CN109412425B - 一种带抑制直压波动的三电平-四象限变频器及控制方法 - Google Patents

一种带抑制直压波动的三电平-四象限变频器及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带抑制直压波动的三电平‑四象限变频器及控制方法，涉及电力电子领域。该变频器以IGBT功率单元为核心，功率主电路拓扑为交‑直‑交结构，采用三电平形式，直流侧采用直流电容作为储能元件，为电压型逆变器提供直流电压，直流电容采用上下电容串联形式，上下电容两侧分别并联电阻，实现直流电压的均衡控制，三相交流电源经电抗器滤波后通过IGBT整流电路，对直流电路进行充电，直流电容器储能达到稳定值后，逆变器输出频率与幅值可调正弦电压信号，实现交流电机的变频调速。本发明利用变频技术可以实现电机的双向驱动，是一种三电平‑四象限馈能变频器，特别是一种带抑制直压波动变频器，可广泛应用于工业领域中。

Description

一种带抑制直压波动的三电平-四象限变频器及控制方法
技术领域
本发明涉及到电力电子领域，具体涉及一种带抑制直压波动的三电平-四象限变频器及控制方法。
背景技术
作为重要的功率变换装置，变频器能够有效地将交流电变换成直流电。目前，传统的电机驱动中，变频器前端多采用二极管整流桥将交流电变换成直流电，这就导致变频器存在着一些不足，如输入电流含有较大的谐波；从电网吸收无功功率、输入功率因数低，且功率不可控；无法实现能量的双向流动；输出直流电压不可控等。目前，两电平三相变换器是最为成熟的功率变换器，由于受制于器件的耐压和容量限制，导致不能适用于大功率场合和大规模工业。因此，提升变频器性能尤为重要。
如：中国专利ZL02104139.3无谐波污染高压变频器能量回馈装置及其方法，没有改善二极管整流的谐波污染问题，无法实现对整流侧电压、输入功率因数的控制。中国专利ZL200810120160.4一种直流侧电压可控型四象限变频器及其方法控制侧重于前端整流器的控制，没有涉及对整个系统的总体设计方案。中国专利ZL200910107449.7一种三相同步整流电路及其控制方法，仅针对同步整流器本身，并无涉及电机驱动相关内容。专利仅涉及一种高性能四象限变频器，主要只针对永磁同步电机进行设计，拓扑结构采用的两电平结构，且没有实现抑制直压波动。
发明内容：
为了解决以上问题，本发明提供了一种带抑制直压波动的三电平-四象限变频器及控制算法。本发明针对现有两电平三象限拓扑结构功率变换装置所存在的功率开关器件的承受电压高，输出较多谐波等不足，通过三电平拓扑结构，利用功率前馈的电流指令算法，并结合锁相控制的同相层叠载波以及死区控制和电压均衡的电压调制波的生成方式对变频器进行控制，以实现直压可控，功率可控，能量的双向流动，实时补偿电机运行所需的无功，同时，能够有效降低每个功率开关器件承受的电压峰值，降低功率开关器件的电压承载力，较好的解决了开关耐压不够高的问题，有效的减少电压波动。并减少所输出的电压谐波含量，最大程度降低对外围电路的干扰。
根据本发明的第一方面，提供一种带抑制直压波动的三电平-四象限变频器，
变频器以IGBT功率单元为核心，功率主电路拓扑为交-直-交结构，采用三电平形式，直流侧采用直流电容作为储能元件，为电压型逆变器提供直流电压，直流电容采用上下电容串联形式，上下电容两侧分别并联电阻，实现直流电压的均衡控制，三相交流电源经电抗器滤波后通过IGBT整流电路，对直流电路进行充电，直流电容器储能达到稳定值后，逆变器输出频率与幅值可调正弦电压信号，实现交流电机的变频调速，
其中，IGBT三相桥采用二极管钳位，通过双SVPWM进行控制。从而能够实现能量的双向流动，实时补偿电机运行所需的无功，减少对电网的污染。
进一步，所述变频器的主电路采用三电平的拓扑结构，主电路中采用中性点二极管钳位，包括熔断器、LC滤波电路、电感、整流电路、直压滤波电路、逆变电路。
进一步的，LC滤波电路由电感L和电容C组成，能量从网侧流向负载侧时，对输入的交流电流进行滤波；能量从负载侧流向网侧时，对回馈的电流进行滤波。
