CN105656337B - 一种大功率三电平整流器中点电压平衡控制的方法 - Google Patents

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Abstract

一种大功率三电平整流器中点电压平衡控制的方法，属于大功率三电平变频器的控制技术领域。包括：初始相角的仿真计算环节，同步调制和相位调制环节，中点电压平衡控制环节。优点在于，利用同步调制和相位同步的方法来增加小矢量的作用时间，增加对中点电压的控制能力，来改善对中点电压的平衡控制。该方法在不改变硬件电路的条件下，可以更好的控制三电平逆变器中点电压。

Description

一种大功率三电平整流器中点电压平衡控制的方法
技术领域
本发明属于大功率三电平变频器的控制技术领域，特别是提供了一种大功率三电平整流器中点电压平衡控制的方法。该方法在不改变硬件电路的条件下，可以更好的控制三电平逆变器中点电压。
背景技术
三电平中点箝位型变频器具有等效开关频率高、输出波形正弦、单管耐用低等优点，在中、高压大功率场合应用广泛，中点电压平衡是影响其控制性能的重要因素。
在变频器的发波控制中，空间电压矢量调制技术(SVPWM)得到广泛的应用。任何平衡的三相参考电压都可在空间矢量图上以一空间矢量表示，一种典型空间矢量调制器采用距离参考电压矢量最接近的三个状态矢量去合成期望的电压矢量。变频器要输出一个电压矢量，先选择其最近的3个基本矢量进行合成，再根据伏秒平衡原理计算各基本矢量的作用时间，生成所需的PWM波。
根据基本矢量的模长和对中点电压的影响，可将其分为大矢量、中矢量、P型小矢量、N型小矢量和零矢量，P型小矢量和N型小矢量统称为小矢量。大矢量和小矢量对三电平逆变器中点电压没有影响；中矢量对中点电压有影响，但是可能使中点电压升高，也可能使中点电压降低，不确定；P型小矢量和N型小矢量对中点电压有影响，并且影响电压的方向是相反和确定的，所以通过控制P型小矢量和N型小矢量的作用时间，来调节中点电压的平衡。
当调制度比较高或功率因数比较低时，无功分量比较大，通过计算小矢量的作用时间比较短，不能平衡中矢量对中点电压的影响。
所以要增加小矢量的作用时间，相应的中矢量的作用时间也会减小，来增加小矢量对中点电压的控制能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大功率三电平整流器中点电压平衡控制的方法，来增加小矢量的作用时间，从而改进大功率三电平逆变器的中点电压平衡控制，特别适用于采用同步调制的大功率三电平整流器。该大功率三电平整流器中点电压平衡控制的方法，其主要包括：初始相角的仿真计算环节，同步调制和相位调制环节，中点电压平衡控制环节。
(1)初始相角的仿真计算环节，根据系统所要求载波频率(基波频率的整数倍)和调制度(0～1)在初始相角从0～30°内变化时，使得第一扇区内所有采样点处小矢量的作用时间之和最大的初始相角；
(2)同步调制和相位调制环节，根据步骤(1)所得到的初始相角，应用同步调制和相位调制算法，根据采样点相角等间隔原则，同步得到一个基波周期内的与调制比相等个数的采样点的相角位置；
(3)中点电压平衡控制环节，用同步调制和相位调制算法，在步骤(2)所确定的每个采样点位置处，通过合理调节P或N型小矢量的作用时间来调节直流母线的中点电压平衡。
在大功率整流器中，如取电网基波频率为50Hz，SVPWM输出的载波频率为600Hz，调制度为12。如图1所示，采用SVPWM发波方式，每个360°的采样周期内有12个采样点，每30°一个点。如果SVPWM输出的矢量初始角度为0°，输出的12个矢量依次是0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°，通过同步调制和相位同步技术，则在每个周期输出的矢量角度都不变，都是这12个矢量角度。
SVPWM输出的矢量也可以是其它的角度，只要间隔是30°，如果角度发生偏离，也可以通过相位同步技术回到这个角度。例如12个矢量也可以按5°、35°、65°、95°、125°、155°、185°、215°、245°、275°、305°、335°或者15°、45°、75°、105°、135°、165°、195°、225°、255°、285°、315°、345°。具体选择哪一组角度，通过计算和仿真的方法，观察一个基波周期中，哪一组角度的小矢量作用时间之和比较长，作为输出的矢量。在一个基波周期中小矢量的时间长，中矢量的作用时间相对短，则对三电平中点电压的控制能力增强。
