CN111181430A - 低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法及系统 - Google Patents

低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法及系统，根据中点电位、三相电流方向及设定的中点电位阈值的关系进行第一矢量选择；根据参考电压与第一、第二、第三和零矢量的关系建立伏秒平衡方程，根据中点电位偏差与小矢量的关系建立中点电位平衡方程，通过求解伏秒平衡与中点电位平衡方程，得到各个矢量的占空比；根据开关损耗最小的原则重新排列各个矢量的开关作用顺序，形成开关序列；构造价值函数，选择使价值函数最小的开关序列，驱动开关管的动作；本公开得到的三电平逆变器共模电压为直流侧电压的六分之一，降低了系统的漏电流和电磁干扰，降低了开关损耗，并保证电压发生偏移和震荡时，中点电位快速恢复，保持平衡。

Description

低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法及系统
技术领域
本公开涉及逆变器中点平衡控制技术领域，特别涉及一种低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
近年来，逆变器在光伏、UPS(不间断电源)、电能治理中发挥着越来越重要的作用，其中三电平技术较于两电平有更高的功率等级、更小的谐波含量，因而得到广泛研究。T型三电平具有功率损耗小，转换效率高，硬件成本低等优势，成为光伏发电等低压并网系统能量变换的首选。
随着光伏渗透的提高，其对电网的影响日益增大，另外当电网发生故障导致电压跌落时，在特定的时间间隔和电压暂降区域内，光伏系统必须不脱网保持连续运行，并向电网发送无功功率以支持电网恢复，直到电网恢复正常，逆变器具有这种低电压穿越能力已经成为光伏入网的必备条件。常见的电网电压跌落类型有三种，分别是三相平衡跌落(A型跌落)、单相跌落(B型跌落)和两相跌落(E型跌落)。
根据电网对光伏逆变器低电压穿越的要求，逆变器在低电压穿越期间必须向电网传输一定的无功功率。这导致逆变器运行的功率因数降低，三电平逆变器直流侧中点电位振荡增大。此外，电网电压不平衡的跌落引起逆变器输出存在负序分量，加剧中点振荡。过大的直流侧中点电压振荡不仅增大逆变器输出电流谐波，还导致某个直流侧电容电压过高而损坏，开关器件耐压不平衡，缩短开关管寿命，还降低系统稳定性。因此，低电压穿越条件下逆变器直流侧中点电位的控制尤为重要。
本公开发明人发现，常用的中点平衡控制方法包括共模电压注入法、滞环控制法和中点电压调节器法，上述方法在功率因数较高的场合下适用性良好，但是在低电压穿越这种低功率系数需要逆变器向电网输送无功功率的场合，难以实现中点平衡控制，造成系统不稳定。虚拟矢量法可以实现低功率因数条件下逆变器直流侧中点电位振荡的有效抑制，但是其开关损耗大，系统效率低。现有技术中缺乏在非隔离型三电平逆变器运行于低电压穿越的工况时用于抑制中点平衡与共模电压及降低开关损耗有效控制方法。
同时，非隔离型三电平逆变器具有成本低，功率密度高的优势得到广泛应用，但是由于无变压器隔离，三电平逆变器是无隔离接入电网，光伏阵列与电网系统存在电气连接，光伏板寄生电容的存在，引起了对地漏电流问题，甚至触发停机保护。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法及系统，实现了逆变器低电压穿越运行工况下直流侧中点电压振荡与共模电压的抑制及开关损耗降低；同时，在电网发生跌落时，还具有保证中点电位平衡的功能。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开第一方面提供了一种低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法。
一种低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法，包括以下步骤：
获取三电平逆变器直流侧两电容的电压差作为中点电位；
根据中点电位、三相电流方向及设定的中点电位阈值的关系进行第一矢量选择，此时可能得到多个第一矢量；
当中点电位大于中点电位阈值时，根据参考电压与第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的关系建立伏秒平衡方程，通过求解伏秒平衡方程得到第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的占空比；
根据开关损耗最小的原则重新排列第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的开关作用顺序，形成开关序列，并计算开关序列的开关次数；
构造价值函数，选择使价值函数最小的开关序列，并将该序列作用于开关管，驱动开关管的动作。
