CN104079197A - 中点电位平衡控制方法、装置、多电平变换器及控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种中点电位平衡控制方法，应用于多电平变换器，该方法包括：获取并判断所述多电平变换器的输出有功功率是否小于预设功率；获取并判断所述多电平变换器的中点电位是否超出允许电位；当所述输出有功功率小于所述预设功率且所述中点电位超出所述允许电位时，获取并判断所述多电平变换器的中点电流无功分量给定值是否超过预设的无功电流给定范围；当所述中点电流无功分量给定值满足所述无功电流给定范围时，注入所述中点电流无功分量以增大所述中点电流；利用所述多电平变换器的空间矢量调节所述中点电位的平衡，以消除现有技术存在的控制盲区。此外本申请还公开了一种中点电位平衡控制装置、多电平变换器控制系统和电平变换器。

Description

中点电位平衡控制方法、装置、多电平变换器及控制系统

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种中点电位平衡控制方法、中点电位平衡控制装置、多电平变换器及其控制系统。

背景技术

中点电位的平衡对于多电平变换器来说至关重要，控制不好的话会影响多电平变换器的正常工作。

现有的中点电位平衡控制方法主要是：在检测到多电平变换器的输出有功功率不小于预设功率时，利用所述多电平变换器的空间矢量来调节中点电位的平衡。其中，在利用空间矢量调节中点电位平衡的过程中，需要判断中点电流的方向。

然而，受制于电流传感器的精度限制和采样电路的采样误差，在实际应用中当所述中点电流很小时，为了避免出现中点电流方向的误判，通常不会中断该控制方法；这样就出现了中点电位平衡的控制盲区。

因此，如何消除控制盲区，成为改善现有的中点电位平衡控制方法中首先要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种中点电位平衡控制方法、中点电位平衡控制装置、多电平变换器及其控制系统，以消除现有的中点电位平衡控制方法的控制盲区。

一种中点电位平衡控制方法，应用于多电平变换器，该方法包括：

获取并判断所述多电平变换器的输出有功功率是否小于预设功率；

获取并判断所述多电平变换器的中点电位是否超出允许电位；

当所述输出有功功率小于所述预设功率且所述中点电位超出所述允许电位时，获取并判断所述多电平变换器的中点电流无功分量给定值是否超过预设的无功电流给定范围；

当所述中点电流无功分量给定值满足所述无功电流给定范围时，注入所述中点电流无功分量以增大所述中点电流；

利用所述多电平变换器的空间矢量调节所述中点电位的平衡。

其中，注入所述中点电流无功分量以增大所述中点电流，包括：

当所述无功分量给定值大于0但不大于所述无功电流给定范围的上限时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的上限；

当所述无功分量给定值小于0但不小于所述无功电流给定范围的下限时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的下限；

当所述无功分量给定值等于0时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的上限或所述无功电流给定范围的下限。

其中，所述无功电流给定范围的上限与所述无功电流给定范围的下限互为相反数。

一种中点电位平衡控制装置，应用于多电平变换器，该装置包括：

功率判断单元，用于获取并判断所述多电平变换器的输出有功功率是否小于预设功率；

与所述功率判断单元相连的电位判断单元，用于当所述输出有功功率小于所述预设功率时，获取并判断所述多电平变换器的中点电位是否超出允许电位；

与所述功率判断单元和所述电位判断单元相连的电流判断单元，用于当所述输出有功功率小于所述预设功率且所述中点电位超出所述允许电位时，获取并判断所述多电平变换器的中点电流无功分量给定值是否超过预设的无功电流给定范围；

与所述电流判断单元相连的无功电流给定单元，用于当所述中点电流无功分量给定值满足所述无功电流给定范围时，注入所述中点电流无功分量以增大所述中点电流；

以及与所述无功电流给定单元相连的中点平衡调控单元，用于利用所述多电平变换器的空间矢量调节所述中点电位的平衡。

其中，所述无功电流给定单元包括：

第一无功电流给定单元，用于当所述无功分量给定值大于0但不大于所述无功电流给定范围的上限时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的上限；

第二无功电流给定单元，用于当所述无功分量给定值小于0但不小于所述无功电流给定范围的下限时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的下限；