进一步的，整流电路、逆变电路均为二极管、IGBT开关器件组成钳位式三电平全桥结构，每个桥臂的两个开关器件加入一对中性点钳位二极管，两个二极管的连接点与直流电压电压的中点相连，直流分压电容相等，均压电阻相等，整流电路和逆变电路完全对称，实现能量从负载侧回馈至网侧。
根据本发明的第二方面，提供一种用于以上方面描述的带抑制直压波动的三电平-四象限变频器的控制方法，所述方法通过三电平拓扑结构，利用功率前馈的电流指令算法，并结合锁相控制的同相层叠载波以及死区控制和电压均衡的电压调制波的生成方式对变频器进行控制，具体包括以下步骤：
步骤1，直流电压控制过程；
步骤2，基于基波电压的电压前馈控制过程；
步骤3，基于功率前馈控制的电流指令过程；
步骤4，能量回馈控制过程；
步骤5，系统控制过程。
进一步的，步骤1具体包括：
第一步：将采样得到的上下直压Udc1、Udc2相加，与设定参考直压Uref作差，将电压差值经PI调节器后获得电路调节量；
第二步：将采样得到的上下直压Udc1、Udc2作差，获得上下直压差值，通过 PI控制器得到直压调制信号；
进一步的，步骤2具体包括：
第一步：将采样得到的系统电压Usa、Usb、Usc进行离散傅里叶变换DFT，再经过离散傅里叶反变换IDFT，获得基波电压；
第二步：将第一步获得的基波电压乘以系数k1获得与基波电压同前馈调制信号；
进一步的，步骤3具体包括：
第一步：将采样得到的逆变器输出三相电流确定为负载电流；
第二步：根据下发的频率指令信号和直流电压计算出正弦幅值AMP；
第三步：根据频率指令信号和第二步计算得到的正弦幅值，通过VF变换获得正弦信号sin和余弦信号cos；
第四步：将得到的负载电流经过D-Q算法获得有功电流和无功电流；
第五步：通过直流电压控制算法获得直流电路调节量；
第六步：将第四步得到的有功电流乘以系数kp，获得与有功电流同方向分量；
第七步：将电路调节量与第六步获得的有功电流同方向分量作差，获得有功电流指令；
第八步：将无功电流与无功设定值iqref相比较，得到无功电流的差值，将差值经PI调节器后得到无功电流指令。
进一步的，步骤4具体包括：
第一步：根据下发的频率指令信号和直流电压计算出正弦幅值AMP；
第二步：根据频率指令信号和第二步计算得到的正弦幅值，通过VF变换获得相位vfphase；
第三步：判断相位情况，得到不同相位情况下的电流命令Icur；
第四步：上下直压Udc1、Udc2作差，获得上下直压差值，判断差值大小，同时判断电流命令Icur，得到电压命令Udir；
第五步：根据电压命令Udir的值“1”或者“0”，计算电压正反转情况下的电压调制信号；
第六步：电压调制信号与载波进行比较得到控制信号，逆变器工作角色转变成整流器；
第七步；直流侧电压升高，整流器工作角色转换成逆变器，完成能量从负载侧到网侧的流动。
进一步的，步骤5具体包括：
(1)网侧控制
第一步：检测系统侧的三相电压和三相电流，变频器输出侧三相负载电流，上下电容两侧的电压；
第二步：通过基于功率前馈控制的电流指令算法得到有功电流指令和无功电流指令；
第三步：将采集得到的三相系统电压Usa、Usb、Usc进行锁相，获得与系统电压的相角的正弦和余弦，以及锁相频率；
第四步：将第二步得到的有功电流指令和无功电流指令经D-Q反变换得到三相电流指令；
第五步：将三相电流指令与三相补偿电流进行比较，并将电流差值乘以系数 kr得到电流调制信号；
第六步：通过直流电压控制算法得到直流电路调节量；
第七步：通过电压前馈控制算法得到基波电压调制信号；
第八步：将电流调制信号与直压电路调节量相加，再与基波电压前馈调制信号相加得到网侧IGBT驱动信号的调制波；
第九步：通过载波同相层叠的控制方法，生成载波信号；
第十步：将调制信号与载波信号相比较，得到6路PWM信号，经过信号互锁延时保护控制，得到控制所有IGBT所需的PWM控制信号，
(2)负载侧控制
第一步：根据下发的频率指令信号和直流电压计算出正弦幅值AMP；
第二步：根据频率指令信号和第二步计算得到的正弦幅值，通过VF变换获得三相电压Ufa、Ufb、Ufc；
第三步：根据负载电流和正弦电压的幅值AMP，对三相电压进行死区控制；