作为可能的一些实现方式，当中点电位小于或等于中点电位阈值时，根据参考电压与第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的关系建立伏秒平衡方程，根据中点电位偏差与第一矢量的关系建立中点电位平衡方程；通过求解伏秒平衡方程和中点电位平衡方程得到第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的占空比。
作为可能的一些实现方式，电压矢量具体为：零矢量OOO，六个共模电压小于第一设定阈值的第一矢量、六个第二矢量和六个第三矢量。
在低电压穿越运行工况下，逆变器需要发出容性的无功功率支撑电网电压，这导致逆变器运行功率因数很低，电流滞后电压0-90°；在低功率因数运行时，小矢量对中点电位的影响随功率因数的不同而变化，此时需要根据电流方向确定小矢量对中点电位的影响。
作为可能的一些实现方式，根据参考电压矢量的位置选择离参考电压最近的第二矢量和第三矢量；
根据参考电压矢量的位置选择离参考电压最近的两个第一矢量以及与第二矢量同电流的第一矢量。
作为可能的一些实现方式，当中点电位大于设定阈值大时，采用PI调节器得到第一矢量的占空比；
根据中点电位、三相电流方向及设定的中点电位差的阈值关系进行第一矢量选择，再通过伏秒平衡方程得到第二矢量、第三矢量和零矢量的占空比。
作为可能的一些实现方式，将不同开关序列产生的中点多电流及开关次数带入价值函数，选择使价值函数最小的开关序列，并用于驱动开关管的通断。
作为可能的一些实现方式，采用第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量四个矢量进行参考电压合成。
本公开第二方面提供了一种低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制系统。
一种低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制系统，包括：
数据采集模块，被配置为：获取三电平逆变器直流侧两电容的电压差作为中点电位；
第一矢量选择模块，被配置为：根据中点电位、三相电流方向及设定的中点电位阈值的关系进行第一矢量选择，得到多个第一矢量；
占空比计算模块，被配置为：当中点电位大于中点电位阈值时，根据参考电压与第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的关系建立伏秒平衡方程，通过求解伏秒平衡方程得到第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的占空比；
开关序列计算模块，被配置为：根据开关损耗最小的原则重新排列第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的开关作用顺序，形成开关序列，并计算开关序列的开关次数；
开关序列确定模块，被配置为：构造价值函数，选择使价值函数最小的开关序列，并将该序列作用于开关管，驱动开关管的动作。
作为可能的一些实现方式，所述占空比计算模块，还被配置为：当中点电位小于或等于中点电位阈值时，根据参考电压与第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的关系建立伏秒平衡方程，根据中点电位偏差与第一矢量的关系建立中点电位平衡方程；通过求解伏秒平衡方程和中点电位平衡方程得到第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的占空比。
作为可能的一些实现方式，电压矢量具体为：零矢量OOO，六个共模电压小于第一设定阈值的第一矢量、六个第二矢量和六个第三矢量。
作为可能的一些实现方式，根据参考电压矢量的位置选择离参考电压最近的第二矢量和第三矢量；根据参考电压矢量的位置选择离参考电压最近的两个第一矢量以及与第二矢量同电流的第一矢量。
作为可能的一些实现方式，当中点电位大于设定阈值大时，采用PI调节器得到第一矢量的占空比；根据中点电位、三相电流方向及设定的中点电位差的阈值关系进行第一矢量选择，再通过伏秒平衡方程得到第二矢量、第三矢量和零矢量的占空比。
作为可能的一些实现方式，将不同开关序列产生的中点多电流及开关次数带入价值函数，选择使价值函数最小的开关序列，并用于驱动开关管的通断。
作为可能的一些实现方式，采用第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量四个矢量进行参考电压合成。
本公开第三方面提供了一种介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法中的步骤。
本公开第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法中的步骤。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开实现了逆变器低电压穿越运行工况下直流侧中点电压振荡与共模电压的抑制及开关损耗降低，同时，在电网发生跌落时，还具有保证中点电位平衡的功能，即中点电压偏移时，中点电位能够快速恢复。
