CN101976967B - 一种三电平逆变器及其直流母线电压的平衡控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三电平逆变器及其直流母线电压的平衡控制方法，该平衡控制方法包括：根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电流；通过直接电流控制方式，根据给定零序电流、三相给定电流和三相反馈电流产生三相触发脉冲，所述三相触发脉冲用于触发所述逆变器的开关管，以使所述三电平逆变器产生零序电流，该零序电流分别在所述三个电容上产生直流电压，所述直流电压用于平衡直流母线电压。实施本发明的技术方案，所产生的三相触发脉冲可使三电平逆变器输出合适的零序电流，该零序电流分别在三个电容上产生合适的直流电压，该直流电压就可平衡直流母线电压。

Description

一种三电平逆变器及其直流母线电压的平衡控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术，更具体地说，涉及一种三电平逆变器及其直流母线电压的平衡控制方法。
背景技术
图1是三相三线制二极管钳位三电平逆变器的电路图，在该逆变器中，正直流母线电压为VP，负直流母线电压为VN，该逆变器的三相输出电流分别为iA、iB、iC，零序电流为i0，控制部分(未示出)通过向开关管输出三相触发脉冲，使得该逆变器能够输出VP、0、-VN三种电平。当逆变器输出0电平时，就会有电流通过中点钳位二极管流入直流母线的中点，即形成零序电流i0。理论上，由于三相系统是对称的，则通过钳位二极管流入直流母线中点的电流平均值为0，所以正直流母线VP和负直流母线的电压VN始终是平衡的。
然而，由于死区、器件参数等等不对称因数的存在，使得通过钳位二极管流入直流母线中点的电流i0平均值不为0，从而导致正直流母线电压和负直流母线电压出现不平衡。为此，必须对直流母线电压实施平衡控制。
目前现有技术中有两种方案能够解决直流母线不平衡问题：一种方案是根据直流母线电压的差异调整二极管钳位三电平逆变器输出的中小矢量，从而使得流入直流母线中点电流的平均值为0，解决直流母线差的问题。然而，这种方案更适用于SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)的三电平逆变器。对于使用SPWM和直接电流控制的二极管钳位三电平逆变器，其中小矢量的选择就变得很复杂。另一种方案是通过向调制波注入零序电压的方式来解决直流母线平衡的问题。当往调制波上注入零序电压时，能改变逆变器输出的0电平，从而改变该桥臂流入直流母线中点的平均电流。由于系统是三相三线制系统，零序电压不会影响到二极管钳位三电平逆变器的输出电流。这种方案非常适用于采用SPWM(Sinusoidal Pulse WidthModulation，正弦型脉冲宽度调制)方式的三电平逆变器，然而，对于采用直接电流控制，如滞环电流控制等，的二极管钳位三电平逆变器，由于没有载波和调制波，使得逆变器无法直接输出一个零序电压。所以零序电压注入法不适用于采用滞环电流控制的三电平逆变器。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述直流母线电属的平衡控制方法不适用于直接电流控制的三电平逆变器的缺陷，提供一种适用于直接电流控制的三电平逆变器的直流母线电压的平衡控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种三电平逆变器的直流母线电压的平衡控制方法，该三电平逆变器包括三个电容，所述三个电容的第一端分别连接逆变器的三相输出端，所述三个电容的第二端一并接直流母线的中点，该平衡控制方法包括：
S101.根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电流；
S102.通过直接电流控制方式，根据给定零序电流、三相给定电流和三相反馈电流产生三相触发脉冲，所述三相触发脉冲用于触发所述逆变器的开关管，以使所述三电平逆变器产生零序电流，该零序电流分别在所述三个电容上产生直流电压，所述直流电压用于平衡直流母线电压。
在本发明所述的三电平逆变器的直流母线电压的平衡控制方法中，在所述步骤S101中，通过比例积分的方式，根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电流。
在本发明所述的三电平逆变器的直流母线电压的平衡控制方法中，所述步骤S101包括：
