CN114665734A - 一种平衡中点电压的控制方法、系统及相关组件 - Google Patents

一种平衡中点电压的控制方法、系统及相关组件 Download PDF

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CN114665734A
CN114665734A CN202210467172.4A CN202210467172A CN114665734A CN 114665734 A CN114665734 A CN 114665734A CN 202210467172 A CN202210467172 A CN 202210467172A CN 114665734 A CN114665734 A CN 114665734A
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高瞻
周志达
耿程飞
宋茂林
吴轩钦
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Shenzhen Invt Electric Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种平衡中点电压的控制方法、系统及相关组件，涉及载波脉宽调制领域，应用于十三段式载波脉宽调制过程中，该方法包括：对当前三相正弦波的三个瞬时电压值排序；判断中间电压值的符号，以确定中点电流；根据所述中点电流和中点电压不平衡值，确定调制波补偿量；将调制波补偿量分别加入每相对应的上调制波或下调制波中，以生成对应相的驱动信号。本申请在低调制度区域有效消除窄脉冲的同时平衡中点电压，该控制不改变输出电压正负极性，通过向特定调制波注入补偿量来平衡中点电压，易于工程实现，具有较高的可靠性和实用性。

Description

一种平衡中点电压的控制方法、系统及相关组件
技术领域
本发明涉及载波脉宽调制领域，特别涉及一种平衡中点电压的控制方法、系统及相关组件。
背景技术
三电平中点钳位(Neutral Point Clamped，NPC)变流器，简称三电平变流器，其主电路拓扑如图1，相比传统两电平变流器，三电平NPC变流器的相电压可以输出三种电平状态，故各器件的电压应力更低、电流谐波性能更优；相比级联H桥变流器，三电平NPC变流器无需移相变压器，其结构更简单、控制更方便。基于以上优势，三电平NPC变流器在新能源发电、冶金采矿、电力机车牵引等领域得到了普遍应用。
当三电平NPC变流器的输出电机运行于启动或低速轻载状态时，对应三电平NPC变流器工作于低调制度区域。此时为保证功率器件的正常驱动并准确输出目标电压，脉宽调制方法需要注重消除窄脉冲。传统载波脉宽调制和空间矢量脉宽调制无法在低调制度区域有效消除窄脉冲，造成输出电压畸变和电流谐波含量增加，降低了三电平NPC变流器的输出性能。
除消除窄脉冲外，中点电压平衡控制也是三电平NPC变流器的关键问题。不平衡的中点电压会加剧输出电压畸变、造成器件的关断电压增加、降低变流器系统的可靠性并增大变流器输出的低频谐波。因此，必须要对三电平NPC变流器的中点电压进行平衡控制。
因此，如何提供一种解决既消除窄脉冲又对中点电压进行平衡控制的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种平衡中点电压的控制方法、系统及相关组件。其具体方案如下：
一种平衡中点电压的控制方法，应用于十三段式载波脉宽调制过程中，包括：
获取当前三相正弦波的三个瞬时电压值并进行排序得到最大电压值、中间电压值和最小电压值；
判断所述中间电压值是否为正，若是，确定中点电流为所述最小电压值的对应相的瞬时电流值的相反数，若否，确定所述中点电流为所述最大电压值的对应相的瞬间电流值；
根据所述中点电流和中点电压不平衡值，确定调制波补偿量；
将所述调制波补偿量分别加入当前三相正弦波的每相对应的上调制波或下调制波中，以生成对应相的驱动信号；
所述上调制波和所述下调制波均通过所述十三段式载波脉宽调制过程得到。
优选的，所述将所述调制波补偿量分别加入当前三相正弦波的每相对应的上调制波或下调制波中，以生成对应相的驱动信号之前，还包括：