第四步：比较三相电压Ufal、Ufbl、Ufcl，得到最大值max和最小值min；
第五步：将三相电压Ufal、Ufbl、Ufcl，与最大值和最小值的一半作差，再对上下直压的误差和负载电流情况进行判断，得到三相电压调制波；
第六步：通过载波同相层叠的控制方法，生成载波信号；
第七步：将调制信号与载波信号相比较，得到6路PWM信号，经过信号互锁延时保护控制，得到控制所有IGBT所需的PWM控制信号。
技术效果
本发明公开了一种带抑制直压波动的三电平-四象限变频器控制算法，该方法在对电网电压锁相的基础上，对直流母线电压进行控制，实现了抑制直压波动的作用，使得本发明能够在直压控制方面取得良好的效果。
附图说明：
图1示出根据本发明的带抑制直压波动的三电平-四象限变频器电路原理图；
图2示出根据本发明的带抑制直压波动的三电平-四象限变频器直压稳定控制框图；
图3示出根据本发明的带抑制直压波动的三电平-四象限变频器直压均衡控制框图；
图4示出根据本发明的带抑制直压波动的三电平-四象限变频器电压前馈控制框图；
图5示出根据本发明的带抑制直压波动的三电平-四象限变频器基于功率前馈控制的电流指令算法框图；
图6示出根据本发明的带抑制直压波动的三电平-四象限变频器载波同相层叠生成控制框图；
图7示出根据本发明的带抑制直压波动的三电平-四象限变频器信号互锁延时保护控制框图；
图8示出根据本发明的带抑制直压波动的三电平-四象限变频器能量回馈控制方法流程图；
图9示出根据本发明的带抑制直压波动的三电平-四象限变频器系统控制框图(网侧)；
图10示出根据本发明的带抑制直压波动的三电平-四象限变频器系统控制框图(负载侧)。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的具体技术方案作进一步的详细描述。
抑制直压的控制主要通过功率前馈控制、电压前馈控制、能量回馈控制、直压控制相结合实现的，其中功率前馈控制基于能量守恒的原则，输出能量反馈到输入能量，完成了对负载的同步快速跟踪控制，缓解直流母线瞬时波动幅度。电压前馈控制完成了对系统电压的同步跟踪控制，对输入系统电压进行基波电压提取，基波电压信号对整流侧的PWM进行补偿，抑制直流电压波动。能量回馈控制可以减少直压波动，当负载电机处于发电状态时，会使直流母线电压升高，通过能量回馈控制，可以将直压降低，平抑直压波动，同时还能节能。直压控制是在上述对直压波动控制的基础上，对直压波动进行细调，实现抑制直压波动的功能。
本发明提供了一种应用于电力领域中的节能装置，利用变频技术可以实现电机的双向驱动，是一种三电平-四象限馈能变频器，特别是一种带抑制直压波动变频器，可广泛应用于工业领域中。
见图1，一种380V四象限变频器，主电路采用三电平的拓扑结构，主电路中采用中性点二极管钳位，包括熔断器、LC滤波电路、电感、整流电路、直压滤波电路、逆变电路。熔断器FU，用于防止瞬间大电流情况发生短路。LC滤波电路由电感L和电容C组成，能量从网侧流向负载侧时，对输入的交流电流进行滤波，使其输入系统的电流平稳；能量从负载侧流向网侧时，对回馈的电流进行滤波，滤除纹波，减少对电网的冲击，同时采用简单的滤波电路减少了相应的成本。220V交流电压经熔断器FU后，经过LC滤波电路进行滤波，平滑电流经过预充电电路，流过电感L后进入整流电路，经整流电路后的直流电压通过滤波电容进行滤波，得到稳定的直压供给逆变电路，逆变电路的输出端接电机。整流电路、逆变电路均为二极管、IGBT开关器件组成钳位式三电平全桥结构，每个桥臂的两个开关器件加入一对中性点钳位二极管，两个二极管的连接点与直流电压电压的中点相连，直流分压电容相等，均压电阻相等，整流电路和逆变电路完全对称，可实现角色的互换，实现能量从负载侧回馈至网侧。
变频器采用全数字控制系统，采用ARM+FPGA双核心硬件设计，结合串行逻辑运算和并行数据运行的优点，ARM提供完善的流程控制、数据管理和通信功能等，FPGA实现电流指令生成、电压前馈控制、直流电压控制、PWM脉冲生成等功能。
(1)直流电压控制算法