S1011.根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电压；
S1012.根据给定零序电压与反馈零序电压的差产生给定零序电流，所述反馈零序电压为所述三个电容上的直流电压的平均值。
在本发明所述的三电平逆变器的直流母线电压的平衡控制方法中，在步骤S1011中，通过比例积分的方式，根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电压。
在本发明所述的三电平逆变器的直流母线电压的平衡控制方法中，在所述步骤S1012中，通过比例积分的方式，根据给定零序电压与反馈零序电压的差产生给定零序电流。
在本发明所述的三电平逆变器的直流母线电压的平衡控制方法中，所述步骤S102包括：
S1021.将给定零序电流的三相分量分别与三相给定电流相加后得到新的三相给定电流；
S1022.将新的三相给定电流与三相反馈电流相减产生新的三相给定电流与三相反馈电流的差；
S1023.通过直接电流控制方式，根据新的三相给定电流和三相反馈电流的差产生三相触发脉冲。
在本发明所述的三电平逆变器的直流母线电压的平衡控制方法中，所述直接电流控制方式为滞环电流控制方式。
本发明还构造一种三电平逆变器，该三电平逆变器包括控制部分和三个电容，所述三个电容的第一端分别连接逆变器的三相输出端，所述三个电容的第二端一并接直流母线的中点，所述控制部分包括：
零序电流产生单元，用于根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电流；
三相触发脉冲产生单元，用于通过直接电流控制方式，根据给定零序电流、三相给定电流和三相反馈电流的差产生三相触发脉冲，所述三相触发脉冲用于触发所述逆变器的开关管，以使所述三电平逆变器产生零序电流，该零序电流分别在所述三个电容上产生直流电压，所述直流电压用于平衡直流母线电压。
在本发明所述的三电平逆变器中，所述零序电流产生单元包括：
第一加法器，用于产生正直流母线电压与负直流母线电压的差；
第一比例积分控制器，用于通过比例积分的方式，根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电流。
在本发明所述的三电平逆变器中，所述零序电流产生单元包括：
第一加法器，用于产生正直流母线电压与负直流母线电压的差；
第二比例积分控制器，用于通过比例积分的方式，根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电压；
第二加法器，用于产生给定零序电压与反馈零序电压的差，所述反馈零序电压为所述三个电容上的直流电压的平均值；
第三比例积分控制器，用于通过比例积分的方式，根据给定零序电压与反馈零序电压的差产生给定零序电流。
实施本发明的技术方案，根据正直流母线电压与负直流母线电压的差可得到给定零序电流，然后再通过直接电流控制方式，根据所得到的给定零序电流、三相给定电流和三相反馈电流产生的三相触发脉冲，该三相触发脉冲可使三电平逆变器输出合适的零序电流，该零序电流分别在所述三个电容上产生合适的直流电压，该直流电压就可平衡直流母线电压。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是三相三线制二极管钳位三电平逆变器的电路图；
图2是本发明三电平逆变器的直流母线电压的平衡控制方法实施例一的流程图；
图3是图2中步骤S101优选实施例的流程图；
图4是图2中步骤S102优选实施例的流程图；
图5是本发明三电平逆变器的控制部分实施例一的逻辑图；
图6是本发明三电平逆变器的控制部分实施例二的逻辑图；
图7是本发明三电平逆变器的控制部分实施例三的逻辑图。
具体实施方式
首先说明的是，三电平逆变器包括控制部分和三个电容，所述三个电容的第一端分别连接逆变器的三相输出端，所述三个电容的第二端一并接直流母线的中点，三个电容的作用是为该三电平逆变器输出的零序电流提供一个回路，以产生直流电压，可通过改变该直流电压的大小来调节该逆变器的桥臂流入直流母线中点的平均电流。所以，控制部分只需输出合适的三相触发脉冲，进而使该三电平逆变器输出合适的零序电流，该零序电流分别在所述三个电容上产生合适的直流电压，该直流电压就可以平衡直流母线电压。
如图2所示，在本发明三电平逆变器的直流母线电压的平衡控制方法实施例一的流程图中，该直流母线电压的平衡控制方法包括；
S101.根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电流；
