CN115037178B - 一种母线电压平衡能力的调节方法及其装置 - Google Patents

一种母线电压平衡能力的调节方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施方式公开了一种母线电压平衡能力的调节方法及其装置。该方法包括：根据电网电压和母线电压计算调制比；根据调制比计算平衡量阈值；根据平衡量阈值对平衡控制量进行调节；输出平衡控制量。通过上述方式，本发明实施方式能够实现在电网电压动态变化的情况下，动态调节直流母线中点电压的平衡能力，使得在电网电压变化的情况下，正负直流电压平均值仍能保持均衡，减小正负母线电压波动。

Description

一种母线电压平衡能力的调节方法及其装置
技术领域
本发明实施方式涉及电子技术领域，特别是涉及一种母线电压平衡能力的调节方法及其装置。
背景技术
与两电平逆变器相比，三电平逆变器具有电压应力小，输出电压谐波谐波含量低，效率高等优点，因此三电平逆变器被广泛的应用于大功率电力电子领域，如光伏逆变器，储能逆变器，风机变流器等领域。但三电平逆变器由于自身拓扑结构，在运行过程中会引起直流母线中点的波动，该波动会增加开关期间的电压应力，引起输出电流的畸变等问题，因此，有必要对该波动进行抑制。
目前，针对该问题已提出了多种解决方案，如专利CN202011315226.2提出了增加一个平衡电路来实现母线均衡，但是该方案显著增加了成本；专利CN201710302913.2通过改进SVPWM矢量选取方法实现了中点平衡，专利CN201910169260.4通过根据直流侧两电容器组之间的电压差选择不同小矢量来实现中点平衡，但是矢量选择法总体具有矢量选择困难，矢量作用时间计算复杂，数字化困难等缺点；专利CN201010523885.5提出了对改进LCL型逆变器采用零序电压的注入方案，但是能否应用于传统LCL型逆变器，并没有说明。并且，以上方案均没有考虑电网电压动态变化的情况，如在低电压穿越等动态过程中，如何快速的恢复直流母线中点的平衡。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种母线电压平衡能力的调节方法，应用于三相逆变器，该调节方法包括：根据电网电压和母线电压计算调制比；根据所述调制比计算平衡量阈值；根据所述平衡量阈值对平衡控制量进行调节；输出所述平衡控制量。
在一些实施例中，所述电网电压为电网正序电压，所述调制比通过如下公式计算而得：
Figure 296503DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，m为所述调制比，Ud为电网正序电压，Udc为所述母线电压。
在一些实施例中，所述母线电压根据如下公式计算而得：
Figure 180145DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，Up为正母线电压，Un为负母线电压。
在一些实施例中，所述平衡量阈值根据如下公式计算而得：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，
其中，
Figure 653852DEST_PATH_IMAGE004
为所述平衡量阈值。
在一些实施例中，所述根据所述平衡量阈值对平衡控制量进行调节，包括：设置所述平衡控制量的初始值为0；根据预设调节量增大所述平衡控制量，所述平衡控制量不大于所述平衡量阈值；判断在一个电网周期内中点电流的积分值是否达到最值，所述最值包括最大值和最小值；若是，则停止增大所述平衡控制量。
为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种母线电压平衡能力的调节装置，该装置包括：调制比计算单元，用于根据电网电压和母线电压计算调制比；阈值计算单元，用于根据所述调制比计算平衡量阈值；调节单元，用于根据所述平衡量阈值对平衡控制量进行调节；输出单元，用于输出所述平衡控制量。
为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种平衡直流母线电压的方法，应用于三相逆变器，该方法包括：如上所述的调节方法，确定平衡控制量；根据电流控制获得三相差模输出电压；根据所述三相差模输出电压获得共模零序电压；对所述共模零序电压、所述三相差模输出电压和所述平衡控制量进行调制获得三相逆变输出电压，所述三相逆变输出电压用于平衡所述直流母线电压。
