpu，k＝a，b，c与步骤2中得到的第k相需要流过飞跨电容C_f的充电电流i'_kCf，k＝a，b，c，求出第k相飞跨电容C_f瞬时充电功率P_kCfpu＝V_kCfpu·i’_kCf，k＝a，b，c；步骤4,根据步骤1中得到第k相的输出相电流i_k，k＝a，b，c、输出相电压V_ko，k＝a，b，c、飞跨电容C_f电压标幺值V_kCfpu，k＝a，b，c和步骤2中得到的第k相需要流过飞跨电容C_f的充电电流i'_kCf，k＝a，b，c，通过飞跨电容C_f电压控制且不影响逆变器中点电位的解耦约束条件，得到所需的零序电压标幺值V_0pu；步骤5，根据步骤1中得到第k相的输出相电流i_k，k＝a，b，c、步骤3中得到的第k相飞跨电容C_f瞬时充电功率P_kCfpu，k＝a，b，c和步骤4得到的第k相所需零序电压标幺值V_0pu，求得叠加在调制波m_k1上的调制波上偏移量Δm_k2＝P_kCfpu/i_k+V_0pu，k＝a，b，c；步骤6，根据步骤1中得到第k相的输出相电流i_k，k＝a，b，c、步骤2中得到的第k相需要流过飞跨电容C_f的充电电流i'_kCf，k＝a，b，c和步骤5求得的调制波上偏移量Δm_k2，求得调制波下偏移量为Δm_k3＝i'_kCf/i_k‑Δm_k2，k＝a，b，c；步骤7，先对第k相原始调制波m_k进行如下变换得到调制波m_k1，当0＜m_k≤1时，得m_k1＝m_k；当‑1≤m_k≤0时,得m_k1＝m_k+1，k＝a，b，c；再根据步骤5得到的调制波上偏移量Δm_k2求得第k相开关管S5与开关管S6调制波m_k2＝m_k1+Δm_k2；根据步骤5得到的调制波下偏移量Δm_k3求得第k相开关管S7与开关管S8调制波m_k3＝m_k1‑Δm_k3；原始调制波m_k作为第k相开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4的调制波；步骤8，定义幅值[0,1]的高频三角载波为Tr1，定义与Tr1幅值频率相同、相位相差180度的三角载波为Tr2；当0＜m_k≤1时，开关管S1与开关管S3同时开通，开关管S2与开关管S4同时关断；将步骤7得到的m_k2与Tr1比较，当m_k2≥Tr1时，开关管S5开通、开关管S6关断；将步骤7得到的m_k3与Tr2进行比较，当m_k3≥Tr2时，开关管S7开通、开关管S8关断；当‑1＜m_k≤0时，开关管S1与开关管S3同时关断，开关管S2与开关管S4同时开通；将步骤7得到的m_k2与Tr1比较，当m_k2＜Tr1时，开关管S5关断、开关管S6开通；将步骤7得到的m_k3与Tr2进行比较，当m_k3＜Tr2时，开关管S7关断、开关管S8开通。