和第三无功电流给定单元，用于当所述无功分量给定值等于0时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的上限或所述无功电流给定范围的下限。

其中，所述无功电流给定范围的上限与所述无功电流给定范围的下限互为相反数。

一种多电平变换器控制系统，应用于多电平变换器，该控制系统为用于获取并判断所述多电平变换器的输出有功功率是否小于预设功率；获取并判断所述多电平变换器的中点电位是否超出允许电位；当所述输出有功功率小于所述预设功率且所述中点电位超出所述允许电位时，获取并判断所述多电平变换器的中点电流无功分量给定值是否超过预设的无功电流给定范围；当所述中点电流无功分量给定值满足所述无功电流给定范围时，注入所述中点电流无功分量以增大所述中点电流；利用所述多电平变换器的空间矢量调节所述中点电位的平衡的控制系统。

一种多电平变换器，包括上述多电平变换器控制系统。

其中，所述多电平变换器为多电平逆变器。

其中，所述多电平变换器为多电平直流-直流变换器。

从上述的技术方案可以看出，本发明在检测到现有的中点电位平衡控制方法进入控制盲区时，通过注入中点电流无功分量的方式来抬升所述中点电流，从而避免了因所述中点电流过小而出现电流方向误判的情况，消除了控制盲区，有效改善了现有的中点电位平衡控制方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一公开的一种中点电位平衡控制方法流程图；

图2为本发明实施例二公开的一种中点电位平衡控制装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

参见图1，本发明实施例一公开了一种中点电位平衡控制方法，应用于多电平变换器，以消除现有的中点电位平衡控制方法的控制盲区，该方法包括：

步骤101：获取所述多电平变换器的输出有功功率。

步骤102：判断所述输出有功功率是否小于预设功率，当所述输出有功功率小于所述预设功率时，进入步骤103，否则本次控制结束；

具体的，所述输出有功功率是否等于所述预设功率，是现有的中点电位平衡控制方法判定所述多电平变换器的中点电流是否达到检测极限的标准；当所述输出有功功率小于所述预设功率时，现有技术认为此时所述中点电流通常很小，容易出现中点电流方向的误判，因此不再执行利用所述多电平变换器的空间矢量调节中点电位的平衡的操作；而本实施例的改进便是由此切入。

步骤103：获取所述多电平变换器的中点电位。

步骤104：判断所述中点电位是否超出允许电位，当所述中点电位超出所述允许电位时，进入步骤105，否则本次控制结束；

具体的，所述中点电位是否超出所述允许电位，是现有的中点电位平衡控制方法判定所述中点电位是否发生偏移的标准；在误差允许的范围内，所述中点电位可具有一定的偏移空间。

步骤105：获取所述多电平变换器的中点电流无功分量给定值。

步骤106：判断所述中点电流无功分量给定值是否超过预设的无功电流给定范围，当所述中点电流无功分量给定值满足所述无功电流给定范围时，进入步骤107，否则本次控制结束；

具体的，当所述中点电位超出所述允许电位时，说明所述中点电位不平衡；所述中点电流包括有功分量和无功分量，当所述输出有功功率小于所述预设功率时，说明所述中点电流的有功分量很小，存在出现中点电流方向误判的可能；当所述中点电流无功分量给定值满足本实施例给定的所述无功电流给定范围时，说明所述中点电流的无功分量也很小，此时认为现有的中点电位平衡控制方法已进入控制盲区，会出现中点电流方向的误判。

步骤107：注入所述中点电流无功分量以增大所述中点电流；

具体的，所述中点电流包括有功分量和无功分量，增大所述无功分量可提高所述中点电流的大小，因此本实施例在检测到所述中点电流无功分量未超过预设的无功电流给定范围时，利用软件控制增加中点电流无功分量，以通过强制给定中点电流无功分量的方式来抬升所述中点电流；更为细化的，所述步骤107包括，

当所述无功分量给定值大于0但不大于所述无功电流给定范围的上限时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的上限；

当所述无功分量给定值小于0但不小于所述无功电流给定范围的下限时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的下限；