在一些实施例中，所述共模零序电压通过下式计算而得：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，
其中，
Figure 622945DEST_PATH_IMAGE006
为所述共模零序电压，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
是所述三相差模输出电压中的最大电压值，
Figure 309141DEST_PATH_IMAGE008
是所述三相差模输出电压中的最小电压值。
在一些实施例中，所述三相逆变输出电压通过下式计算而得：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，
其中，Ua为a相逆变输出电压，Ub为b相逆变输出电压，Uc为c相逆变输出电压，Uaref 为a相差模输出电压，Ubref 为b相差模输出电压，Ucref为c相差模输出电压，
Figure 312869DEST_PATH_IMAGE010
为所述平衡控制量。
为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种母线中点电压平衡系统，该系统包括：锁相环模块，用于获取三相交流电的相位；电流变换模块，用于将三相交流电流变换获得旋转坐标系下的D轴电流和Q轴电流；电流控制模块，用于根据所述D轴电流和所述Q轴电流获得差模电压；电流逆变换模块，用于根据所述差模电压获取三相差模输出电压，并输出所述三相差模输出电压至PWM模块；共模零序电压注入模块，用于根据所述三相差模输出电压获得共模零序电压，并输出所述共模零序电压至所述PWM模块；如上所述的母线电压平衡能力的调节装置，用于输出平衡控制量至所述PWM模块；PWM模块，用于对所述共模零序电压、所述三相差模输出电压和所述平衡控制量进行调制获得三相逆变输出电压。
本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施方式能够实现在电网电压动态变化的情况下，动态调节直流母线中点电压的平衡能力，使得在电网电压变化的情况下，正负直流电压平均值仍能保持均衡，减小正负母线电压波动。
附图说明
图1是本发明实施例的应用环境的示意图；
图2是T型三电平逆变器的结构示意图；
图3是本发明实施方式提供的一种母线电压平衡能力的调节方法的流程示意图；
图4是本发明实施方式提供的一种母线电压平衡能力的调节方法的步骤S300的流程示意图；
图5是本发明实施方式提供的一种母线电压平衡能力的调节装置的结构示意图；
图6是调制比为0.9时中点电流的积分值与平衡控制量的关系曲线图；
图7是调制比为0.4时中点电流的积分值与平衡控制量的关系曲线图；
图8是本发明实施方式提供的一种平衡直流母线电压的方法的流程示意图；
图9是T型三电平逆变器采用SVPWM调制在进行不对称低电压穿越时的三相电网电压的波形图；
图10是T型三电平逆变器采用SVPWM调制在进行不对称低电压穿越时的电网电流的波形图；
图11是平衡控制量阈值为0.02，采用图2和图7所示方法所获得的正负直流母线电压波形图；
图12是平衡控制量阈值从0.02扩大到0.15，采用图2和图7所示方法所获得的正负直流母线电压波形图；
图13是本发明实施方式提供的一种平衡直流母线电压系统的结构示意图；
图14是改进后的T型三电平逆变器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
图1为本发明实施例提供的应用环境。如图1所示，所述应用环境以三相逆变器供电系统为例，包括三相逆变器10、直流电源20以及负载30。
逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成定频定压或调频调压交流电（一般为220V,50Hz正弦波）的转换器。
三相逆变器10可以是任何类型，包括但不限于T型三电平逆变器、I型三电平逆变器以及二极管钳位型三电平逆变器。在本实施例中以T型三电平逆变器为例进行陈述。三相逆变器10可以搭载有若干不同的功能模块，这些功能模块可以是软件模块、硬件模块或者软件和硬件结合的，用于实现某一项或多项功能的模块化装置。
在一些实施例中，三相逆变器10可以包括输入接口、电压启动回路、PWM发生器、直流变换电路、LC滤波器及输出回路以及输入输出电压和电流反馈电路，辅助电源电路。其中，输入接口部分：输入部分有3个信号，分别为：高压直流输入端子、通信控制命令输入端子、面板控制端子。