2、本公开所述的三电平逆变器的共模电压只有直流侧电压幅值的六分之一，与传统SVM相比，共模电压降低二分之一，降低系统的漏电流，提高了系统安全性。
3、本公开考虑了低电压穿越时电流滞后电压0-90°范围内的中点平衡控制，有很高的实际意义。
4、本公开从开关损耗和基本矢量引起的中点波动及共模电压的角度，综合进行第一矢量选择，实现开关序列优化选择。
5、本公开减小了中点电位波动，直流侧可以采用较小的电容器，减小了逆变器系统体积。
附图说明
图1为本公开实施例1提供的NPC(中点钳位)三电平逆变器主电路拓扑结构示意图。
图2为本公开实施例1提供的低电压穿越时三电平逆变器空间矢量图。
图3为本公开实施例1提供的电网电压跌落类型示意图。
图4为本公开实施例1提供的低电压穿越时三电平逆变器控制结构图。
图5(a)为本公开实施例1提供的低电压穿越时三电平逆变器系统中点电位输出波形示意图。
图5(b)为本公开实施例1提供的低电压穿越时三电平逆变器系统共模电压输出波形示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
如图1-5所示，本公开实施例1提供了一种低电压穿越条件下非隔离型三电平逆变器中点平衡控制方法，包括以下步骤：
(1)设定采用大矢量(第三矢量)、中矢量(第二矢量)、零矢量和小矢量(第一矢量)四个矢量进行参考电压合成；
(2)通过信号采集得到的电容电压差为三电平逆变器的中点电位；
(3)根据中点电位、三相电流方向及设定的中点电位差的阈值关系进行小矢量选择；
当中点电位大于中点电位阈值时，根据参考电压与第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的关系建立伏秒平衡方程，通过求解伏秒平衡方程得到第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的占空比；
(4)根据开关损耗最小的原则重新排列大、中、小、零矢量的开关作用顺序，形成开关序列，并计算开关序列的开关次数。
(5)构造价值函数，选择使价值函数最小的开关序列，并将该序列作用于开关管，驱动开关管的动作。
所述步骤(3)中，当中点电位小于或者等于中点电位阈值时，根据参考电压与大矢量、中矢量、小矢量和零矢量的关系建立伏秒平衡方程；根据中点电位偏差与小矢量的关系建立中点电位平衡方程；通过求解伏秒平衡方程与中点电位平衡方程，得到大、中、小、零矢量的占空比。
本实施例的控制对象为非隔离型三电平逆变器系统，如图1所示，交流侧包括A、B、C三相桥臂，每相桥臂各有4个功率开关器件和两个二极管，三相电网ea、eb、ec。直流侧包括两个串联电容，两个电容中间形成一个中性点，每相桥臂的两个二极管的中点与中性点连接，逆变器的每相输出通过电感与交流电网连接，交流电网公共点记为N。
假设直流侧上下电容电压相等，选择电容中性点作为参考，相应地，每相桥臂均能输出三种电平状态，分别为P、O、N，其中P状态时逆变器桥臂输出电压为直流侧电压的二分之一，O状态时桥臂输出电压为0，N状态时逆变器桥臂输出电压为直流侧电压的负二分之一。对应每相，P状态代表1、2管开通，O状态对应于2、3管开通，N状态对应于3、4管开通。
根据每相桥臂输出电压的状态，三相三电平逆变器共有27个矢量，如图2所示，根据电压矢量的幅值，电压矢量分为大矢量、中矢量、小矢量和零矢量。根据电压矢量的位置，电压矢量分为12个扇区。
电压矢量的定义：
Figure BDA0002363202780000091
其中，ua、ub、uc为逆变器输出的三相电压。
根据三相桥臂输出电流的方向，电流矢量分为6个扇区。
电流矢量的定义为：
Figure BDA0002363202780000092
其中，ia、ib、ic为逆变器输出的三相电流。
Vdc为直流侧电压，共模电压定义为逆变器输出三相电压的平均值。为实现低共模电压运行，本专利中选用共模电压幅值小的小矢量和零矢量，大矢量及中矢量。所选的基本矢量对应的共模电压和中点电流如表1所示。
Figure BDA0002363202780000093
表1基本矢量与共模电压、中点电流关系表。
Figure BDA0002363202780000094
Figure BDA0002363202780000101
采用表1中大矢量、中矢量、小矢量和零矢量进行参考电压合。小矢量实现中点电压振荡的抑制和偏移的控制。
三电平逆变器中点电位等于两个电容电压差，即Δu＝uP-uN，设置中点电位阈值Δuth，当Δu>Δuth时，小矢量用于实现中点电压偏移的控制。此时，小矢量占空比y由中点电位经过PI调节器调节后取绝对值得到，即：
Figure BDA0002363202780000102
采用如下步骤选择小矢量、计算大、中、零矢量的占空比。