见图2、图3，直流电压控制包括直流电压稳定控制和直流电压均衡控制，上下直压Udc1、Udc2相加得到的是直压的反馈值Udc，Uref是直压的给定值，两者之差经PI调节器后得到调节信号，它叠加到有功电流分量上，经运算在三相指令电流中含有一定的基波有功，能够实现直流侧和交流侧能量交换，将直压调节至给定值；直流侧电容采用上下电容串联结构，上下电容采用相同规格，对上下电容电压Udc1、Udc2进行监控，两者之差经PI调节器后得到直压调制信号，叠加到电流调制信号上用于形成调制波，产生PWM波，驱动IGBT工作，实现直压的均衡控制。
(2)基于基波电压的电压前馈控制算法
见图4，电网电压并不是稳定变的，采用电网电压前馈控制可以抵消电网电压对变频器并网时的电流影响，同时可避免系统电压波动的影响，使产品更加稳定。将采样得到的系统电压进行离散傅里叶变换和反离散傅里叶变换后得到基波电压，基波电压乘以系数kl获得与基波电压同方向的调制信号，用于产生PWM 信号。
(3)基于功率前馈控制的电流指令算法
见图5，基于功率前馈控制的电流指令算法框图，可实现抑制直压波动的功能，使直压更加稳定可控。首先检测到ARM下发的频率指令信号，根据公式1 根计算出正弦幅值AMP。
Figure GDA0002707740100000061
其中，
Figure GDA0002707740100000071
通过VF变换得到电压与频率的关系如公式2所示，同时获得电压相位的正弦信号sin和余弦信号cos。
Figure GDA0002707740100000072
将负载电流经过D-Q算法获得有功电流和无功电流；将得到的有功电流乘以系数kp，获得与有功电流同方向分量；同时通过如图2获得直流电路调节量；与有功电流同方向分量作差，获得有功电流指令；检测到后台下发的无功设定值 iqref，将无功电流与无功设定值iqref相比较，得到无功电流的差值，将差值经PI 调节器后得到无功电流指令。
(4)能量回馈控制
见图8为能量回馈控制框图，根据负载电流的大小以及直压大小进行判断，判断电机的运行状态，根据运行状态情况，产生相应的命令，执行相应的命令产生相应情况下的调制波，并生成PWM波，驱动IGBT工作，使其逆变器和整流器工作角色互换，从而实现能量的回馈，达到节能的效果。
(5)系统控制
1)
第一步：检测系统侧的三相电压和三相电流，变频器输出侧三相负载电流，上下电容两侧的电压；
第二步：通过如图4所示的基于功率前馈控制的电流指令算法得到有功电流指令和无功电流指令；
第三步：将采集得到的三相系统电压Usa、Usb、Usc进行锁相，获得与系统电压的相角的正弦和余弦，以及锁相频率；
第四步：将第二得到的有功电流指令和无功电流指令经D-Q反变换得到三相电流指令；
第五步：将三相电流指令与三相补偿电流进行比较，并将电流差值乘以系数 kr得到电流调制信号；
第六步：通过如图2所示的直流电压控制算法得到直流电路调节量；
第七步：通过如图3所示的电压前馈控制算法得到基波电压调制信号；
第八步：将电流调制信号与直压电路调节量相加，再与基波电压前馈调制信号相加得到网侧IGBT驱动信号的调制波；
第九步：通过如图6所示载波同相层叠的控制方法，生成载波信号；
第十步：通过如图9所示系统控制框图(网侧)，得到6路PWM信号，经过如图7所示信号互锁延时保护控制，得到控制所有IGBT所需的PWM控制信号。
2)
第一步：根据下发的频率指令信号和直流电压计算出正弦幅值AMP；
第二步：根据频率指令信号和第二步计算得到的正弦幅值，通过VF变换获得三相电压Ufa、Ufb、Ufc；
第三步：根据负载电流和正弦电压的幅值AMP，对三相电压进行死区控制；
第四步：比较三相电压Ufal、Ufbl、Ufcl，得到最大值max和最小值min；
第五步：将三相电压Ufal、Ufbl、Ufcl，与最大值和最小值的一半作差，再对上下直压的误差和负载电流情况进行判断，得到三相电压调制波；
第六步：通过如图6所示载波同相层叠的控制方法，生成载波信号；