判断所述调制波补偿量的绝对值是否大于最大补偿量；
若是，则将所述调制波补偿量的绝对值重设为所述最大补偿量，所述调制波补偿量的符号不变。
优选的，当所述中间电压值为负，所述最大补偿量具体为所述最大电压值和所述中间电压值相减后除以2的商；
当所述中间电压值为正，所述最大补偿量具体为所述中间电压值和所述最小电压值相减后除以2的商。
优选的，所述将所述调制波补偿量分别加入当前三相正弦波的每相对应的上调制波或下调制波中，以生成对应相的驱动信号的过程，包括：
当所述中间电压值为负，将所述调制波补偿量分别加入所述最大电压值的对应相的上调制波、所述中间电压值的对应相的下调制波和所述最小电压值的对应相的下调制波；
当所述中间电压值为正，将所述调制波补偿量分别加入所述最大电压值的对应相的上调制波、所述中间电压值的对应相的上调制波和所述最小电压值的对应相的下调制波。
优选的，所述根据所述中点电流和中点电压不平衡值，确定调制波补偿量的过程，包括：
判断所述中点电流和中点电压不平衡值的正负符号是否相同，若是，确定调制波补偿方向标志位为1，若否，确定所述调制波补偿方向标志位为-1；
将所述调制波补偿方向标志位输入滞环控制器，得到调制波补偿量。
优选的，所述十三段式载波脉宽调制过程包括：
根据所述最大电压值、所述中间电压值和所述最小电压值，确定相应相的双调制波参数；
根据每相的所述双调制波参数，确定对应相的上调制波和下调制波。
优选的，所述根据所述最大电压值、所述中间电压值和所述最小电压值，确定相应相的双调制波参数的过程，包括：
根据第一公式，确定所述最大电压值的对应相的双调制波参数；
根据第二公式，确定所述中间电压值的对应相的双调制波参数；
根据第三公式，确定所述最小电压值的对应相的双调制波参数；
所述双调制波参数包括第一参数和第二参数，所述第一公式为：
Figure BDA0003624810810000031
所述第二公式为：
Figure BDA0003624810810000032
所述第三公式为：
Figure BDA0003624810810000033
其中，Vmax、Vmid和Vmin分别为所述最大电压值、所述中间电压值和所述最小电压值，Pmax和Nmax为所述最大电压值的对应相的所述第一参数和所述第二参数，Pmid和Nmid为所述中间电压值的对应相的所述第一参数和所述第二参数，Pmin和Nmin为所述最小电压值的对应相的所述第一参数和所述第二参数。
相应的，本申请还公开了一种平衡中点电压的控制系统，应用于十三段式载波脉宽调制过程中，包括：
排序模块，用于获取当前三相正弦波的三个瞬时电压值并进行排序得到最大电压值、中间电压值和最小电压值；
判断模块，用于判断所述中间电压值是否为正，若是，确定中点电流为所述最小电压值的对应相的瞬时电流值的相反数，若否，确定所述中点电流为所述最大电压值的对应相的瞬间电流值；
计算模块，用于根据所述中点电流和中点电压不平衡值，确定调制波补偿量；
补偿模块，将所述调制波补偿量分别加入当前三相正弦波的每相对应的上调制波或下调制波中，以生成对应相的驱动信号；
所述上调制波和所述下调制波均通过所述十三段式载波脉宽调制过程得到。
相应的，本申请还公开了一种平衡中点电压的控制装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任一项所述平衡中点电压的控制方法的步骤。
相应的，本申请还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任一项所述平衡中点电压的控制方法的步骤。
本申请公开了一种平衡中点电压的控制方法，应用于十三段式载波脉宽调制过程中，包括：获取当前三相正弦波的三个瞬时电压值并进行排序得到最大电压值、中间电压值和最小电压值；判断所述中间电压值是否为正，若是，确定中点电流为所述最小电压值的对应相的瞬时电流值的相反数，若否，确定所述中点电流为所述最大电压值的对应相的瞬间电流值；根据所述中点电流和中点电压不平衡值，确定调制波补偿量；将所述调制波补偿量分别加入当前三相正弦波的每相对应的上调制波或下调制波中，以生成对应相的驱动信号。十三段式载波脉宽调制过程可保证在低调制度区域有效消除窄脉冲，而本申请的控制方法可进一步对该调制过程中的中点电压进行平衡，该控制不改变输出电压正负极性，通过向特定调制波注入补偿量来平衡中点电压，具有易于工程实现的优点，提高了载波脉宽调制的可靠性和实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为一种三电平变流器的主电路拓扑图；