为抑制电压偏移，根据中点电位、三相电流方向及设定的中点电位差的阈值关系从最近两个小矢量和与中矢量同电流的小矢量中选择小矢量，建立基本矢量与参考电压的伏秒平衡方程，得到各自占空比；再计算开关序列的开关次数，根据价值函数确定小矢量。考虑低压穿越工况，逆变器需要发出一定的无功功率，这导致桥臂输出电压矢量和电流矢量的存在一定的夹角。
电压矢量和电流矢量以电压位于第二扇区为例具体分析。
(1)当电压矢量位于第二扇区，电流矢量位于II扇区，VP>VN时，A相电流大于0，B相电流大于0，C相电流小于0，选择大矢量PPN，中矢量PON和零矢量OOO，小矢量范围POO、OON、OPO、ONO，而OON矢量的中点电流-Ic使VP>VN，因此OON矢量舍去，小矢量范围是POO、OPO、ONO。
1)当选择POO矢量时，列写伏秒平衡方程为
Figure BDA0002363202780000111
1＝dL+dM+dS+d0
其中
Figure BDA0002363202780000112
为参考电压，
Figure BDA0002363202780000113
为大矢量，dL为大矢量占空比，
Figure BDA0002363202780000114
为中矢量，dM为中矢量占空比，
Figure BDA0002363202780000115
为小矢量，dS为小矢量占空比，
Figure BDA0002363202780000116
为零矢量，d0为零矢量占空比。此时，小矢量的占空比为PI调节器的输出即dS＝y。
求解伏秒平衡方程得到各个基本矢量占空比为：
Figure BDA0002363202780000117
式中m为调制度，定义为
Figure BDA0002363202780000118
为满足各个基本矢量作用时间均为正，小矢量POO的占空比该满足的条件是：
Figure BDA0002363202780000119
根据损耗最小设计开关序列为OOO—POO—PON—PPN—PON—POO—OOO，此时一个周期内开关次数为6。
构建价值函数g
g＝λ1|IMdM+ISdS|+λ2|Si|
其中，IM为中矢量的中点电流，IS为小矢量的中点电流，Si为开关次数，λ1、λ2为系数。
将开关次数、小矢量和中矢量下的作用时间和中点电流带入价值函数，得到g1POO。
2)当选择OPO时，通过伏秒平衡方程得到各个矢量占空比为
Figure BDA0002363202780000121
为满足各个基本矢量作用时间均为正，小矢量OPO应该满足的条件是：
Figure BDA0002363202780000122
根据损耗最小设计开关序列为OOO—OPO—PON—PPN—PON—OPO—OOO，此时一个周期内开关次数为10。
将开关次数、小矢量和中矢量下的作用时间和中点电流带入价值函数，得到g1OPO。
3)当选择ONO时，通过伏秒平衡方程得到各个矢量占空比为
Figure BDA0002363202780000123
为满足各个基本矢量作用时间均为正，小矢量ONO应该满足的条件是：
Figure BDA0002363202780000131
根据损耗最小设计开关序列为OOO—ONO—PON—PPN—PON—ONO—OOO，此时一个周期内开关次数为10。
将开关次数、小矢量和中矢量下的作用时间和中点电流带入价值函数，得到g1ONO。
通过比较g1POO、g1OPO、g1ONO大小，选择函数值最小的矢量POO，因此开关序列为OOO—POO—PON—PPN—PON—POO—OOO，将该序列应用于开关管，驱动开关管工作。
(2)当电压位于第二扇区，电流位于第I扇区，VP>VN时，A相电流大于0，B相电流小于0，C相电流小于0，选择大矢量PPN，中矢量PON和零矢量OOO，小矢量范围POO、OON、OPO、ONO，而OON矢量的中点电流-Ic使VP>VN，POO矢量的中点电流-Ia使VP<VN，OPO矢量的中点电流-Ib使VP>VN，ONO矢量的中点电流-Ib使VP>VN，为满足中点平衡，OON、OPO、ONO小矢量舍去。基于此，选择小矢量POO。
通过伏秒平衡方程得到各个基本矢量占空比为：
Figure BDA0002363202780000132
为满足各个基本矢量作用时间均为正，小矢量POO应该满足的条件是：
Figure BDA0002363202780000133
根据损耗最小设计开关序列为OOO—POO—PON—PPN—PON—POO—OOO。
其他电压扇区分析情况与第二扇区相同。
当Δu≤Δuth时，根据电压震荡与小矢量的关系建立中点平衡方程，得到小矢量占空比y，具体采用如下步骤选择小矢量计算占空比：
为抑制电压偏移，根据中点电位、三相电流方向及设定的中点电位差的阈值关系从最近两个小矢量和与中矢量同电流的小矢量中选择小矢量(满足条件的小矢量不止一个)，建立基本矢量与参考电压的伏秒平衡方程、中点平衡方程，得到各自占空比，计算开关序列的开关次数，根据价值函数确定小矢量，考虑低压穿越工况，逆变器需要发出一定的无功功率，这导致桥臂输出电压矢量和电流矢量的存在一定的夹角。以电压位于第一扇区为例具体分析。