PWM发生器：由以下几个功能模块组成：三角载波信号发生器，调制波输入接口，比较器，PWM输出接口。
DCAC变换电路：由开关管IGBT（或者MOS管）和储能电感、滤波电容组成电压变换电路，具有正弦规律的脉冲经过驱动芯片放大后驱动IGBT（或者MOS管）做开关动作，这样电感的另一端就能得到交流电压。
LC率波及输出回路：滤除正弦PWM电压中的高频部分，保留具有正弦规律的波电压，也就是正弦交流电压。
反馈电路： 逆变器工作时，实时采集逆变器输出电压电流，经过信号调理后输送给控制器，作为控制器闭环控制的反馈量。直流电源20可以是任何类型，用于为三相逆变器10提供直流电，例如太阳能光伏板，蓄电池，直流电压源等。
负载30可以是交流电网，也可以是任何类型的电能消耗器件，用于消耗三相逆变器30所输出的电能。负载30包括空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器和风扇等家用电器。
在另一些实施例中，负载30还包括工业设备。
在本发明实施例中，三相逆变器10为传统T型三电平逆变器，其结构示意图如图2所示，该T型三电平逆变器由光伏PV、第一母线电容C1、第二母线电容C2、第一a相功率器件Sa1、第二a相功率器件Sa2、第三a相功率器件Sa3、第四a相功率器件Sa4、第一b相功率器件Sb1、第二b相功率器件Sb2、第三b相功率器件Sb3、第四b相功率器件Sb4、第一c相功率器件Sc1、第二c相功率器件Sc2、第三c相功率器件Sc3、第四c相功率器件Sc4、正母线和负母线构成。
以a相为例，当第一a相功率器件Sa1导通，Sa2、Sa3和Sa4关断时，输出端a相对于O点的电压为高电平P；当Sa3及Sa4同时导通，Sa1和Sa2关断时，输出端a相对于O点的电压为零电平O；当Sa2导通，Sa1、Sa3和Sa4关断时，输出端a相对于O点的电压为低电平N。
因此可定义开关函数
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，当输出相线接到正母线端P时，Sx=1；当输出相线接到负母线端N时，Sx=-1；当输出相线接到母线中点O时，Sx=0。
需要说明的是，只有当Sx=0时，输出相对应的电流才会流过直流母线中点，因此在一个开关周期内流出中点O的电流为：
Figure 691898DEST_PATH_IMAGE012
，（1）
其中ia为a相输出电流，ib为b相输出电流，ic为c相输出电流。
且有
Figure 419725DEST_PATH_IMAGE013
，（2）
其中，Udc为母线电压，其表达式为：
Figure 378454DEST_PATH_IMAGE014
， （3）
其中，Up为正母线电压，Un为负母线电压。
Ux（x=a，b，c）的表达式如下：
Figure 236689DEST_PATH_IMAGE015
，（4）
式中，Uaref、Ubref、Ucref为根据电流控制计算得到的差模输出电压，
Figure 317777DEST_PATH_IMAGE016
为根据调制需要注入的共模零序电压分量，如三角波、三次谐波等，
Figure 464725DEST_PATH_IMAGE010
是平衡控制量。
在本发明实施例中， 以空间矢量脉冲宽带调制（Space Vector Pulse WidthModulation，SVPWM）为例，注入的零序共模电压
Figure 23882DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 939886DEST_PATH_IMAGE018
是Uaref、Ubref、Ucref中的最大值，
Figure 191875DEST_PATH_IMAGE019
是Uaref、Ubref、Ucref中的最小值。
SVPWM的主要思想是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波。
将上述的电压标幺化，用上标*表示，可得：
Figure 826119DEST_PATH_IMAGE020
，（5）
其中，
Figure 188967DEST_PATH_IMAGE021
。
将式（5）代入式（1）可得中点电流：
Figure 756215DEST_PATH_IMAGE022
， （6）
