CN105553309A

CN105553309A - 一种t型三电平逆变器及其中点平衡控制方法

Info

Publication number: CN105553309A
Application number: CN201511002535.3A
Authority: CN
Inventors: 芦开平; 梁燕; 李建伟; 郭寅远; 王青龙; 汪海涛
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Xuji Group Co Ltd; State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd; XJ Electric Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Xuji Group Co Ltd; State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd; XJ Electric Co Ltd
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2016-05-04

Abstract

本发明涉及一种T型三电平逆变器及其中点平衡控制方法，一种T型三电平逆变器，三电平逆变器的直流侧上母线电容、下母线电容的连接点与交流侧中性线短接。T型三电平逆变器的中点平衡控制方法，基于DQ轴解耦控制，其特征在于，d轴控制指令、q轴控制指令、o轴控制指令分别与相应的反馈环节比较，产生实际的d轴信号、q轴信号、o轴信号，经过dpo/abc变换，以进行SPWM调节；所述上母线电容、下母线电容电压的平均值经过PI调节输出作为o轴电流指令。本发明可以稳定直流母线电压，减小并网电流THD，抑制逆变器输出共模电压。

Description

一种T型三电平逆变器及其中点平衡控制方法

技术领域

本发明涉及一种T型三电平逆变器及其中点平衡控制方法。

背景技术

随着全球资源环境的压力不断增大，节能减排、资源节约已经成为世界经济发展的趋势，以发展绿色经济和强化节能减排为重点，加快建设资源节约型、环境友好型社会”的目标上。电能作为一种广泛使用的能源，其应用己深入到工业生产、社会和人民生活的方方面面。我国电网存在着负荷率低、功率因数变化频繁、无功补偿容量不足。随着光伏产业的不断发展，三电平逆变器由于拓扑结构成熟，输出电压谐波含量低，在高压大功率场合获得了广泛的应用。

如何实现中点电位平衡控制使得直流侧电容电压相等一直是人们研究的热点，而且已具有大量的中点电位平衡控制方法被提出。但现有技术仍存在问题，特别是逆变器回路会产生漏电流。

发明内容

本发明的目的是提供一种T型三电平逆变器及其中点平衡控制方法，用以解决逆变器回路漏电流的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种T型三电平逆变器，所述三电平逆变器的直流侧上母线电容、下母线电容的连接点与交流侧中性线短接。

同时，本发明还提供了一种T型三电平逆变器的中点平衡控制方法，基于DQ轴解耦控制，其特征在于，d轴控制指令、q轴控制指令、o轴控制指令分别与相应的反馈环节比较，产生实际的d轴信号、q轴信号、o轴信号，经过dpo/abc变换，以进行SPWM调节；所述上母线电容、下母线电容电压的平均值经过PI调节输出作为o轴电流指令。

所述o轴电流指令与反馈环节比较后，经过PR调节器输出到dpo/abc变换环节。

所述PR调节器传递函数为：

由于是不隔离系统，一般直接接入配电网中，采用三相四线+PE的接法，而由于电池板对地有寄生电容，在逆变器工作时，由于电池板对地电位的浮动，导致逆变器回路中有漏电流。增加中间NO接线，采用该种方式，直流母线中点与N线等电位，电池板对地的电位分别为固定的+Upv/2和-Upv/2，由于电位固定，则不会有漏电流的产生。

采用上下母线电容平均值进行PI控制可以保证中点电位平衡做到没有静差，直流均压PI调节器输出作为o轴电流指令进行闭环控制，通过补偿零序电流进行上下母线之间的均压控制。

对于任一相桥臂，当此相桥臂箝位于中点时，此相负载电流会通过箝位二极管流入到中线，而该电流会造成中点的电位波动。一般该波动为3次，在N线与分裂电容中点没有连接时，该三次波动不会对并网电流造成影响，但当N线与分裂电容中点相连之后，由于三次电流存在通路，该波动会在最终的并网电流中体现出来。采用常规调节器P或者PI时常常造成零序补偿失效，本发明中采用PR调节器可以抑制三次谐波的波动。