图2为一种平衡中点电压的控制方法的步骤流程图；
图3为十三段式载波脉宽调制的电压矢量序列图；
图4为十三段式载波脉宽调制没施加本实施例平衡中点电压的控制方法时的仿真效果图；
图5和图6分别为十三段式载波脉宽调制施加本实施例平衡中点电压的控制方法时的仿真效果图、仿真结果图；
图7和图8分别为十三段式载波脉宽调制施加本实施例平衡中点电压的控制方法时的仿真效果图、仿真结果图；
图9为十三段式载波脉宽调制没施加本实施例平衡中点电压的控制方法时的仿真效果图；
图10为十三段式载波脉宽调制施加本实施例平衡中点电压的控制方法时的仿真效果图；
图11为本发明实施例中一种平衡中点电压的控制系统的结构分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
传统载波脉宽调制和空间矢量脉宽调制无法在低调制度区域有效消除窄脉冲，造成输出电压畸变和电流谐波含量增加，降低了三电平NPC变流器的输出性能。除消除窄脉冲外，中点电压平衡控制也是三电平NPC变流器的关键问题。不平衡的中点电压会加剧输出电压畸变、造成器件的关断电压增加、降低变流器系统的可靠性并增大变流器输出的低频谐波。如何提供一种解决既消除窄脉冲又对中点电压进行平衡控制的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。
十三段式载波脉宽调制过程可保证在低调制度区域有效消除窄脉冲，而本申请的控制方法可进一步对该调制过程中的中点电压进行平衡，该控制不改变输出电压正负极性，通过向特定调制波注入补偿量来平衡中点电压，具有易于工程实现的优点，提高了载波脉宽调制的可靠性和实用性。
本发明实施例公开了一种平衡中点电压的控制方法，应用于十三段式载波脉宽调制过程中，参见图2所示，该控制方法包括：
S1：获取当前三相正弦波的三个瞬时电压值并进行排序得到最大电压值、中间电压值和最小电压值；
S2：判断中间电压值是否为正，若是，确定中点电流为最小电压值的对应相的瞬时电流值的相反数，若否，确定中点电流为最大电压值的对应相的瞬间电流值；
可以理解的是，三个瞬时电压值中有关正负只有两种情况，即一正二负或一负二正，三个瞬时电压值中最大电压值必然为正、最小电压值必然为负，此处中间电压值的正负，决定了这三个瞬时电压值到底是一正二负还是一负二正。
同时，三个瞬时电压值的符号，实际上对应了当前三角正弦波的相位区域，定义三相正弦波的三个瞬时值电压分别为VA、VB和VC，一正二负的情况包括：
当VA＞0，VB＜0且VC＜0，此时相角区域为60度到120度；
当VB＞0，VA＜0且VC＜0，此时相角区域为180度到240度；
当VC＞0，VA＜0且VB＜0，此时相角区域为300度到360度；
类似的，一负二正的情况包括：
当VB＜0，VA＞0且VC＞0，此时相角区域为0度到60度；
当VC＜0，VA＞0且VB＞0，此时相角区域为120度到180度；
当VA＜0，VB＞0且VC＞0，此时相角区域为240度到300度。
对于一正二负的情况，其中间电流为最大电压值的对应相的瞬间电流值，例如VA＞0＞VB＞VC时，令中间电流Neucur＝IA；对于一负二正的情况，其中间电流为最小电压值的对应相的瞬时电流值的相反数，例如VA＞VB＞0＞VC时，令中间电流Neucur＝-IC；其他情况类推即可。需要注意的是，这里的对应相，是以电压值的大小排序作为依据定位确定的ABC三相中任一相，某相瞬时电压值的正负，并不能代表该相瞬时电流值的正负，其瞬时电流值为该瞬时电压值下的负载电流。
S3：根据中点电流和中点电压不平衡值，确定调制波补偿量；
具体的，步骤S3可通过以下步骤实现：
判断中点电流和中点电压不平衡值的正负符号是否相同，若是，确定调制波补偿方向标志位为1，若否，确定调制波补偿方向标志位为-1；
将调制波补偿方向标志位输入滞环控制器，得到调制波补偿量。
