CN110829494A - 基于三电平并网变流器svpwm调制自动切换控制方法及系统 - Google Patents

基于三电平并网变流器svpwm调制自动切换控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制方法及系统，所述SVPWM调制包括13矢量SVPWM调制方式、19矢量SVPWM调制方式和27矢量SVPWM调制方式；根据中点电压偏移量将3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换。本发明根据实际运行状况，自动切换SVPWM工作模式，达到漏电流抑制的同时也实现了中点电压平衡控制，降低了三电平并网变流器开关损耗，提高了光伏电站的智能化水平。

Description

基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制方法及系统
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制方法及系统。
背景技术
随着可再生能源和电网之间的变流器要求越来越高，三电平并网变流器由于具有谐波小和开关损耗低等优点得到广泛关注。中点电压平衡和共模电压问题也一直是。传统的全矢量合成(即27矢量SVPWM调制方式)容易产生共模电压，引起漏电流。而无小矢量参与合成的调制策略(即13矢量SVPWM调制方式)有效的抑制了共模电压的产生，但却对中点电压平衡的调节能力有限，易于产生母线电压中点的振荡。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出了一种基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制方法及系统，能够有效的解决三电平并网变流器中点电压平衡问题的同时，降低系统共模电压，达到漏电流抑制的作用。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制方法，其特征是，所述SVPWM调制包括13矢量SVPWM调制方式、19矢量SVPWM调制方式和27矢量SVPWM调制方式；3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换。
进一步的，所述三电平并网变流器包括I型三电平拓扑结构和T型三电平拓扑结构。
进一步的，所述3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换包括：
由13矢量SVPWM调制方式向19矢量SVPWM调制方式切换；
由19矢量SVPWM调制方式向13矢量SVPWM调制方式切换；
由19矢量SVPWM调制方式向27矢量SVPWM调制方式切换；
由27矢量SVPWM调制方式向19矢量SVPWM调制方式切换。
进一步的，所述3种矢量SVPWM调制方式的相互切换的具体过程为：
获取三电平并网变流器的中点电压偏移量；
根据中点电压偏移量对3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换。
进一步的，所述根据中点电压偏移量对3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换包括：
当中点电压偏移量绝对值|ΔUmid|大于均压控制切换阈值VLoop1时，采用27矢量SVPWM调制方式；
当中点电压偏移量绝对值|ΔUmid|小于均压控制切换阈值VLoop2时，采用13矢量SVPWM调制方式；
当中点电压偏移量绝对值|ΔUmid|小于均压控制切换阈值VLoop1并且大于均压控制切换阈值VLoop2时，采用19矢量SVPWM调制方式；
其中均压控制切换阈值VLoop1大于均压控制切换阈值VLoop2。
相应的，本发明还提供了一种基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制系统，其特征是，包括调制方式切换模块；
所述SVPWM调制包括13矢量SVPWM调制方式、19矢量SVPWM调制方式和27矢量SVPWM调制方式；
调制方式切换模块，用于将3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换。
进一步的，所述三电平并网变流器包括I型三电平拓扑结构和T型三电平拓扑结构。
进一步的，调制方式切换模块中，所述将3种矢量SVPWM调制方式的相互切换的具体过程为：
获取三电平并网变流器的中点电压偏移量；
根据中点电压偏移量对3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换。
进一步的，调制方式切换模块中，所述根据中点电压偏移量对3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换包括：
当中点电压偏移量绝对值|ΔUmid|大于均压控制切换阈值VLoop1时，采用27矢量SVPWM调制方式；
当中点电压偏移量绝对值|ΔUmid|小于均压控制切换阈值VLoop2时，采用13矢量SVPWM调制方式；
当中点电压偏移量绝对值|ΔUmid|小于均压控制切换阈值VLoop1并且大于均压控制切换阈值VLoop2时，采用19矢量SVPWM调制方式；
其中均压控制切换阈值VLoop1大于均压控制切换阈值VLoop2。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明提出的基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制方法，通过协调控制达到抑制漏电流的同时，保证了中点电压平衡。提高了三电平并网变流器的可靠性。
附图说明
图1为本发明T型三电平并网变流器结构图；
