CN104009664A - 一种解决t型三电平变流器中点不平衡的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种解决T型三电平变流器中点不平衡的控制方法，其特征在于：所述的控制方法为DSP控制系统采集T型三电平变流器的电压电流信息后在通过IGBT驱动板输出驱动信号控制三电平正负小矢量的作用时间；在上下电容电压相同，即Vdc1＝Vdc2时，令正负小矢量的作用时间都为t/2，在上下电容电压不均衡，即时Vdc1！＝Vdc2时，令正小矢量的作用时间为t/2+K*Δt，负小矢量的作用时间为t/2-K*Δt，其中K为调制系数，它为一个正值。本发明采用软件设计方法，不需要增加硬件电路，修改调试简单，不需要修改硬件电路，节约了成本。采用小矢量控制中点不平衡，控制效果好，实现简单。
Description
技术领域
本发明涉及T型三电平变流器，特别涉及一种解决T型三电平变流器中点不平衡的控制方法。
背景技术
上下电容电压不平衡是T型三电平变流器的固有问题，变流器的直流侧由两个串联的电容进行分压，形成了PON三个电平。两个电容的电压不一样，会造成严重的问题，轻则影响逆变器的性能，重则造成开关器件的损坏，出现安全问题。
国内外对三电平中点电位平衡控制的研究非常多，可以大体分为两种：软件控制和硬件电路控制。软件控制主要指在原有的调制策略上加入一些均压的算法，改变某些矢量的作用时间从而减小中点电位的波动。这种方法的控制算法较为复杂，中点电压控制的效果较差，影响PCS变流器性能，严重会影响开关器件，造成安全问题。而硬件方法则需要增加很多电气元件，不利于生产成本的控制。
针对上述问题，提供一种新型控制方法，用于解决上下电容电压不平衡的问题，保证整个PCS系统具有良好的稳态和动态性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种解决T型三电平变流器中点不平衡的控制方法，用于解决上下电容电压不平衡的问题，保证整个PCS系统具有良好的稳态和动态性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种解决T型三电平变流器中点不平衡的控制方法，其特征在于：所述的控制方法为DSP控制系统采集T型三电平变流器的电压电流信息后在通过IGBT驱动板输出驱动信号控制三电平正负小矢量的作用时间；在上下电容电压相同，即Vdc1＝Vdc2时，令正负小矢量的作用时间都为t/2，在上下电容电压不均衡，即时Vdc1！＝Vdc2时，令正小矢量的作用时间为t/2+K*Δt，负小矢量的作用时间为t/2-K*Δt，其中K为调制系数，它为一个正值。
所述的控制方法中当合矢量与α轴的夹角θ在330°与-30°之间时作用时间Δt＝-sgn(ia*ΔVdc)；当合矢量与α轴的夹角θ在30°与-90°之间时作用时间Δt＝sgn(ic*ΔVdc)；当合矢量与α轴的夹角θ在90°与-150°之间时作用时间Δt＝-sgn(ib*ΔVdc)；当合矢量与α轴的夹角θ在150°与-210°之间时作用时间Δt＝sgn(ia*ΔVdc)；当合矢量与α轴的夹角θ在210°与-270°之间时作用时间Δt＝-sgn(ic*ΔVdc)；当合矢量与α轴的夹角θ在270°与-330°之间时作用时间Δt＝sgn(ib*ΔVdc)；其中ΔVdc＝Vdc1-Vdc2,sgn表示取符号函数，当想x>＝0时，sgn(x)＝1,当想x<0时，sgn(x)＝-1。
所述的DSP控制系统采用TMS320F28335作为控制芯片。
一种解决T型三电平变流器中点不平衡的控制方法，本发明采用软件设计方法，不需要增加硬件电路，修改调试简单，不需要修改硬件电路，节约了成本。采用小矢量控制中点不平衡，控制效果好，实现简单。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；
图1为本发明一种解决T型三电平变流器中点不平衡的控制方法的结构框架图；
图2为本发明一种解决T型三电平变流器中点不平衡的控制方法中T型三电平三相变流器系统控制框图；
图3为本发明一种解决T型三电平变流器中点不平衡的控制方法中T型三电平拓扑的三相变流器的电路图；
图4为本发明一种解决T型三电平变流器中点不平衡的控制方法中T型三电平空间矢量图；
图5为本发明一种解决T型三电平变流器中点不平衡的控制方法加入中点电位不平衡的控制的上下母线电容电压变化图；
图6为现有技术中的上下电容电压变化图。
具体实施方式
如图1所示，本发明为采用了TI的TMS320F28335作为DSP控制系统的控制芯片，主频达150MHz，能够快速实时地完成各种数字控制算法的计算。采用T型三电平空间矢量调制(SVPWM)，通过控制三电平正负小矢量作用时间，对中点电位进行控制。
如图2所示，N是中性点，中点平衡需要N点电位为零。Vdc1，Vdc2为上下侧电容电压，ΔVdc是上下侧电压差值，用于空间矢量调制(SVPWM)的小矢量调节，从而控制中点N的电位接近零。PCS实现SVPWM中点不平衡软件控制方法。DSP控制系统经过AD采样获得PCS系统电压电流信息(其中，直流上下侧电容电压采样为用于SVPWM中点不平衡软件控制的输入参数)，这些信息经过DSP计算得到IGBT驱动信号(采用SVPWM控制算法)，实现PCS变流器的能量双向流动。