可以理解的是，中点电压不平衡值通常为三电平逆变器直流侧的上桥臂电压与下桥臂电压的差值，除了步骤S3中与中点电流比较符号外，中点电压不平衡值还用于判断是否启用本实施例中的控制方法，也即步骤S1前还可包括：判断中点电压不平衡值是否超出不平衡阈值，若是，则执行步骤S1-S5。
可以理解的是，本实施例中以调制波补偿方向标志位的值(1或-1)作为滞环控制器的输入，整个控制方法以标幺值进行，在需要实际参量时可通过基准值对该参量的标幺值进行换算。
进一步的，考虑到调制波补偿量可能超出调制能力范围，因此可设置补偿量区间，在滞环控制器输出的调制波补偿量超出区间时，取区间上限或下限作为调制波补偿量应用于下一步骤中。具体的，该补偿量区间可设为[-maxcom，maxcom]，其中maxcom为最大补偿量，步骤S4将调制波补偿量分别加入当前三相正弦波的每相对应的上调制波或下调制波中，以生成对应相的驱动信号之前，还包括：
判断调制波补偿量的绝对值是否大于最大补偿量；
若是，则将调制波补偿量的绝对值重设为最大补偿量，调制波补偿量的符号不变。
具体的，如果调制波补偿量modcom<-maxcom，则令modcom＝-maxcom，如果调制波补偿量modcom>maxcom，则令modcom＝maxcom。如果调制波补偿量未超出补偿量区间，则无需更改。
其中，最大补偿量的计算包括：当中间电压值为负，最大补偿量具体为最大电压值和中间电压值相减后除以2的商；当中间电压值为正，最大补偿量具体为中间电压值和最小电压值相减后除以2的商。
具体的，最大电压值、中间电压值和最小电压值分别为Vmax、Vmid和Vmin，当Vmid为负，Maxcom＝(Vmax-Vmid)/2；当Vmid为正，Maxcom＝(Vmid-Vmin)/2。
S4：将调制波补偿量分别加入当前三相正弦波的每相对应的上调制波或下调制波中，以生成对应相的驱动信号；
其中上调制波和下调制波均通过十三段式载波脉宽调制过程得到。
进一步的，考虑到控制方法应用于工作中的桥臂，因此只需要对当前工作的上调制波或下调制波加入调制波补偿量即可，因此步骤S4补偿量分别加入当前三相正弦波的每相对应的上调制波或下调制波中，以生成对应相的驱动信号的过程，可包括：
当中间电压值为负，将调制波补偿量分别加入最大电压值的对应相的上调制波、中间电压值的对应相的下调制波和最小电压值的对应相的下调制波；
当中间电压值为正，将调制波补偿量分别加入最大电压值的对应相的上调制波、中间电压值的对应相的上调制波和最小电压值的对应相的下调制波。
具体的，此时三相调制波的上调制波分别为PA、PB和PC，三相正弦波的下调制波分别为NA、NB和NC，步骤S5将调制波补偿量Modcom分别注入正方向正弦波的上调制波和负方向正弦波的下调制波，具体情况分别如下：
如果VA＞0，VB＜0且VC＜0，令PA＝PA+Modcom，NB＝NB+Modcom，NC＝NC+Modcom；
如果VB＞0，VA＜0且VC＜0，令PB＝PB+Modcom，NA＝NA+Modcom，NC＝NC+Modcom；
如果VC＞0，VA＜0且VB＜0，令PC＝PC+Modcom，NA＝NA+Modcom，NB＝NB+Modcom；
如果VB＜0，VA＞0且VC＞0，令PA＝PA+Modcom，PC＝PC+Modcom，NB＝NB+Modcom；
如果VC＜0，VA＞0且VB＞0，令PA＝PA+Modcom，PB＝PB+Modcom，NC＝NC+Modcom；
如果VA＜0，VB＞0且VC＞0，令PB＝PB+Modcom，PC＝PC+Modcom，NA＝NA+Modcom。
本申请公开了一种平衡中点电压的控制方法，应用于十三段式载波脉宽调制过程中，包括：获取当前三相正弦波的三个瞬时电压值并进行排序得到最大电压值、中间电压值和最小电压值；判断所述中间电压值是否为正，若是，确定中点电流为所述最小电压值的对应相的瞬时电流值的相反数，若否，确定所述中点电流为所述最大电压值的对应相的瞬间电流值；根据所述中点电流和中点电压不平衡值，确定调制波补偿量；将所述调制波补偿量分别加入当前三相正弦波的每相对应的上调制波或下调制波中，以生成对应相的驱动信号。十三段式载波脉宽调制过程可保证在低调制度区域有效消除窄脉冲，而本申请的控制方法可进一步对该调制过程中的中点电压进行平衡，该控制不改变输出电压正负极性，通过向特定调制波注入补偿量来平衡中点电压，具有易于工程实现的优点，提高了载波脉宽调制的可靠性和实用性。