图2为本发明方法流程图；
图3为本发明13矢量SVPWM调制方式的空间矢量图；
图4为本发明19矢量SVPWM调制方式的空间矢量图；
图5为本发明27矢量SVPWM调制方式的空间矢量图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的发明构思为：通过检测并网变流器直流母线电容上、下桥臂电压，三相网侧电流，计算中点电压偏移量，当偏移量达到切换阀值以上，切换SVPWM(空间矢量脉宽调制)调制模式，从而达到中点电压平衡控制，当偏移量恢复到切换阀值以下，切换SVPWM调制模式，减少产生共模电压的小矢量作用时间，达到抑制漏电流的目的。本发明根据实际运行状况，自动切换SVPWM工作模式，达到漏电流抑制的同时也实现了中点电压平衡控制，降低了并网变流器开关损耗，提高了光伏电站的智能化水平。
三电平并网变流器包括I型三电平拓扑结构和T型三电平拓扑结构。拓扑结构不一样，调制方法相似。
以三相T型三电平并网变流器为例，结构参见图1，拓扑结构包括了A相开关管SA1、SA2、SA3、SA4所构成的A相T型桥臂，B相开关管SB1、SB2、SB3、SB4所构成的B相T型桥臂，C相开关管SC1、SC2、SC3、SC4所构成的C相T型桥臂，三相T型桥臂按照以下方式进行连接：
SA1、SB1、SC1的C端与直流母线的正极相连，SA1、SB1、SC1的E端分别与三相输出A、B、C相连；
SA4、SB4、SC4的E端与直流母线的负极相连，SA4、SB4、SC4的C端分别与三相输出A、B、C相连；
SA3、SB3、SC3的C端分别与三相输出A、B、C相连，SA3、SB3、SC3的E端分别与SA2、SB2、SB2的C端；
SA2、SB2、SC2的E端相连，连接至直流母线中点，
直流侧电容C1和C2串行连接至直流母线的正极和负极，输出通过电抗器L或变压器连接交流侧电网e；所述PV为电池板或直流源，其正负极与直流母线相连；
所述A、B、C三相桥臂的12个开关器件共可以形成27种有效开关模式。对应着27个合成电压矢量。以SA、SB、SC代表三相输出的开关状态，如[SA SB SC]＝[NPO]表示A相输出为负电平，B相输出为正电平，C相输出为零电平，故电压矢量包括：
1、6个大矢量，包括NPN、PPN、PNN、PNP、NNP、NPP；
2、6个中矢量，包括OPN、PON、PNO、ONP、NOP、NPO；
3、12个小矢量，包括OPO/NON、OON/PPO、POO/ONN、ONO/POP、OOP/NNO、NOO/OPP；
4、3个零矢量，包括PPP/OOO/NNN。
本发明实施例的一种基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制方法，所述SVPWM调制包括13矢量SVPWM调制方式、19矢量SVPWM调制方式、27矢量SVPWM调制方式；
其中13矢量SVPWM调制方式如图3所示，是指6个大矢量、6个中矢量和1个零矢量(OOO)合成的调制方式；
其中19矢量SVPWM调制方式如图4所示，是指6个大矢量、6个中矢量、6个小矢量(OPO、OON、POO、ONO、OOP、NOO)和1个零矢量(OOO)合成的调制方式；
其中27矢量SVPWM调制方式如图5所示，是指6个大矢量、6个中矢量、12个小矢量和3个零矢量合成的调制方式。
自动切换控制方法包括3种矢量SVPWM调制方式的相互切换方法，参见图2所示，主要有以下几种情况：
1、由13矢量SVPWM调制方式向19矢量SVPWM调制方式切换；
2、由19矢量SVPWM调制方式向13矢量SVPWM调制方式切换；
3、由19矢量SVPWM调制方式向27矢量SVPWM调制方式切换；
4、由27矢量SVPWM调制方式向19矢量SVPWM调制方式切换。
参见图2所示，具体实施步骤如下：
步骤1)同时采样直流母线电容C1两端电压UC1和直流母线电容C2两端电压UC2；由式(1)计算得到总直流母线电压Udc，由式(2)计算得到中点电压偏移量ΔUmid；
Udc＝UC1+UC2 (1)
ΔUmid＝UC1-(Udc/2) (2)
步骤2)按照实际要求初始化参数：均压控制切换阈值VLoop1和均压控制切换阈值VLoop2；其中均压控制切换阈值VLoop1大于均压控制切换阈值VLoop2。
3)当中点电压偏移量绝对值|ΔUmid|大于均压控制切换阈值VLoop1时，采用27矢量SVPWM调制方式，冗余的小矢量能够控制增加流入和流出中点的电荷，有效的调节中点电压平衡，中点电压平衡控制范围更宽。
步骤4)当中点电压偏移量绝对值|ΔUmid|小于均压控制切换阈值VLoop2时，采用13矢量SVPWM调制方式，由于漏电流与共模电压正相关，而去除小矢量，保留大矢量的13矢量SVPWM调制方式具有较低的共模电压(如表1所示)，从而达到漏电流抑制的目的。
步骤5)当中点电压偏移量绝对值|ΔUmid|小于均压控制切换阈值VLoop1并且大于均压控制切换阈值VLoop2时，采用19矢量SVPWM调制方式，具有部分小矢量，能够在一定范围内达到中点电压平衡控制的目的。
表1矢量类型及对应的共模电压
Figure BDA0002274716000000071
相应的，本发明还提供了一种基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制系统，包括调制方式切换模块；
所述SVPWM调制包括13矢量SVPWM调制方式、19矢量SVPWM调制方式和27矢量SVPWM调制方式；
调制方式切换模块，用于将3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换。
进一步的，所述三电平并网变流器包括I型三电平拓扑结构和T型三电平拓扑结构。
进一步的，调制方式切换模块中，所述将3种矢量SVPWM调制方式的相互切换的具体过程为：