S102.通过直接电流控制方式，根据给定零序电流、三相给定电流和三相反馈电流产生三相触发脉冲，所述三相触发脉冲用于触发所述逆变器的开关管，以使所述三电平逆变器产生零序电流，该零序电流分别在所述三个电容上产生直流电压，所述直流电压用于平衡直流母线电压。
在一个优选实施例中，在步骤S101中，通过比例积分的方式，根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电流。
在另一个优选实施例中，如图3所示，步骤S101可包括以下步骤：
S1011.根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电压；
S1012.根据给定零序电压与反馈零序电压的差产生给定零序电流，所述反馈零序电压为所述三个电容上的直流电压的平均值。
优选地，在该实施例的步骤S1011中，通过比例积分的方式，根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电压。
优选地，在该实施例的步骤S1012中，通过比例积分的方式，根据给定零序电压与反馈零序电压的差产生给定零序电流。
在另一个优选实施例中，如图4所示，步骤S102可包括以下步骤：
S1021.将给定零序电流的三相分量分别与三相给定电流相加后得到新的三相给定电流；
S1022.将新的三相给定电流与三相反馈电流相减产生新的三相给定电流与三相反馈电流的差；
S1023.通过直接电流控制方式，根据新的三相给定电流和三相反馈电流的差产生三相触发脉冲。
应当说明的是，以上只是本发明的实施例，该些实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，如，根据给定零序电流、三相给定电流和三相反馈电流产生三相触发脉冲的方式有很多，本发明并不仅仅限定上述实施例给出的方式。
另外，优选地，上述实施例中的直接电流控制方式为滞环电流控制方式。
图5是本发明三电平逆变器的控制部分实施例一的逻辑图，该控制部分包括：
零序电流产生单元100，用于根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电流；
三相触发脉冲产生单元200，用于通过直接电流控制方式，根据给定零序电流、三相给定电流和三相反馈电流的差产生三相触发脉冲，所述三相触发脉冲用于触发所述逆变器的开关管，以使所述三电平逆变器产生零序电流，该零序电流分别在所述三个电容上产生直流电压，所述直流电压用于平衡直流母线电压。
优选地，在图6示出的本发明三电平逆变器的控制部分实施例二的逻辑图，该控制部分包括零序电流产生单元100和三相触发脉冲产生单元200，其中，零序电流产生单元100包括第一加法器111和第一比例积分控制器112，三相触发脉冲产生单元200包括第三加法器211、第四加法器212和直接电流控制器213。在该控制部分中：
第一加法器111，用于产生正直流母线电压VP与负直流母线电压VN的差；
第一比例积分控制器112，用于通过比例积分的方式，根据正直流母线电压VP与负直流母线电压VN的差产生给定零序电流i0*；
第三加法器211，用于将给定零序电流i0*的三相分量分别与三相给定电流iA*、iB*、iC*相加后得到新的三相给定电流；
第四加法器212，用于将新的三相给定电流与三相反馈电流iA、iB、iC相减产生新的三相给定电流与三相反馈电流的差；
直接电流控制器213，用于通过直接电流控制方式，根据新的三相给定电流和三相反馈电流iA、iB、iC的差产生三相触发脉冲。
优选地，上述实施例中的直接电流控制器213为滞环电流控制器。
在图7示出的本发明三电平逆变器的控制部分实施例三的逻辑图，该控制部分包括零序电流产生单元100和三相触发脉冲产生单元200，其中，零序电流产生单元100包括第一加法器111、第二比例积分控制器122、第二加法器123和第三比例控制器124，三相触发脉冲产生单元200包括第五加法器221和直接电流控制器213。应当说明的是，该实施例中的第一加法器111、直接电流控制器213分别与图6所示的实施例中的第一加法器111、直接电流控制器213的逻辑结构相同，在此不再赘述，另外，本领域技术人员应能理解该实施例中的第五加法器221与图6所示的实施例中的第三加法器211、第四加法器212所实现的功能相同，在此也不再赘述，以下仅说明不同的部分：
第二比例积分控制器122，用于通过比例积分的方式，根据正直流母线电压VP与负直流母线电压VN的差产生给定零序电压V0*；