本发明实施例公开了一种具体的平衡中点电压的控制方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的，十三段式载波脉宽调制过程常应用于低调制度工况，包括：
根据最大电压值、中间电压值和最小电压值，确定相应相的双调制波参数；
根据每相的双调制波参数，确定对应相的上调制波和下调制波。
可以理解的是，这里确定的上调制波和下调制波，将应用于步骤S4中与调制波补偿量相加，从而生成新的调制波，并与三角载波比较生成对应相的驱动信号。
进一步的，根据最大电压值、中间电压值和最小电压值，确定相应相的双调制波参数的过程，包括：
根据第一公式，确定最大电压值的对应相的双调制波参数；
根据第二公式，确定中间电压值的对应相的双调制波参数；
根据第三公式，确定最小电压值的对应相的双调制波参数；
双调制波参数包括第一参数和第二参数，第一公式为：
Figure BDA0003624810810000101
第二公式为：
Figure BDA0003624810810000102
第三公式为：
Figure BDA0003624810810000103
其中，Vmax、Vmid和Vmin分别为最大电压值、中间电压值和最小电压值，Pmax和Nmax为最大电压值的对应相的第一参数和第二参数，Pmid和Nmid为中间电压值的对应相的第一参数和第二参数，Pmin和Nmin为最小电压值的对应相的第一参数和第二参数。
具体的，根据任一相双调制波参数，确定该相的上调制波和下调制波的过程，包括：
根据任一相的双调制波参数，确定该相的上调制波的幅值为第一参数，确定该相的下调制波的幅值为第二参数与一个电压基准值的和。
以参考电压位于90°到120°相角区域为例，十三段式载波脉宽调制的电压矢量序列如图3所示，其中一个采样周期内同时使用了一组三个冗余零矢量和两组四个冗余小矢量。由于使用的电压矢量的数目和类型并不相同，十三段式载波脉宽调制无法直接利用传统的重新分配两个冗余小矢量作用时间的方法来控制中点电压平衡，而本申请的控制方法不需要传统平衡中点电压时的两个冗余小矢量，能够成功实现十三段式载波脉宽调制中中点电压平衡的效果。
可以理解的是，十三段式载波脉宽调制能够保证大功率三电平逆变器在低调制度区域的相电压脉冲宽度均大于器件的最小开关时间，从而可以有效消除窄脉冲，而本申请方法中进一步平衡了中点电压，从而达到了既消除窄脉冲又对中点电压进行平衡控制的效果。
本发明实施例公开了一种具体的平衡中点电压的控制方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。
具体的，本申请实施例借助PSIM软件搭建三电平变流器模型，利用仿真验证本申请十三段式载波脉宽调制的中点电压平衡控制方法的有效性。实施例仿真条件为：仿真步长设置2us，直流侧电压设置540V，三角载波频率2000Hz，采样频率4000Hz。
参见图4所示，仿真条件为：三电平变流器直流侧上端电容电压400V，下端电容电压140V，调制度0.2，基波频率10Hz，十三段式载波脉宽调制在不添加本实施例平衡中点电压的控制方法的中点电压偏差值、相电压、双调制波如图4所示。由图4知，当三电平变流器使用十三段式载波脉宽调制且中点电压不平衡时，如果不对中点电压作进一步平衡调整，直流侧的中点电压不平衡值会一直存在。不平衡的中点电压会加剧输出电压畸变、造成器件的关断电压增加、降低变流器系统的可靠性并增大变流器输出的低频谐波。因此，为提高三电平NPC变流器在使用十三段式载波脉宽调制时的可靠性和输出性能，必须为十三段式载波脉宽调制添加有效的中点电压平衡控制方法。
参见图5和图6所示，仿真条件为：三电平变流器直流侧上端电容电压400V，下端电容电压140V，调制度0.2，基波频率10Hz，使用本申请中点电压平衡控制方法时的中点电压偏差值、相电压、补偿前双调制波和补偿后双调制波如图5和图6所示。图5为中点电压平衡控制的全过程仿真结果，图6为中点电压平衡控制过程中的仿真结果。对比图5和图4，当中点电压偏差值为正值时，在使用本申请中点电压平衡控制方法后，中点电压偏差值迅速减小到直流侧电压值的2％内，故本申请方法可在中点电压偏差值为正值时有效平衡中点电压。此外，图6表明，当中点电压偏差值为正值时，本申请方法在平衡中点电压的过程中不会改变输出电压的正负极性、不会产生相电压两电平跳变，故本申请方法具备较好的安全性。