第七步：通过如图10所示系统控制框图(负载侧)，得到6路PWM信号，经过如图7所示信号互锁延时保护控制，得到控制所有IGBT所需的PWM控制信号。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种用于带抑制直压波动的三电平-四象限变频器的控制方法，其特征在于，所述方法通过三电平拓扑结构，利用功率前馈的电流指令算法，并结合锁相控制的同相层叠载波以及死区控制和电压均衡的电压调制波的生成方式对变频器进行控制，具体包括以下步骤：
步骤1：将采样得到的上下直压Udc1、Udc2相加，与设定参考直压Uref作差，将电压差值经PI调节器后获得电路调节量；采样得到的上下直压Udc1、Udc2作差，获得上下直压差值，通过PI控制器得到直压调制信号；
步骤2：将采样得到的系统电压Usa、Usb、Usc进行离散傅里叶变换DFT，再经过离散傅里叶反变换IDFT，获得基波电压；将获得的基波电压乘以系数k1获得与基波电压同方向的调制信号；
步骤3具体包括：
第一步：将采样得到的逆变器输出三相电流确定为负载电流；
第二步：根据下发的频率指令信号和直流电压计算出正弦幅值AMP；
第三步：根据频率指令信号和第二步计算得到的正弦幅值，通过VF变换获得正弦信号sin和余弦信号cos；
第四步：将得到的负载电流经过D-Q算法获得有功电流和无功电流；
第五步：通过直流电压控制算法获得直流电路调节量；
第六步：将第四步得到的有功电流乘以系数kp，获得与有功电流同方向分量；
第七步：将直流电路调节量与第六步获得的有功电流同方向分量作差，获得有功电流指令；
第八步：将无功电流与无功设定值iqref相比较，得到无功电流的差值，将差值经PI调节器后得到无功电流指令；
步骤4具体包括：
第一步：根据下发的频率指令信号和直流电压计算出正弦幅值AMP；
第二步：根据频率指令信号和第一步计算得到的正弦幅值，通过VF变换获得相位vfphase；
第三步：判断相位情况，得到不同相位情况下的电流命令Icur；
第四步：上下直压Udc1、Udc2作差，获得上下直压差值，判断差值大小，同时判断电流命令Icur，得到电压命令Udir；
第五步：根据电压命令Udir的值“1”或者“0”，计算电压正反转情况下的电压调制信号；
第六步：电压调制信号与载波进行比较得到控制信号，逆变器工作角色转变成整流器；
第七步：直流侧电压升高，整流器工作角色转换成逆变器，完成能量从负载侧到网侧的流动；
步骤5具体包括：
(1)网侧控制
第一步：检测系统侧的三相电压和三相电流，变频器输出侧三相负载电流，上下电容两侧的电压；
第二步：通过基于功率前馈控制的电流指令算法得到有功电流指令和无功电流指令；
第三步：将采集得到的三相系统电压Usa、Usb、Usc进行锁相，获得与系统电压的相角的正弦和余弦，以及锁相频率；
第四步：将第二步得到的有功电流指令和无功电流指令经D-Q反变换得到三相电流指令；
第五步：将三相电流指令与三相补偿电流进行比较，并将电流差值乘以系数kr得到电流调制信号；
第六步：通过直流电压控制算法得到直流电路调节量；
第七步：通过电压前馈控制算法得到基波电压调制信号；
第八步：将电流调制信号与直压电路调节量相加，再与基波电压前馈调制信号相加得到网侧IGBT驱动信号的调制波；
第九步：通过载波同相层叠的控制方法，生成载波信号；
第十步：将调制信号与载波信号相比较，得到6路PWM信号，经过信号互锁延时保护控制，得到控制所有IGBT所需的PWM控制信号，
(2)负载侧控制
第一步：根据下发的频率指令信号和直流电压计算出正弦幅值AMP；
第二步：根据频率指令信号和第一步计算得到的正弦幅值，通过VF变换获得三相电压Ufa、Ufb、Ufc；
第三步：根据负载电流和正弦电压的幅值AMP，对三相电压进行死区控制；
第四步：比较三相电压Ufal、Ufbl、Ufcl，得到最大值max和最小值min；
第五步：将三相电压Ufal、Ufbl、Ufcl，与最大值和最小值的一半作差，再对上下直压的误差和负载电流情况进行判断，得到三相电压调制波；
第六步：通过载波同相层叠的控制方法，生成载波信号；
第七步：将调制信号与载波信号相比较，得到6路PWM信号，经过信号互锁延时保护控制，得到控制所有IGBT所需的PWM控制信号。
2.一种基于权利要求1所述的控制方法进行控制的带抑制直压波动的三电平-四象限变频器，其特征在于，