当所述无功分量给定值等于0时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的上限或所述无功电流给定范围的下限；

其中，所述无功电流给定范围的下限即为所述无功电流给定范围的下限，所述无功电流给定范围的上限即为所述无功电流给定范围的上限；优选的，所述无功电流给定范围的上限与所述无功电流给定范围的下限互为相反数；

此外还需要说明的是，所述无功电流给定范围的上限与所述无功电流给定范围的下限均是经验值，所述中点电流无功分量的注入量既不能过大，也不能过小，过大的话会影响所述多电平变换器的正常运行，过小的话又起不到抬升所述中点电流目的，因此需要根据实际应用情况进行调整。

步骤108：利用所述多电平变换器的空间矢量调节所述中点电位的平衡；

此时，由于所述中点电流已被抬升，不会再出现由于中点电流太小而难以检测的问题，因此步骤108可正常执行，从而消除了现有的中点电位平衡控制方法的控制盲区，实现了对多电平变换器的中点电位的平衡控制。

由上述描述可以看出，本实施例在检测到现有的中点电位平衡控制方法进入控制盲区时，通过注入中点电流无功分量的方式来抬升所述中点电流，从而避免了因所述中点电流过小而出现电流方向误判的情况，消除了控制盲区，有效改善了现有的中点电位平衡控制方法。

此外需要说明的是，所述步骤101-102与所述步骤103-104之间的执行顺序并没有限制，即，本实施例也可以在判断得到所述多电平变换器的中点电位超出允许电位时，才判断所述多电平变换器的输出有功功率是否小于预设功率，若小于，则进入步骤105，否则本次控制结束。

实施例二：

参见图2，本发明实施例二公开了一种中点电位平衡控制装置，应用于多电平变换器，以消除现有的中点电位平衡控制方法的控制盲区，该装置包括：

功率判断单元100、电位判断单元200、电流判断单元300、无功电流给定单元400和中点平衡调控单元500；

其中，功率判断单元100，用于获取并判断所述多电平变换器的输出有功功率是否小于预设功率；

电位判断单元200与功率判断单元100相连，用于获取并判断所述多电平变换器的中点电位是否超出允许电位；

电流判断单元300分别与功率判断单元100和电位判断单元200相连，用于当所述输出有功功率小于所述预设功率且所述中点电位超出所述允许电位时，获取并判断所述多电平变换器的中点电流无功分量给定值是否超过预设的无功电流给定范围；

无功电流给定单元400与电流判断单元300相连，用于当所述中点电流无功分量给定值满足所述无功电流给定范围时，注入所述中点电流无功分量以增大所述中点电流；

中点平衡调控单元500与无功电流给定单元400相连，用于利用所述多电平变换器的空间矢量调节所述中点电位的平衡。

其中，无功电流给定单元400包括：

第一无功电流给定单元401，用于当所述无功分量给定值大于0但不大于所述无功电流给定范围的上限时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的上限；

第二无功电流给定单元402，用于当所述无功分量给定值小于0但不小于所述无功电流给定范围的下限时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的下限；

和第三无功电流给定单元403，用于当所述无功分量给定值等于0时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的上限或所述无功电流给定范围的下限。

其中，优选的，所述无功电流给定范围的上限与所述无功电流给定范围的下限互为相反数。

实施例三：

本发明实施例三公开了一种多电平变换器控制系统，应用于多电平变换器，以消除现有的中点电位平衡控制方法的控制盲区，该控制系统为用于获取并判断所述多电平变换器的输出有功功率是否小于预设功率；获取并判断所述多电平变换器的中点电位是否超出允许电位；当所述输出有功功率小于所述预设功率且所述中点电位超出所述允许电位时，获取并判断所述多电平变换器的中点电流无功分量给定值是否超过预设的无功电流给定范围；当所述中点电流无功分量给定值满足所述无功电流给定范围时，注入所述中点电流无功分量以增大所述中点电流；利用所述多电平变换器的空间矢量调节所述中点电位的平衡的控制系统。