(1)当参考电压位于第一扇区，电流位于I扇区时，A相电流大于0，B相电流小于0，C相电流小于0，选择大矢量PNN，中矢量PON和零矢量OOO。中矢量对应的电流为Ib，该电流导致VP<VN，小矢量范围OON、POO、OPO和ONO，为抑制中点电压的振荡，小矢量的作用效果应该满足VP>VN，而POO矢量的中点电流-Ia使VP<VN，因此POO矢量舍去，此时小矢量范围OON、OPO和ONO。
1)当选择OON时，列写伏秒平衡方程为
Figure BDA0002363202780000141
1＝dL+dM+dS+d0
为消除中点电位低频波动，令中矢量PON产生的电位波动与小矢量OON产生的电位波动相同，建立中点平衡方程即
IbdM＝IcdS
通过上述方程得到各个基本矢量占空比为
Figure BDA0002363202780000151
考虑到小矢量的占空比需要满足的条件，进一步得到小矢量占空比为：
Figure BDA0002363202780000152
根据开关损耗最小设计开关序列为OOO—OON—PON—PNN—PON—OON—OOO，一个周期内开关次数为6。
构造价值函数
g＝λ1|IMdM+ISdS|+λ2|Si|
其中，IM为中矢量的中点电流，IS为小矢量的中点电流，Si为开关次数，λ1、λ2为系数。
将序列开关次数、小矢量和中矢量下的作用时间和中点电流带入价值函数，得到g2OON。
2)当选择OPO时，列写伏秒平衡方程，为消除中点电位低频波动，令中矢量PON产生的电位波动与小矢量OPO产生的电位波动相同，建立中点平衡方程即
IbdM＝IbdS
求解得到各基本矢量占空比为：
Figure BDA0002363202780000161
考虑到小矢量的占空比需要满足的条件，进一步得到小矢量占空比为：
Figure BDA0002363202780000162
根据开关损耗最小设计开关序列为OOO—OPO—PON—PNN—PON—OPO—OOO，一个周期内开关次数为10次。
将序列开关次数、小矢量和中矢量下的作用时间和中点电流小矢量时间带入价值函数，得到g2OPO。
3)当选择ONO时，列写伏秒平衡方程，为消除中点电位低频波动，令中矢量PON产生的电位波动与小矢量ONO产生的电位波动相同，建立中点平衡方程即
IbdM＝IbdS
通过求解得不到满足要求的占空比，因此不选择小矢量ONO。
通过比较g2OON、g2OPO大小，选择值最小的矢量OON，因此开关序列为OOO—OON—PON—PNN—PON—OON—OOO，将该序列应用于开关管，驱动开关管工作。
(2)当参考电压位于第一扇区，电流位于VI扇区时，A相电流大于0，B相电流小于0，C相电流大于0，选择大矢量PNN，中矢量PON和零矢量OOO，中矢量对应的电流Ib，该电流使VP<VN，为抑制中点电压波动，小矢量满足VP>VN小矢量范围OON、POO、OPO和ONO，而OON矢量的中点电流-Ic使VP<VN，POO矢量的中点电流-Ia使VP<VN，因此POO、OON矢量舍去，小矢量范围是OPO、ONO。
1)当选择OPO时，列写伏秒平衡方程，为消除中点电位低频波动，令中矢量PON产生的电位波动与小矢量OPO产生的电位波动相同，建立中点平衡方程即
IbdM＝IbdS
求解得到各基本矢量占空比为
Figure BDA0002363202780000171
考虑到小矢量的占空比需要满足的条件，进一步得到小矢量占空比为：
Figure BDA0002363202780000172
根据损耗最小设计开关序列为OOO—OPO—PON—PNN—PON—OPO—OOO，一个周期内开关为10次。
将序列开关次数、小矢量和中矢量下的作用时间和中点电流小矢量时间带入价值函数，得到g2OPO。
2)当选择ONO时，列写伏秒平衡方程，为消除中点电位低频波动，令中矢量PON产生的电位波动与小矢量ONO产生的电位波动相同，建立中点平衡方程即
IbdM＝IbdS
通过求解得不到满足要求的占空比，因此不选择小矢量ONO。
最终选择小矢量OPO，开关序列为OOO—OPO—PON—PNN—PON—OPO—OOO，将该序列应用于开关管，驱动开关管工作。
其他扇区分析情况与第一扇区相同。
当电网发生电压跌落时，逆变器向电网发送无功电流，并网导则规定，输出无功电流与系统额定电流的比值至少为电压跌落深度的两倍，选用电网电压正序分量的幅值Em +1来测量跌落深度，irq表示输送的无功电流。对应三种光伏常见的跌落类型，逆变器发送无功电流的补偿曲线如图3所示。
图4为逆变器系统的控制结构，由于逆变器输出存在负序分量，为了防止输出电流不平衡，将电网电压的正、负序分量作为前馈引入到控制系统中，逆变器输出电流iabc经过abc/dq变换得到两相电流值idq，根据跌落深度与无功补偿电流关系图得到无功电流参考值
Figure BDA0002363202780000181
再根据额定电流计算得到有功电流参考值
Figure BDA0002363202780000182