综上，本发明可以稳定直流母线电压，减小并网电流THD，抑制逆变器输出共模电压。

附图说明

图1是实施例的T型三电平逆变器拓扑和控制系统图；

图2是PR调节器Bode图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本实施例是一种三电平光伏发电系统，通过控制闭环控制策略使逆变器将直流电转换为交流电，实现并网发电的功能。系统采用三电平T型拓扑结构，可以减小逆变器元器件的使用个数，同时T型逆变器效率相对I型三电平逆变器高。

如同1所示，三电平逆变器的直流侧上母线电容、下母线电容的连接点与交流侧中性线短接。由于是不隔离系统，一般直接接入配电网中，采用三相四线+PE的接法，N线与LCL滤波器电容连接。而由于电池板对地有寄生电容，在逆变器工作时，由于电池板对地电位的浮动，导致逆变器回路中有漏电流。增加中间NO接线，采用该种方式，直流母线中点与N线等电位，电池板对地的电位分别为固定的+Upv/2和-Upv/2，由于电位固定，则不会有漏电流的产生。

本实施例的三电平逆变器仍然基于电压外环、电流内环和DQ轴解耦控制方法，保证逆变器稳态运行平稳性，连贯性，平滑性，同时当电网电压异常时动态效果最佳。

采集的三相电网线电压经过锁相算法，可得出电网的相位θ。采集的交流电流经过abc-dqo变换，可以得出电流的d、q、o轴反馈。电压外环采集直流母线上下电容电压，经过PI运算得到d轴电流指令，与d轴反馈比较后经过PI运算后得出d轴信号，q轴指令取为0，与q轴反馈比较后经过PI运算得到q轴信号。用母线上下电容电压之差进行PI调节，用该值作为o轴的电流指令。电流内环经过PI运算后得出控制量，经过SPWM算法输出PWM脉冲。

Δ U = \frac{i_{n p} (t)}{C} = \frac{- a b s (S_{a}) . I_{a} - a b s (S_{b}) . I_{b} - a b s (S_{c}) . I_{c}}{C} = \frac{i_{N P} (t) = - a b s (V_{r a}) . I_{a} - a b s (V_{r b}) . I_{b} - a b s (V_{r c}) . I_{c}}{C}

为此本发明中将直流母线电压计算有效值，有效值计算周期采用20ms，可以计算3个母线电压波动周期。

O轴电流指令与反馈环节比较后再经过P+R调节器(即PR调节器)，能够很好的抑制由于直流三次波动引起的三次谐波。由于o轴采用P调节器的方案中三次谐波较明显，需要进一步改善，参考P+R调节的思路，在三次处增加一个谐振，以提高150Hz处的增益，从而增强对150Hz扰动的抑制能力。P+R调节器的传函为：

G (s) = k_{p} + \frac{k_{i} s}{s^{2} + ω^{2}}

所用P+R调节器Bode图如图2所示，可以看出PR调节器对3次谐波的抑制作用很明显，可以保证逆变器3次谐波高增益。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种T型三电平逆变器，其特征在于，所述三电平逆变器的直流侧上母线电容、下母线电容的连接点与交流侧中性线短接。

2.应用权利要求1所述T型三电平逆变器的中点平衡控制方法，基于DQ轴解耦控制，其特征在于，d轴控制指令、q轴控制指令、o轴控制指令分别与相应的反馈环节比较，产生实际的d轴信号、q轴信号、o轴信号，经过dpo/abc变换，以进行SPWM调节；所述上母线电容、下母线电容电压的平均值经过PI调节输出作为o轴电流指令。

3.根据权利要求2所述的T型三电平逆变器的中点平衡控制方法，所述o轴电流指令与反馈环节比较后，经过PR调节器输出到dpo/abc变换环节。

4.根据权利要求3所述的T型三电平逆变器的中点平衡控制方法，所述PR调节器传递函数为：