参见图7和图8所示，仿真条件为：三电平变流器直流侧上端电容电压140V，下端电容电压400V，调制度0.2，基波频率10Hz，使用本申请中点电压平衡控制方法时的中点电压偏差值、相电压、补偿前双调制波和补偿后双调制波如图7和图8所示。其中，图7为中点电压平衡控制的全过程仿真结果，图8为中点电压平衡控制过程中的仿真结果。分析图7，当中点电压偏差值为负值时，在使用本申请中点电压平衡控制方法后，中点电压偏差值迅速减小到直流侧电压值的2％内，故本申请方法可在中点电压偏差值为负值时有效平衡中点电压。此外，图8表明，当中点电压偏差值为负值时，本申请方法在平衡中点电压的过程中不会改变输出电压的正负极性、不会产生相电压两电平跳变，故本申请方法具备较好的安全性。
参见图9所示，仿真条件为：三电平变流器直流侧上端电容电压450V，下端电容电压90V，调制度0到0.3变化，基波频率0Hz到15Hz变化，十三段式载波脉宽调制在不添加中点电压平衡控制方法时的中点电压偏差值、相电压、电流、双调制波如图9所示。由图9知，当中点电压不平衡且基波频率和调制度不断变化时，如果不添加适用的中点电压平衡控制方法，直流侧的中点电压不平衡值会一直存在，严重影响三电平NPC变流器在使用十三段式载波脉宽调制方法时的输出性能。
参见图10所示，仿真条件为：三电平变流器直流侧上端电容电压450V，下端电容电压90V，调制度0到0.3变化，基波频率0Hz到15Hz变化，使用本申请中点电压平衡控制方法时的中点电压偏差值、相电压、电流、补偿前双调制波和补偿后双调制波如图9所示。对比图9和图10，当三电平变流器使用十三段式载波脉宽调制且中点电压不平衡时，即使调制度和基波频率不断变化，在添加本申请中点电压平衡控制方法后，中点电压偏差值依然可以迅速减小到直流侧电压值的2％内。因此，本申请方法具备较好的鲁棒性。
进一步分析图5至图10，只需向特定双调制波中注入补偿量，本申请方法便可在调制策略为十三段式载波脉宽调制时控制中点电压平衡，其具备易于工程实现的优点。
如图4到图10所示，仿真结果验证了本申请十三段式载波脉宽调制的中点电压平衡控制方法的有效性。当三电平变流器使用十三段式载波脉宽调制且中点电压不平衡时，无论中点电压偏差值为正或为负，无论调制度和基波频率是固定还是变化，本申请方法均可控制中点电压重新恢复平衡，且在平衡中点电压的过程中不会改变输出电压的正负极性、不会产生相电压两电平跳变。因此，本申请方法显著提高了三电平NPC变流器在十三段式载波脉宽调制作用下的安全性和可靠性。此外，只需向特定双调制波中注入补偿量，本申请方法便可控制中点电压平衡，其还具备易于工程实现的优点。
相应的，本申请还公开了一种平衡中点电压的控制系统，应用于十三段式载波脉宽调制过程中，参见图11所示，包括：
排序模块1，用于获取当前三相正弦波的三个瞬时电压值并进行排序得到最大电压值、中间电压值和最小电压值；
判断模块2，用于判断所述中间电压值是否为正，若是，确定中点电流为所述最小电压值的对应相的瞬时电流值的相反数，若否，确定所述中点电流为所述最大电压值的对应相的瞬间电流值；
计算模块3，用于根据所述中点电流和中点电压不平衡值，确定调制波补偿量；
补偿模块4，将所述调制波补偿量分别加入当前三相正弦波的每相对应的上调制波或下调制波中，以生成对应相的驱动信号；
所述上调制波和所述下调制波均通过所述十三段式载波脉宽调制过程得到。
十三段式载波脉宽调制过程可保证在低调制度区域有效消除窄脉冲，而本申请可进一步对该调制过程中的中点电压进行平衡，该控制不改变输出电压正负极性，通过向特定调制波注入补偿量来平衡中点电压，具有易于工程实现的优点，提高了载波脉宽调制的可靠性和实用性。
在一些具体的实施例中，补偿模块4将所述调制波补偿量分别加入当前三相正弦波的每相对应的上调制波或下调制波中，以生成对应相的驱动信号之前，还包括：
判断所述调制波补偿量的绝对值是否大于最大补偿量；
若是，则将所述调制波补偿量的绝对值重设为所述最大补偿量，所述调制波补偿量的符号不变。