有功与无功电流的参考值分别与实际值idq做差，差值送入PI调节器调节，PI调节器的输出经过dq/abc变换得到三相调制波。将电网电压分解为正序和负序分量，分别对应加到PI调节器输出上，构成前馈。再根据三相电流和参考电压进行电压扇区和电流扇区的选择，通过中点电位、三相电流方向及设定的中点电位差的阈值关系、价值函数进行小矢量选择，最终得到开关序列，并应用于开关管，驱动开关管工作。
图5(a)和图5(b)为分别采用传统比例调节器中点平衡控制和提出的中点平衡控制下逆变器中点电位和共模电压波形图，可以看出中点电位控制效果良好，共模电压比传统控制方式的共模电压减小二分之一。
实施例2：
本公开第二方面提供了一种低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制系统。
一种低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制系统，包括：
数据采集模块，被配置为：获取三电平逆变器直流侧两电容的电压差作为中点电位；
第一矢量选择模块，被配置为：根据中点电位、三相电流方向及设定的中点电位阈值的关系进行第一矢量选择，得到多个第一矢量；
占空比计算模块，被配置为：当中点电位大于中点电位阈值时，根据参考电压与第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的关系建立伏秒平衡方程，通过求解伏秒平衡方程得到第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的占空比；
开关序列计算模块，被配置为：根据开关损耗最小的原则重新排列第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的开关作用顺序，形成开关序列，并计算开关序列的开关次数；
开关序列确定模块，被配置为：构造价值函数，选择使价值函数最小的开关序列，并将该序列作用于开关管，驱动开关管的动作。
所述占空比计算模块，还被配置为：当中点电位小于或等于中点电位阈值时，根据参考电压与第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的关系建立伏秒平衡方程，根据中点电位偏差与第一矢量的关系建立中点电位平衡方程；通过求解伏秒平衡方程和中点电位平衡方程得到第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的占空比。
电压矢量具体为：零矢量OOO，六个共模电压小于第一设定阈值的第一矢量、六个第二矢量和六个第三矢量。
根据参考电压矢量的位置选择离参考电压最近的第二矢量和第三矢量；根据参考电压矢量的位置选择离参考电压最近的两个第一矢量以及与第二矢量同电流的第一矢量。
当中点电位大于设定阈值大时，采用PI调节器得到第一矢量的占空比；根据中点电位、三相电流方向及设定的中点电位差的阈值关系进行第一矢量选择，再通过伏秒平衡方程得到第二矢量、第三矢量和零矢量的占空比。
将不同开关序列产生的中点多电流及开关次数带入价值函数，选择使价值函数最小的开关序列，并用于驱动开关管的通断。
采用第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量四个矢量进行参考电压合成。
实施例3：
本公开实施例3提供了一种介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例1所述的低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法中的步骤。
实施例4：
本公开实施例4提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例1所述的低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法中的步骤。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取三电平逆变器直流侧两电容的电压差作为中点电位；
根据中点电位、三相电流方向及设定的中点电位阈值的关系进行第一矢量选择；
当中点电位大于中点电位阈值时，根据参考电压与第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的关系建立伏秒平衡方程，通过求解伏秒平衡方程得到第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的占空比；
根据开关损耗最小的原则重新排列第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的开关作用顺序，形成开关序列，并计算开关序列的开关次数；
构造价值函数，选择使价值函数最小的开关序列，并将该序列作用于开关管，驱动开关管的动作。