式（6）中，在注入平衡控制量
Figure 116789DEST_PATH_IMAGE010
后，调制电压发生了偏移，很难直接给出
Figure 300646DEST_PATH_IMAGE010
对
Figure 139289DEST_PATH_IMAGE023
表达式。根据类推，当没有
Figure 92201DEST_PATH_IMAGE010
时，中点电流表达式为：
Figure 420414DEST_PATH_IMAGE024
， （7）
由
Figure 29250DEST_PATH_IMAGE010
引起的中点调节电流为：
Figure 733901DEST_PATH_IMAGE025
， （8）
第一母线电容C1和第二母线电容C2的电容值相等，容值均为C，因此正直流母线电容电流为：
Figure 479003DEST_PATH_IMAGE026
，（9）
负直流母线电容电流为：
Figure 243697DEST_PATH_IMAGE027
，（10）
可得，
Figure 74250DEST_PATH_IMAGE028
， （11）
因此中点电流引起的直流母线电压差为：
Figure 317012DEST_PATH_IMAGE029
，（12）
由式（12）可以看出，中点电流
Figure 978938DEST_PATH_IMAGE030
的积分值越大，调节中点电位的能力越强。而固有电流
Figure 852216DEST_PATH_IMAGE031
是不可控的，因此调节中点调节电流
Figure 232381DEST_PATH_IMAGE032
的大小就可以调节直流母线中点电压平衡能力，而
Figure 216518DEST_PATH_IMAGE033
与
Figure 998529DEST_PATH_IMAGE010
相关，调节
Figure 42709DEST_PATH_IMAGE010
大小（
Figure 910170DEST_PATH_IMAGE010
是平衡控制量）即可调节直流母线中点电压平衡能力。
需要说明的是，当前关于平衡母线中点电压的技术方案有多种，如专利CN202011315226.2提出了增加一个平衡电路从而实现母线均衡，然而该方案明显增加了硬件成本；另有如专利CN201710302913.2提出改进SVPWM矢量选取方法实现了中点平衡，专利CN201910169260.4提出通过根据直流侧两电容器组之间的电压差选择不同小矢量来实现中点平衡，然而上述两种方法存在着矢量选择困难、矢量作用时间计算复杂和数字化困难等缺点；还有如专利CN201010523885.5提出了对改进LCL型逆变器采用零序电压的注入方案，但是在该技术方案中并没有给出是否能应用于传统LCL逆变器的结论。最重要的是，以上提到的相关技术方案均没有考虑到电网电压动态变化的情况，如在低电压穿越等动态过程中，如何快速地恢复直流母线中点电压的平衡。
低电压穿越(Low voltage ride through，LVRT)，低电压过渡能力，曾称“低电压穿越”。定义：小型发电系统在确定的时间内承受一定限值的电网低电压而不退出运行的能力。
本发明正是基于注入零序电压分量从而平衡母线中点电压所提出的方案，如图3所示，图3为本发明实施方式提供的一种母线电压平衡能力的调节方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：
步骤S100：根据电网电压和母线电压计算调制比；
需要说明的是，在一般情况下，定义电网调制比为每相相电压峰值除以一半直流母线电压。考虑到电网电压可能存在不平衡的情况，因此在本发明实施例中，定义调制比为电网正序电压幅值除以一半直流母线电压。调制比计算表达式如下：
Figure 697998DEST_PATH_IMAGE034
， （13）
其中，m为调制比，Ud为电网正序电压，为锁相环计算而得；Udc为母线电压，母线电压根据上述式（3）计算而得。
步骤S200：根据调制比计算平衡量阈值；
在本发明实施例中，调制方式为SVPWM调制，为了不引起过调制，注入的母线电压平衡量阈值为：
Figure 68936DEST_PATH_IMAGE035
，（14）
需要说明的是，本发明还可应用于其他调制方式，如DPWM和SPWM等调制方式。
步骤S300：根据平衡量阈值对平衡控制量进行调节；
在上述步骤中，已获得调制比和平衡量阈值，在调制比
Figure 346334DEST_PATH_IMAGE036