在一些具体的实施例中，当所述中间电压值为负，所述最大补偿量具体为所述最大电压值和所述中间电压值相减后除以2的商；
当所述中间电压值为正，所述最大补偿量具体为所述中间电压值和所述最小电压值相减后除以2的商。
在一些具体的实施例中，补偿模块4将所述调制波补偿量分别加入当前三相正弦波的每相对应的上调制波或下调制波中，以生成对应相的驱动信号的过程，包括：
当所述中间电压值为负，将所述调制波补偿量分别加入所述最大电压值的对应相的上调制波、所述中间电压值的对应相的下调制波和所述最小电压值的对应相的下调制波；
当所述中间电压值为正，将所述调制波补偿量分别加入所述最大电压值的对应相的上调制波、所述中间电压值的对应相的上调制波和所述最小电压值的对应相的下调制波。
在一些具体的实施例中，计算模块3具体用于：
判断所述中点电流和中点电压不平衡值的正负符号是否相同，若是，确定调制波补偿方向标志位为1，若否，确定所述调制波补偿方向标志位为-1；
将所述调制波补偿方向标志位输入滞环控制器，得到调制波补偿量。
在一些具体的实施例中，所述十三段式载波脉宽调制过程包括：
根据所述最大电压值、所述中间电压值和所述最小电压值，确定相应相的双调制波参数；
根据每相的所述双调制波参数，确定对应相的上调制波和下调制波。
优选的，所述根据所述最大电压值、所述中间电压值和所述最小电压值，确定相应相的双调制波参数的过程，包括：
根据第一公式，确定所述最大电压值的对应相的双调制波参数；
根据第二公式，确定所述中间电压值的对应相的双调制波参数；
根据第三公式，确定所述最小电压值的对应相的双调制波参数；
所述双调制波参数包括第一参数和第二参数，所述第一公式为：
Figure BDA0003624810810000141
所述第二公式为：
Figure BDA0003624810810000142
所述第三公式为：
Figure BDA0003624810810000143
其中，Vmax、Vmid和Vmin分别为所述最大电压值、所述中间电压值和所述最小电压值，Pmax和Nmax为所述最大电压值的对应相的所述第一参数和所述第二参数，Pmid和Nmid为所述中间电压值的对应相的所述第一参数和所述第二参数，Pmin和Nmin为所述最小电压值的对应相的所述第一参数和所述第二参数。
在一些具体的实施例中，根据任一相所述双调制波参数，确定该相的上调制波和下调制波的过程，包括：
根据任一相的所述双调制波参数，确定该相的上调制波的幅值为所述第一参数，确定该相的下调制波的幅值为所述第二参数与一个电压基准值的和。
相应的，本申请实施例还公开了一种平衡中点电压的控制装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任一项所述平衡中点电压的控制方法的步骤。
相应的，本申请实施例还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任一项所述平衡中点电压的控制方法的步骤。
其中，具体有关所述平衡中点电压的控制方法的细节内容，可以参照上文实施例中的相关描述，此处不再赘述。
其中，本实施例中平衡中点电压的控制装置、可读存储介质具有与上文实施例中平衡中点电压的控制方法相同的技术效果，此处不再赘述。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种平衡中点电压的控制方法、系统及相关组件进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种平衡中点电压的控制方法，其特征在于，应用于十三段式载波脉宽调制过程中，包括：
获取当前三相正弦波的三个瞬时电压值并进行排序得到最大电压值、中间电压值和最小电压值；
判断所述中间电压值是否为正，若是，确定中点电流为所述最小电压值的对应相的瞬时电流值的相反数，若否，确定所述中点电流为所述最大电压值的对应相的瞬间电流值；
根据所述中点电流和中点电压不平衡值，确定调制波补偿量；
将所述调制波补偿量分别加入当前三相正弦波的每相对应的上调制波或下调制波中，以生成对应相的驱动信号；
所述上调制波和所述下调制波均通过所述十三段式载波脉宽调制过程得到。