变频器以IGBT功率单元为核心，功率主电路拓扑为交-直-交结构，采用三电平形式，直流侧采用直流电容作为储能元件，为电压型逆变器提供直流电压，直流电容采用上下电容串联形式，上下电容两侧分别并联电阻，实现直流电压的均衡控制，三相交流电源经电抗器滤波后通过IGBT整流电路，对直流电路进行充电，直流电容器储能达到稳定值后，逆变器输出频率与幅值可调正弦电压信号，实现交流电机的变频调速，
其中，IGBT三相桥采用二极管钳位，通过双SVPWM进行控制。
3.根据权利要求2所述的变频器，其特征在于，所述变频器的主电路采用三电平的拓扑结构，主电路中采用中性点二极管钳位，包括熔断器、LC滤波电路、电感、整流电路、直压滤波电路、逆变电路。
4.根据权利要求3所述的变频器，其特征在于，LC滤波电路由电感L和电容C组成，能量从网侧流向负载侧时，对输入的交流电流进行滤波；能量从负载侧流向网侧时，对回馈的电流进行滤波。
5.根据权利要求3所述的变频器，其特征在于，整流电路、逆变电路均为二极管、IGBT开关器件组成钳位式三电平全桥结构，每个桥臂的两个开关器件加入一对中性点钳位二极管，两个二极管的连接点与直流电压的中点相连，直流分压电容相等，均压电阻相等，整流电路和逆变电路完全对称，实现能量从负载侧回馈至网侧。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019106257A1 (de) * 2019-03-12 2020-09-17 Sma Solar Technology Ag Batterie-Wechselrichtersystem
CN110011555B (zh) * 2019-05-10 2021-04-20 安徽大学 一种二极管钳位三电平变换器直流侧电容的充电控制方法
CN110932578B (zh) * 2019-12-31 2023-01-10 新风光电子科技股份有限公司 四象限变频器能量回馈控制电路
CN111146808A (zh) * 2020-01-03 2020-05-12 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种多能源能量路由器电路拓扑结构和供电系统
CN111628672A (zh) * 2020-05-22 2020-09-04 广东维可特科技有限公司 双向ac/dc变换器
CN111817577A (zh) * 2020-07-22 2020-10-23 新风光电子科技股份有限公司 一种具有无功补偿功能的四象限防爆变频器及控制方法
CN113162436B (zh) * 2021-03-23 2023-04-28 深圳市禾望电气股份有限公司 一种风电变流器控制方法
CN113783436B (zh) * 2021-09-27 2023-10-20 广东电网有限责任公司阳江供电局 一种全功率风电变换器及控制方法
CN117155138B (zh) * 2023-10-31 2024-01-12 胜利油田海洋电气有限责任公司 三电平四象限变频器及其控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101976968A (zh) * 2010-09-25 2011-02-16 西安交通大学 三电平逆变器直流母线中点电位的控制方法
CN104391535A (zh) * 2014-11-21 2015-03-04 常熟开关制造有限公司(原常熟开关厂） 一种直流母线电容均压方法及装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101976968A (zh) * 2010-09-25 2011-02-16 西安交通大学 三电平逆变器直流母线中点电位的控制方法
CN104391535A (zh) * 2014-11-21 2015-03-04 常熟开关制造有限公司(原常熟开关厂） 一种直流母线电容均压方法及装置

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