不同的调制比和载波频率，角度的间隔也不同，同样通过计算和仿真，也能找到最佳的一组矢量。
本发明的优点在于，该方法在不改变硬件电路的条件下，可以更好的控制三电平逆变器中点电压。
附图说明
图1为采样点示意图，其中基波频率为50Hz、载波频率为600Hz时，采用相位同步调制方法的一个周期内的12个采样点(初始采样点为15°)；
图2为一种小矢量作用时间图，其中调制度为0.45，初始相角在0～30°范围内，计算所得在第一扇区内的两个采样点处的小矢量作用时间；
图3为另一种小矢量作用时间图，调制度为0.55，初始相角在0～30°范围内，计算所得在第一扇区内的两个采样点处的小矢量作用时间；
图4为又一仲小矢量作用时间图，调制度为0.85，初始相角在0～30°范围内，计算所得在第一扇区内的两个采样点处的小矢量作用时间。
具体实施方式
如图1，为初始相角选择15°时，600Hz下，12个采样点在一个基波周期内所处的位置。在具体实施过程中，首先根据载波比和载波频率，通过计算和仿真找出一个基波周期中，小矢量作用时间之和最大的一组理想矢量角度。然后利用同步调制和相位同步技术，使用SVPWM发波模式，使输出的矢量与理想的矢量角度同步。这样SVPWM输出的矢量中小矢量一个基波周期中的作用时间最长。利用中点电压平衡控制方法，通过调节小矢量中的P矢量和N矢量的作用时间，来使三电平整流器中点电压保持平衡。
如图2，为调制度m＝0.45，初始相角从0～30°变化时，在第一扇区两次采样点处计算所得的小矢量的作用时间总和(单位为ms)。此时总时间曲线为开口向下的抛物线。说明，在初始相角从0°到30°变化时，小矢量在第一扇区的作用时间是先从0°～15°逐渐增大，随后在15°30°时逐渐减小。容易发现，该曲线以15°为中点左右对称。
如图3，为调制度m＝0.55，初始相角从0～30°变化时，在第一扇区两次采样点处计算所得的小矢量的作用时间总和(单位为ms)。此时总时间曲线呈波浪型起伏。说明，在初始相角从0°到30°变化时，小矢量在第一扇区的作用时间是先在0°～15°区间内先增大后减小，随后在15°～30°内先减小后增大。容易发现，该曲线以15°为中点左右对称。
如图4，为调制度m＝0.85，初始相角从0～30°变化时，在第一扇区两次采样点处计算所得的小矢量的作用时间总和(单位为ms)。此时总时间曲线为开口向上的抛物线。说明，在初始相角从0°到30°变化时，小矢量在第一扇区的作用时间是先从0°～15°逐渐减小，随后在15°～30°时逐渐增大。容易发现，该曲线以15°为中点左右对称。
由于在同步调制和相位调制算法中，以50Hz基波频率，600Hz载波频率为例，每个基波周期内的采样点数是固定的12个。因此，期间的每个采样点相隔30°，则具体每个采样点的位置只和初始采样点的相角有关。可以验证，非第一扇区的任一扇区的两个采样点经转换到第一扇区后，同第一扇区的两个采样点的小矢量作用时间是完全相同的。因此，一个基波周期内的小矢量作用时间完全可以用第一扇区内的两个采样点的作用时间来代替。
可见，当基波频率、载波频率和调制度m给定后，应用同步调制和相位调制算法时，通过选择合适的初始相角大小，可以有效增大或减小一个周期内小矢量作用时间在整个开关周期(载波频率确定时，开关周期是恒定不变的)内所占的比例大小。

Claims (1)

1.一种大功率三电平整流器中点电压平衡控制的方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
(1)初始相角的仿真计算环节，根据系统所要求基波频率的整数倍和调制度在0～1，初始相角从0～30°内变化时，第一扇区内采样点处所有小矢量的作用时间之和最大；
(2)同步调制和相位调制环节，根据步骤(1)所得到的初始相角，应用同步调制和相位调制算法，根据采样点相角等间隔原则，同步得到一个基波周期内的采样点的相角位置，其中采样数量等于调制比；
(3)中点电压平衡控制环节，用同步调制和相位调制算法，在步骤(2)所确定的每个采样点位置处，通过调节P或N型小矢量的作用时间来调节直流母线的中点电压平衡。
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