时，当
Figure 373196DEST_PATH_IMAGE037
时，
Figure 27031DEST_PATH_IMAGE010
幅值越大，则一个电网周期内中点电流的积分值越大，即母线中点电压平衡能力越强；在
Figure 455738DEST_PATH_IMAGE038
时，当
Figure 904037DEST_PATH_IMAGE039
时，
Figure 683774DEST_PATH_IMAGE010
越大，则一个电网周期内中点电流的积分值越大，即母线中点电压平衡能力越强，当
Figure 875721DEST_PATH_IMAGE040
时，一个电网周期内中点电流的积分值与
Figure 955673DEST_PATH_IMAGE010
无关，母线中点电压平衡能力不变。可以看出，无论调制比m的高低，在一定范围内，增大
Figure 778135DEST_PATH_IMAGE010
的输出范围可增强母线中点电压平衡能力。
因此，在计算获得平衡量阈值
Figure 841906DEST_PATH_IMAGE004
后，对平衡控制量
Figure 509648DEST_PATH_IMAGE010
进行调节，尽可能使平衡控制量
Figure 975264DEST_PATH_IMAGE010
趋近于最大值。
在一些实施例中，步骤S300包括如下步骤，其流程示意图如图4所示：
步骤S310：设置平衡控制量的初始值为0；
步骤S320：根据预设调节量增大平衡控制量；
使平衡控制量从0开始，按照预设调节量进行增大变化。预设调节量可以为小于控制量阈值的任意值。
步骤S330：判断在中点电流的积分值是否达到最值；
在应用该方法平衡母线中点电压的过程中，在注入正的平衡控制量后，会引起一个电网周期内的中点电流的积分值小于0，即电荷流入母线中点以提高母线中点的电位。在注入负的平衡控制量后，会引起一个电网周期内的中点电流的积分制大于0，即电荷从母线中点流出以降低母线中点的电位。注入的平衡控制量的绝对值越大，母线中点的电位变化越大，即母线中点电压平衡能力越强。
而由上述可知，当
Figure 968628DEST_PATH_IMAGE040
时，一个电网周期内中点电流的积分值与
Figure 254116DEST_PATH_IMAGE010
无关，也即当平衡控制量处于该取值范围内时，中点电流的积分值将不会发生变化，此时再增大平衡控制量至平衡量阈值也对母线中点电压平衡能力没有影响。
因此，可将中点电流的积分值作为平衡控制量的判断依据，当中点电流的积分值到达最值时（若注入的平衡控制量为正值，中点电流的积分值的最值为最小值；若注入的平衡控制量为负值，中点电流的积分值的最值为最大值），执行步骤S340。若否，则继续执行步骤S330。
需要说明的是，在这个步骤中所获得的平衡控制量指的是平衡控制量的幅值，并没有正负之分，注入正平衡控制量或负平衡控制量需要根据实际情况选择：当母线中点电压过低时，则注入正平衡控制量以注入电荷至母线中点以提高母线中点电压；当母线中点电压过高时，则注入负平衡控制量以使母线中点流出电荷至以降低母线中点电压。
步骤S340:停止增大平衡控制量。
当增大平衡控制量对中点电流的积分值没有影响的时候，则停止增大平衡控制量。
步骤S400：输出平衡控制量。
区别于现有技术，本发明实施方式能够结合注入零序电压以平衡母线中点电压的技术方案，实现在电网电压动态变化的情况下，动态调节直流母线中点电压的平衡能力，使得在电网电压变化的情况下，正负直流电压平均值仍能保持均衡，减小正负母线电压波动。
基于上述的母线电压平衡能力的调节方法，本发明实施方式还提供了一种母线电压平衡能力的调节装置100，其结构示意图如图5所示，该装置100包括了调制比计算单元110、阈值计算单元120、调节单元130和输出单元140。
其中，调制比计算单元110用于根据电网电压和母线电压计算调制比；阈值计算单元120用于根据调制比计算平衡量阈值；调节单元130用于根据平衡量阈值对平衡控制量进行调节，输出单元140用于输出平衡控制量。
上述母线电压平衡能力的调节装置100可执行本发明实施例所提供的一种母线电压平衡能力的调节方法，具备执行方法相应的单元模块和有益效果。未在电子设备实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的一种母线电压平衡能力的调节方法。