2.如权利要求1所述的低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法，其特征在于，当中点电位小于或等于中点电位阈值时，根据参考电压与第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的关系建立伏秒平衡方程，根据中点电位偏差与第一矢量的关系建立中点电位平衡方程；通过求解伏秒平衡方程和中点电位平衡方程得到第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的占空比。
3.如权利要求1所述的低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法，其特征在于，电压矢量具体为：零矢量OOO，六个共模电压小于第一设定阈值的第一矢量、六个第二矢量和六个第三矢量。
4.如权利要求1所述的低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法，其特征在于，根据参考电压矢量的位置选择离参考电压最近的第二矢量和第三矢量；
根据参考电压矢量的位置选择离参考电压最近的两个第一矢量以及与第二矢量同电流的第一矢量。
5.如权利要求1所述的低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法，其特征在于，当中点电位大于设定阈值大时，采用PI调节器得到第一矢量的占空比；
根据中点电位、三相电流方向及设定的中点电位差的阈值关系进行第一矢量选择，再通过伏秒平衡方程得到第二矢量、第三矢量和零矢量的占空比。
6.如权利要求1所述的低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法，其特征在于，将不同开关序列产生的中点多电流及开关次数带入价值函数，选择使价值函数最小的开关序列，并用于驱动开关管的通断；
或者，
采用第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量四个矢量进行参考电压合成。
7.一种低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，被配置为：获取三电平逆变器直流侧两电容的电压差作为中点电位；
第一矢量选择模块，被配置为：根据中点电位、三相电流方向及设定的中点电位阈值的关系进行第一矢量选择，得到多个第一矢量；
占空比计算模块，被配置为：当中点电位大于中点电位阈值时，根据参考电压与第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的关系建立伏秒平衡方程，通过求解伏秒平衡方程得到第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的占空比；
开关序列计算模块，被配置为：根据开关损耗最小的原则重新排列第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的开关作用顺序，形成开关序列，并计算开关序列的开关次数；
开关序列确定模块，被配置为：构造价值函数，选择使价值函数最小的开关序列，并将该序列作用于开关管，驱动开关管的动作。
8.如权利要求7所述的低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制系统，其特征在于，所述占空比计算模块，还被配置为：当中点电位小于或等于中点电位阈值时，根据参考电压与第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的关系建立伏秒平衡方程，根据中点电位偏差与第一矢量的关系建立中点电位平衡方程；通过求解伏秒平衡方程和中点电位平衡方程得到第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量的占空比；
或者，
电压矢量具体为：零矢量OOO，六个共模电压小于第一设定阈值的第一矢量、六个第二矢量和六个第三矢量；
或者，
根据参考电压矢量的位置选择离参考电压最近的第二矢量和第三矢量；根据参考电压矢量的位置选择离参考电压最近的两个第一矢量以及与第二矢量同电流的第一矢量；
或者，
当中点电位大于设定阈值大时，采用PI调节器得到第一矢量的占空比；根据中点电位、三相电流方向及设定的中点电位差的阈值关系进行第一矢量选择，再通过伏秒平衡方程得到第二矢量、第三矢量和零矢量的占空比；
或者，
将不同开关序列产生的中点多电流及开关次数带入价值函数，选择使价值函数最小的开关序列，并用于驱动开关管的通断；
或者，
采用第一矢量、第二矢量、第三矢量和零矢量四个矢量进行参考电压合成。
9.一种介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法中的步骤。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7任一项所述的低电压穿越条件下三电平逆变器中点平衡控制方法中的步骤。
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