2.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述将所述调制波补偿量分别加入当前三相正弦波的每相对应的上调制波或下调制波中，以生成对应相的驱动信号之前，还包括：
判断所述调制波补偿量的绝对值是否大于最大补偿量；
若是，则将所述调制波补偿量的绝对值重设为所述最大补偿量，所述调制波补偿量的符号不变。
3.根据权利要求2所述控制方法，其特征在于，
当所述中间电压值为负，所述最大补偿量具体为所述最大电压值和所述中间电压值相减后除以2的商；
当所述中间电压值为正，所述最大补偿量具体为所述中间电压值和所述最小电压值相减后除以2的商。
4.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述将所述调制波补偿量分别加入当前三相正弦波的每相对应的上调制波或下调制波中，以生成对应相的驱动信号的过程，包括：
当所述中间电压值为负，将所述调制波补偿量分别加入所述最大电压值的对应相的上调制波、所述中间电压值的对应相的下调制波和所述最小电压值的对应相的下调制波；
当所述中间电压值为正，将所述调制波补偿量分别加入所述最大电压值的对应相的上调制波、所述中间电压值的对应相的上调制波和所述最小电压值的对应相的下调制波。
5.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述根据所述中点电流和中点电压不平衡值，确定调制波补偿量的过程，包括：
判断所述中点电流和中点电压不平衡值的正负符号是否相同，若是，确定调制波补偿方向标志位为1，若否，确定所述调制波补偿方向标志位为-1；
将所述调制波补偿方向标志位输入滞环控制器，得到调制波补偿量。
6.根据权利要求1至5任一项所述控制方法，其特征在于，所述十三段式载波脉宽调制过程包括：
根据所述最大电压值、所述中间电压值和所述最小电压值，确定相应相的双调制波参数；
根据每相的所述双调制波参数，确定对应相的上调制波和下调制波。
7.根据权利要求6所述控制方法，其特征在于，所述根据所述最大电压值、所述中间电压值和所述最小电压值，确定相应相的双调制波参数的过程，包括：
根据第一公式，确定所述最大电压值的对应相的双调制波参数；
根据第二公式，确定所述中间电压值的对应相的双调制波参数；
根据第三公式，确定所述最小电压值的对应相的双调制波参数；
所述双调制波参数包括第一参数和第二参数，所述第一公式为：
Figure FDA0003624810800000021
所述第二公式为：
Figure FDA0003624810800000022
所述第三公式为：
Figure FDA0003624810800000023
其中，Vmax、Vmid和Vmin分别为所述最大电压值、所述中间电压值和所述最小电压值，Pmax和Nmax为所述最大电压值的对应相的所述第一参数和所述第二参数，Pmid和Nmid为所述中间电压值的对应相的所述第一参数和所述第二参数，Pmin和Nmin为所述最小电压值的对应相的所述第一参数和所述第二参数。
8.一种平衡中点电压的控制系统，其特征在于，应用于十三段式载波脉宽调制过程中，包括：
排序模块，用于获取当前三相正弦波的三个瞬时电压值并进行排序得到最大电压值、中间电压值和最小电压值；
判断模块，用于判断所述中间电压值是否为正，若是，确定中点电流为所述最小电压值的对应相的瞬时电流值的相反数，若否，确定所述中点电流为所述最大电压值的对应相的瞬间电流值；
计算模块，用于根据所述中点电流和中点电压不平衡值，确定调制波补偿量；
补偿模块，将所述调制波补偿量分别加入当前三相正弦波的每相对应的上调制波或下调制波中，以生成对应相的驱动信号；
所述上调制波和所述下调制波均通过所述十三段式载波脉宽调制过程得到。
9.一种平衡中点电压的控制装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述平衡中点电压的控制方法的步骤。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述平衡中点电压的控制方法的步骤。
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