第二加法器123，用于产生给定零序电压V0*与反馈零序电压V0的差，反馈零序电压V0为所述三个电容上的直流电压的平均值，即可根据下面公式计算得到反馈零序电压V0：
V0＝(VC1+VC2+VC3)/3，
其中，VC1、VC2和VC3分别代表电容C1、C2和C3两端的电压；
第三比例积分控制器124，用于通过比例积分的方式，根据给定零序电压V0*与反馈零序电压V0的差产生给定零序电流。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种三电平逆变器的直流母线电压的平衡控制方法，该三电平逆变器包括三个电容，所述三个电容的第一端分别连接逆变器的三相输出端，所述三个电容的第二端一并接直流母线的中点，其特征在于，该平衡控制方法包括：
S101.根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电流；
S102.通过直接电流控制方式，根据给定零序电流、三相给定电流和三相反馈电流产生三相触发脉冲，所述三相触发脉冲用于触发所述逆变器的开关管，以使所述三电平逆变器产生零序电流，该零序电流分别在所述三个电容上产生直流电压，所述直流电压用于平衡直流母线电压。
2.根据权利要求1所述的三电平逆变器的直流母线电压的平衡控制方法，其特征在于，在所述步骤S101中，通过比例积分的方式，根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电流。
3.根据权利要求1所述的三电平逆变器的直流母线电压的平衡控制方法，其特征在于，所述步骤S101包括：
S1011.根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电压；
S1012.根据给定零序电压与反馈零序电压的差产生给定零序电流，所述反馈零序电压为所述三个电容上的直流电压的平均值。
4.根据权利要求3所述的三电平逆变器的直流母线电压的平衡控制方法，其特征在于，在步骤S1011中，通过比例积分的方式，根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电压。
5.根据权利要求3所述的三电平逆变器的直流母线电压的平衡控制方法，其特征在于，在所述步骤S1012中，通过比例积分的方式，根据给定零序电压与反馈零序电压的差产生给定零序电流。
6.根据权利要求1所述的三电平逆变器的直流母线电压的平衡控制方法，其特征在于，所述步骤S102包括：
S1021.将给定零序电流的三相分量分别与三相给定电流相加后得到新的三相给定电流；
S1022.将新的三相给定电流与三相反馈电流相减产生新的三相给定电流与三相反馈电流的差；
S1023.通过直接电流控制方式，根据新的三相给定电流和三相反馈电流的差产生三相触发脉冲。
7.根据权利要求1至6任一项所述的三电平逆变器的直流母线电压的平衡控制方法，其特征在于，所述直接电流控制方式为滞环电流控制方式。
8.一种三电平逆变器，该三电平逆变器包括控制部分和三个电容，所述三个电容的第一端分别连接逆变器的三相输出端，所述三个电容的第二端一并接直流母线的中点，其特征在于，所述控制部分包括：
零序电流产生单元，用于根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电流；
三相触发脉冲产生单元，用于通过直接电流控制方式，根据给定零序电流、三相给定电流和三相反馈电流的差产生三相触发脉冲，所述三相触发脉冲用于触发所述逆变器的开关管，以使所述三电平逆变器产生零序电流，该零序电流分别在所述三个电容上产生直流电压，所述直流电压用于平衡直流母线电压。
9.根据权利要求8所述的三电平逆变器，其特征在于，所述零序电流产生单元包括：
第一加法器，用于产生正直流母线电压与负直流母线电压的差；
第一比例积分控制器，用于通过比例积分的方式，根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电流。
10.根据权利要求8所述的三电平逆变器，其特征在于，所述零序电流产生单元包括：
第一加法器，用于产生正直流母线电压与负直流母线电压的差；
第二比例积分控制器，用于通过比例积分的方式，根据正直流母线电压与负直流母线电压的差产生给定零序电压；
第二加法器，用于产生给定零序电压与反馈零序电压的差，所述反馈零序电压为所述三个电容上的直流电压的平均值；
第三比例积分控制器，用于通过比例积分的方式，根据给定零序电压与反馈零序电压的差产生给定零序电流。
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