如图3所示，以a相为例，变流器输出a相电压ua(以母线电容中点O为参考)根据开关状态可输出三种电平分别为：正电平+Vdc/2用P来表示，零电平用0来表示，负电平-Vdc/2用N来表示，具体的各开关管的开关状态与对应输出的电压如表1所示。
表一
可见三电平三相变流器中各个相都有3个开关状态，那么三相会产生27个开关状态组合，可以通过abc三相静止坐标系转换至αβ两相静止坐标系推出矢量图，如图4所示，零矢量(PPP，OOO，NNN)、小矢量(POO，PPO，OPO，OPP，OOP，POP，ONN，OON，NON，NOO，NNO,ONO)中矢量(PON，OPN，NPO，NOP，ONP，PNO)大矢量(PNN，PPN，NPN，NPP，NNP，PNP)。由于零矢量及大矢量不会对中点电位造成影响；中矢量所对应的开关状态对中点电流产生了一定影响，而且这种影响是无法避免的。中点不平衡软件控制方法采用修正小矢量的作用时间，消除中矢量而引起的中点电位误差。
本发明为DSP控制系统采集T型三电平变流器的电压电流信息后在通过IGBT驱动板输出驱动信号控制三电平正负小矢量的作用时间；在上下电容电压相同，即Vdc1＝Vdc2时，令正负小矢量的作用时间都为t/2，在上下电容电压不均衡，即时Vdc1！＝Vdc2时，令正小矢量的作用时间为t/2+K*Δt，负小矢量的作用时间为t/2-K*Δt，其中K为调制系数，它为一个正值。
所述的控制方法中当合矢量与α轴的夹角θ在330°与-30°之间时作用时间Δt＝-sgn(ia*ΔVdc)；当合矢量与α轴的夹角θ在30°与-90°之间时作用时间Δt＝sgn(ic*ΔVdc)；当合矢量与α轴的夹角θ在90°与-150°之间时作用时间Δt＝-sgn(ib*ΔVdc)；当合矢量与α轴的夹角θ在150°与-210°之间时作用时间Δt＝sgn(ia*ΔVdc)；当合矢量与α轴的夹角θ在210°与-270°之间时作用时间Δt＝-sgn(ic*ΔVdc)；当合矢量与α轴的夹角θ在270°与-330°之间时作用时间Δt＝sgn(ib*ΔVdc)；其中ΔVdc＝Vdc1-Vdc2,sgn表示取符号函数，当想x>＝0时，sgn(x)＝1,当想x<0时，sgn(x)＝-1。具体见表二
| θ | Δt |
| 330°-30° | -sgn(ia*ΔVdc) |
| 30°-90° | sgn(ic*ΔVdc) |
| 90°-150° | -sgn(ib*ΔVdc) |
| 150°-210° | sgn(ia*ΔVdc) |
| 210°-270° | -sgn(ic*ΔVdc) |
| 270°-330° | sgn(ib*ΔVdc) |
表二
如图5所示为充电时加入中点电位不平衡的控制的上下母线电容电压变化图，母线上下电容电压基本保持不变，而如图6所示，充电20kW时不加中点电位不平衡控制的上下电容电压变化图，可见当功率只加到20kW时，随着时间的变化，上下电容电压的差越来越大，最终超出了预设的保护值，触发了中点电位不平衡保护。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种解决T型三电平变流器中点不平衡的控制方法，其特征在于：所述的控制方法为DSP控制系统采集T型三电平变流器的电压电流信息后在通过IGBT驱动板输出驱动信号控制三电平正负小矢量的作用时间；在上下电容电压相同，即Vdc1＝Vdc2时，令正负小矢量的作用时间都为t/2，在上下电容电压不均衡，即时Vdc1！＝Vdc2时，令正小矢量的作用时间为t/2+K*Δt，负小矢量的作用时间为t/2-K*Δt，其中K为调制系数，它为一个正值。
2.根据权利要求1所述的一种解决T型三电平变流器中点不平衡的控制方法，其特征在于：所述的控制方法中当合矢量与α轴的夹角θ在330°与-30°之间时作用时间Δt＝-sgn(ia*ΔVdc)；当合矢量与α轴的夹角θ在30°与-90°之间时作用时间Δt＝sgn(ic*ΔVdc)；当合矢量与α轴的夹角θ在90°与-150°之间时作用时间Δt＝-sgn(ib*ΔVdc)；当合矢量与α轴的夹角θ在150°与-210°之间时作用时间Δt＝sgn(ia*ΔVdc)；当合矢量与α轴的夹角θ在210°与-270°之间时作用时间Δt＝-sgn(ic*ΔVdc)；当合矢量与α轴的夹角θ在270°与-330°之间时作用时间Δt＝sgn(ib*ΔVdc)；其中ΔVdc＝Vdc1-Vdc2,sgn表示取符号函数，当想x>＝0时，sgn(x)＝1,当想x<0时，sgn(x)＝-1。
3.根据权利要求1所述的一种解决T型三电平变流器中点不平衡的控制方法，其特征在于：所述的DSP控制系统采用TMS320F28335作为控制芯片。
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