将上述母线电压平衡能力的调节方法应用于图2所示的传统T型三电平逆变器，根据电网电压和母线电压计算得调制比为0.9，获取并网电流为50A，本发明实施例同样采用SVPWM调制，功率因素为1时，注入正平衡控制量
Figure 991128DEST_PATH_IMAGE010
后，获得图6所示的平衡控制量与中点电流的积分值的关系曲线图。
功率因数是指交流电路有功功率对视在功率的比值。用户电器设备在一定电压和功率下，该值越高效益越好，发电设备越能充分利用。在本发明实施例中，功率因素均为1。
已知m=0.9，由式（14）可计算获得
Figure 311251DEST_PATH_IMAGE041
。由图6可以看出，
Figure 209936DEST_PATH_IMAGE010
在0到
Figure 248300DEST_PATH_IMAGE042
的取值范围内，一个电网电压周期内中点电流的积分值与
Figure 523423DEST_PATH_IMAGE010
负相关。注入正平衡控制量会引起一个电网周期内中点电流的积分值小于0，即电荷流入母线中点，引起母线中点的电位升高，且平衡控制量越大，母线中点的电位升高越明显，即母线电压平衡能力越强。
将上述母线电压平衡能力的调节方法应用于图2所示的传统T型三电平逆变器，根据电网电压和母线电压计算得调制比为0.4，获取并网电流为50A，本发明实施例同样采用SVPWM调制，功率因素为1时，注入正平衡控制量
Figure 698053DEST_PATH_IMAGE010
后，获得图7所示的平衡控制量与中点电流的积分值的关系曲线图。
已知m=0.4，由式（14）可计算获得
Figure 33219DEST_PATH_IMAGE043
。由图7可以看出，
Figure 293299DEST_PATH_IMAGE010
在0到
Figure 372113DEST_PATH_IMAGE044
的取值范围内，一个电网电压周期内中点电流的积分值与
Figure 870091DEST_PATH_IMAGE010
负相关。注入正平衡控制量会引起一个电网周期内中点电流的积分值小于0，即电荷流入母线中点，引起母线中点的电位升高，且平衡控制量越大，母线中点的电位升高越明显，即母线电压平衡能力越强。而平衡控制量
Figure 172896DEST_PATH_IMAGE010
在
Figure 123535DEST_PATH_IMAGE045
到
Figure 802778DEST_PATH_IMAGE046
的取值范围内，一个电网电压周期内中点电流的积分值与
Figure 889682DEST_PATH_IMAGE010
无关，即使再增大平衡控制量，中点电流的积分值也不会发生变化。
以上的两个实施例均是注入正平衡控制量，同样得根据对称性可知注入负平衡控制量会引起母线中点电压下降。
本发明实施例还将上述母线电压平衡能力的调节方法与零序电压注入调节母线平衡的方法相结合，获得一种平衡直流母线电压的方法，该方法的流程示意图如图8所示，包括如下步骤：
步骤S500：确定平衡控制量；
通过上述的母线电压平衡能力的调节方法确定平衡控制量，具体过程如图3所示，详细步骤已在上述实施例进行阐述，因此在此处只做简要说明：由锁相环计算获得电网正序电压Ud，根据电网正序电压和母线电压通过式（13）计算调制比；根据调制比通过式（14）计算平衡量阈值；根据平衡量阈值对平衡控制量进行调节；输出平衡控制量。
步骤S600：根据电流控制计算获得三相差模输出电压；
根据电流控制计算得到a相差模输出电压Uaref、b相差模输出电压和c相差模输出电压Ucref。
需要说明的是，通过电流控制计算差模输出电压为现有技术，在此处不进行详细说明。
步骤S700：根据三相差模输出电压计算获得共模零序电压；
在一些实施例中，根据如下公式计算得到共模零序电压：
Figure 380967DEST_PATH_IMAGE047
， （15）
其中，
Figure 553323DEST_PATH_IMAGE007
是Uaref、Ubref、Ucref中的最大值，
Figure 36257DEST_PATH_IMAGE019
是Uaref、Ubref、Ucref中的最小值。
步骤S800：获得三相逆变输出电压。
对共模零序电压、三相差模输出电压和平衡控制量进行调制获得三相逆变输出电压，三相逆变输出电压用于平衡直流母线电压。三相逆变输出电压具体计算公式如下所示：
Figure 977668DEST_PATH_IMAGE048
，