获取三电平并网变流器的中点电压偏移量；
根据中点电压偏移量对3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换。
进一步的，调制方式切换模块中，所述根据中点电压偏移量对3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换包括：
当中点电压偏移量绝对值|ΔUmid|大于均压控制切换阈值VLoop1时，采用27矢量SVPWM调制方式；
当中点电压偏移量绝对值|ΔUmid|小于均压控制切换阈值VLoop2时，采用13矢量SVPWM调制方式；
当中点电压偏移量绝对值|ΔUmid|小于均压控制切换阈值VLoop1并且大于均压控制切换阈值VLoop2时，采用19矢量SVPWM调制方式；
其中均压控制切换阈值VLoop1大于均压控制切换阈值VLoop2。
本发明方法实现了以漏电流抑制、直流均压控制及开关损耗最小为目标的PWM调制自动切换控制。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制方法，其特征是，所述SVPWM调制包括13矢量SVPWM调制方式、19矢量SVPWM调制方式和27矢量SVPWM调制方式；3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换。
2.根据权利要求1所述的一种基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制方法，其特征是，所述三电平并网变流器包括I型三电平拓扑结构和T型三电平拓扑结构。
3.根据权利要求1所述的一种基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制方法，其特征是，所述3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换包括：
由13矢量SVPWM调制方式向19矢量SVPWM调制方式切换；
由19矢量SVPWM调制方式向13矢量SVPWM调制方式切换；
由19矢量SVPWM调制方式向27矢量SVPWM调制方式切换；
由27矢量SVPWM调制方式向19矢量SVPWM调制方式切换。
4.根据权利要求1所述的一种基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制方法，其特征是，所述3种矢量SVPWM调制方式的相互切换的具体过程为：
获取三电平并网变流器的中点电压偏移量；
根据中点电压偏移量对3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换。
5.根据权利要求4所述的一种基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制方法，其特征是，所述根据中点电压偏移量对3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换包括：
当中点电压偏移量绝对值|∆U mid |大于均压控制切换阈值V Loop1 时，采用27矢量SVPWM调制方式；
当中点电压偏移量绝对值|∆U mid |小于均压控制切换阈值V Loop2 时，采用13矢量SVPWM调制方式；
当中点电压偏移量绝对值|∆U mid |小于均压控制切换阈值V Loop1 并且大于均压控制切换阈值V Loop2 时，采用19矢量SVPWM调制方式；
其中均压控制切换阈值V Loop1 大于均压控制切换阈值V Loop2 。
6.一种基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制系统，其特征是，包括调制方式切换模块；
所述SVPWM调制包括13矢量SVPWM调制方式、19矢量SVPWM调制方式和27矢量SVPWM调制方式；
调制方式切换模块，用于将3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换。
7.根据权利要求6所述的一种基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制系统，其特征是，所述三电平并网变流器包括I型三电平拓扑结构和T型三电平拓扑结构。
8.根据权利要求6所述的一种基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制系统，其特征是，调制方式切换模块中，所述将3种矢量SVPWM调制方式的相互切换的具体过程为：
获取三电平并网变流器的中点电压偏移量；
根据中点电压偏移量对3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换。
9.根据权利要求8所述的一种基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制系统，其特征是，调制方式切换模块中，所述根据中点电压偏移量对3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换包括：
当中点电压偏移量绝对值|∆U mid |大于均压控制切换阈值V Loop1 时，采用27矢量SVPWM调制方式；
当中点电压偏移量绝对值|∆U mid |小于均压控制切换阈值V Loop2 时，采用13矢量SVPWM调制方式；
当中点电压偏移量绝对值|∆U mid |小于均压控制切换阈值V Loop1 并且大于均压控制切换阈值V Loop2 时，采用19矢量SVPWM调制方式；
其中均压控制切换阈值V Loop1 大于均压控制切换阈值V Loop2 。
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