此外，本实施例还公开了一种利用该多电平变换器控制系统的多电平变换器。更为具体的，所述多电平变换器包括但不限于多电平变换器为多电平逆变器和多电平直流-直流变换器。

综上所述，本发明在检测到现有的中点电位平衡控制方法进入控制盲区时，通过注入中点电流无功分量的方式来抬升所述中点电流，从而避免了因所述中点电流过小而出现电流方向误判的情况，消除了控制盲区，有效改善了现有的中点电位平衡控制方法。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种中点电位平衡控制方法，应用于多电平变换器，其特征在于，该方法包括：

获取并判断所述多电平变换器的输出有功功率是否小于预设功率；

获取并判断所述多电平变换器的中点电位是否超出允许电位；

当所述输出有功功率小于所述预设功率且所述中点电位超出所述允许电位时，获取并判断所述多电平变换器的中点电流无功分量给定值是否超过预设的无功电流给定范围；

当所述中点电流无功分量给定值满足所述无功电流给定范围时，注入所述中点电流无功分量以增大所述中点电流；

利用所述多电平变换器的空间矢量调节所述中点电位的平衡。

2.根据权利要求1所述的中点电位平衡控制方法，其特征在于，注入所述中点电流无功分量以增大所述中点电流，包括：

当所述无功分量给定值大于0但不大于所述无功电流给定范围的上限时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的上限；

当所述无功分量给定值小于0但不小于所述无功电流给定范围的下限时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的下限；

当所述无功分量给定值等于0时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的上限或所述无功电流给定范围的下限。

3.根据权利要求2所述的中点电位平衡控制方法，其特征在于，所述无功电流给定范围的上限与所述无功电流给定范围的下限互为相反数。

4.一种中点电位平衡控制装置，应用于多电平变换器，其特征在于，该装置包括：

功率判断单元，用于获取并判断所述多电平变换器的输出有功功率是否小于预设功率；

与所述功率判断单元相连的电位判断单元，用于获取并判断所述多电平变换器的中点电位是否超出允许电位；

与所述功率判断单元和所述电位判断单元相连的电流判断单元，用于当所述输出有功功率小于所述预设功率且所述中点电位超出所述允许电位时，获取并判断所述多电平变换器的中点电流无功分量给定值是否超过预设的无功电流给定范围；

与所述电流判断单元相连的无功电流给定单元，用于当所述中点电流无功分量给定值满足所述无功电流给定范围时，注入所述中点电流无功分量以增大所述中点电流；

以及与所述无功电流给定单元相连的中点平衡调控单元，用于利用所述多电平变换器的空间矢量调节所述中点电位的平衡。

5.根据权利要求4所述的中点电位平衡控制装置，其特征在于，所述无功电流给定单元包括：

第一无功电流给定单元，用于当所述无功分量给定值大于0但不大于所述无功电流给定范围的上限时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的上限；

第二无功电流给定单元，用于当所述无功分量给定值小于0但不小于所述无功电流给定范围的下限时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的下限；

和第三无功电流给定单元，用于当所述无功分量给定值等于0时，更新所述无功分量给定值为所述无功电流给定范围的上限或所述无功电流给定范围的下限。

6.根据权利要求5所述的中点电位平衡控制装置，其特征在于，所述无功电流给定范围的上限与所述无功电流给定范围的下限互为相反数。

7.一种多电平变换器控制系统，应用于多电平变换器，其特征在于，该控制系统为用于获取并判断所述多电平变换器的输出有功功率是否小于预设功率；获取并判断所述多电平变换器的中点电位是否超出允许电位；当所述输出有功功率小于所述预设功率且所述中点电位超出所述允许电位时，获取并判断所述多电平变换器的中点电流无功分量给定值是否超过预设的无功电流给定范围；当所述中点电流无功分量给定值满足所述无功电流给定范围时，注入所述中点电流无功分量以增大所述中点电流；利用所述多电平变换器的空间矢量调节所述中点电位的平衡的控制系统。

8.一种多电平变换器，其特征在于，包括权利要求7所述的多电平变换器控制系统。

9.根据权利要求8所述的多电平变换器，其特征在于，所述多电平变换器为多电平逆变器。

10.根据权利要求8所述的多电平变换器，其特征在于，所述多电平变换器为多电平直流-直流变换器。