其中，Ua为a相逆变输出电压，Ub为b相逆变输出电压，Uc为c相逆变输出电压，Uaref 为a相差模输出电压，Ubref 为b相差模输出电压，Ucref为c相差模输出电压，
Figure 887855DEST_PATH_IMAGE010
为平衡控制量。
图9是图1所示的传统的T型三电平逆变器的实施过程所获得的三相电网电压的波形图，具体实施为设定额定功率为50kW，正直流母线电容400uF，负直流母线电容400uF，采用SVPWM调制，使传统的T型三电平逆变器进行低电压穿越。
图10是图1所示的传统的T型三电平逆变器的实施过程所获得的电网电流的波形图，具体实施为设定额定功率为50kW，正直流母线电容400uF，负直流母线电容400uF，采用SVPWM调制，使传统的T型三电平逆变器进行低电压穿越。
在上述的实施过程中，将上述的平衡直流母线电压的方法应用于传统的T型三电平逆变器，控制量阈值为0.02，可获得正负直流母线电压波形图。如图11所示，可以看到，在电压穿越过程中，负直流母线电压的平均值大于正直流母线电压的平均值。
在上述实施例的基础上，将控制量阈值从0.02已知扩大到0.15时，可获得正负直流母线电压波形图。如图12所示，可以看到，正直流母线电压的平均值和负直流母线电压的平均值均能保持均衡，且正直流母线电压和负直流母线电压的波动与控制量阈值为0.02时所获得的图像相比更小。
需要说明的是，无论是上述的母线电压平衡能力的调节方法或平衡直流母线电压的方法，其不仅仅可应用于传统T型三电平逆变器，还可应用于I型三电平逆变器或者其他多电平三相逆变器。并且上述平衡直流母线电压的方法对调制策略并无具体要求，无论是SVPWM调制、三次谐波注入或DPWM调制均适用。
不难理解上述的母线电压平衡能力的调节方法或d也能应用于改进后的T型三电平逆变器，改进后的T型三电平逆变器的结构示意图如14所示。
需要说明的是，由于改进后的T型三电平逆变器将滤波电容的中点连接到直流母线中点，增加了共模回路，因此可以将电感电流分解为差模分量和共模分量：
Figure 547506DEST_PATH_IMAGE049
，（16）
同时
Figure 568552DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure 630049DEST_PATH_IMAGE051
为滤波电容的中点流向直流母线中点的电流。加入调节控制量
Figure 914400DEST_PATH_IMAGE010
后，改进后的T型三电平逆变器的中点电流为：
Figure 858085DEST_PATH_IMAGE052
，（17）
将式（17）化简可得：
Figure 620505DEST_PATH_IMAGE053
， （18）
以上述传统T型三电平逆变器类似，在不注入平衡控制量时，改进后的T型三电平逆变器的中点电流为：
Figure 598825DEST_PATH_IMAGE054
， （19）
中点调节电流
Figure 788498DEST_PATH_IMAGE055
，比较式（6）和式（18）可以发现，改进后的T型三电平逆变器多了一个共模电流调节自由度，依然可以采用上述的方案调节母线电压平衡能力或平衡直流母线中点。
区别于现有技术，本发明实施方式能够实现在电网电压动态变化的情况下，动态调节直流母线中点电压的平衡能力，使得在电网电压变化的情况下，正负直流电压平均值仍能保持均衡，减小正负母线电压波动。
基于上述平衡直流母线电压的方法，本发明实施例还提供了一种平衡直流母线电压系统，其结构示意图如图13所示，该系统包括：
用于获取三相交流电的相位的锁相环模块200、用于将三相交流电流变换获得旋转坐标系下的D轴电流和Q轴电流的电流变换模块300、用于根据所述D轴电流和所述Q轴电流获得差模电压的电流控制模块400、用于根据所述差模电压获取三相差模输出电压，并输出所述三相差模输出电压至PWM模块的电流逆变换模块500、用于根据所述三相差模输出电压获得共模零序电压，并输出所述共模零序电压至所述PWM模块的共模零序电压注入模块600、如上所述的母线电压平衡能力的调节装置100，用于输出平衡控制量至所述PWM模块；用于对所述共模零序电压、所述三相差模输出电压和所述平衡控制量进行调制获得三相逆变输出电压的PWM模块700。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种母线电压平衡能力的调节方法，应用于三相逆变器，其特征在于，包括：
根据电网电压和母线电压计算调制比；
根据所述调制比计算平衡量阈值；
根据所述平衡量阈值对平衡控制量进行调节；
输出所述平衡控制量;
所述根据所述平衡量阈值对平衡控制量进行调节，包括：
设置所述平衡控制量的初始值为0；
根据预设调节量增大所述平衡控制量，所述平衡控制量不大于所述平衡量阈值；
判断在一个电网周期内中点电流的积分值是否达到最值，所述最值包括最大值和最小值；
若是，则停止增大所述平衡控制量。
2.根据权利要求1所述的调节方法，其特征在于，所述电网电压为电网正序电压，所述调制比通过如下公式计算而得：
Figure 489368DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，m为所述调制比，Ud为电网正序电压，Udc为所述母线电压。
3.根据权利要求2所述的调节方法，其特征在于，所述母线电压根据如下公式计算而得：
Figure 23118DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，Up为正母线电压，Un为负母线电压。
4.根据权利要求3所述的调节方法，其特征在于，所述平衡量阈值根据如下公式计算而得：
Figure 280924DEST_PATH_IMAGE003
，
其中，
Figure 507506DEST_PATH_IMAGE004
为所述平衡量阈值。
5.一种母线电压平衡能力的调节装置，其特征在于，包括：
调制比计算单元，用于根据电网电压和母线电压计算调制比；
阈值计算单元，用于根据所述调制比计算平衡量阈值；
调节单元，用于根据所述平衡量阈值对平衡控制量进行调节，
所述根据所述平衡量阈值对平衡控制量进行调节，包括：
设置所述平衡控制量的初始值为0；
根据预设调节量增大所述平衡控制量，所述平衡控制量不大于所述平衡量阈值；
判断在一个电网周期内中点电流的积分值是否达到最值，所述最值包括最大值和最小值；
若是，则停止增大所述平衡控制量；
输出单元，用于输出所述平衡控制量。
6.一种平衡直流母线电压的方法，应用于三相逆变器，其特征在于，包括：
如权利要求1-4任一项所述的调节方法，确定平衡控制量；
根据电流控制获得三相差模输出电压；
根据所述三相差模输出电压获得共模零序电压；
对所述共模零序电压、所述三相差模输出电压和所述平衡控制量进行调制获得三相逆变输出电压，所述三相逆变输出电压用于平衡所述直流母线电压。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述共模零序电压通过下式计算而得：
Figure 483552DEST_PATH_IMAGE005
，
其中，
Figure 306146DEST_PATH_IMAGE006
为所述共模零序电压，
Figure 684037DEST_PATH_IMAGE007
是所述三相差模输出电压中的最大电压值，
Figure 815941DEST_PATH_IMAGE008
是所述三相差模输出电压中的最小电压值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述三相逆变输出电压通过下式计算而得：
Figure 76021DEST_PATH_IMAGE009
，
其中，Ua为a相逆变输出电压，Ub为b相逆变输出电压，Uc为c相逆变输出电压，Uaref为a相差模输出电压，Ubref为b相差模输出电压，Ucref为c相差模输出电压，
Figure 889257DEST_PATH_IMAGE010
为所述平衡控制量。
9.一种母线中点电压平衡系统，其特征在于，包括：
锁相环模块，用于获取三相交流电的相位；
电流变换模块，用于将三相交流电的电流变换获得旋转坐标系下的D轴电流和Q轴电流；
电流控制模块，用于根据所述D轴电流和所述Q轴电流获得差模电压；
电流逆变换模块，用于根据所述差模电压获取三相差模输出电压，并输出所述三相差模输出电压至PWM模块；
共模零序电压注入模块，用于根据所述三相差模输出电压获得共模零序电压，并输出所述共模零序电压至所述PWM模块；
如权利要求5所述的母线电压平衡能力的调节装置，用于输出平衡控制量至所述PWM模块；
PWM模块，用于对所述共模零序电压、所述三相差模输出电压和所述平衡控制量进行调制获得三相逆变输出电压。
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