CN115459568A - 准z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法及系统 - Google Patents

准z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115459568A
CN115459568A CN202211135853.7A CN202211135853A CN115459568A CN 115459568 A CN115459568 A CN 115459568A CN 202211135853 A CN202211135853 A CN 202211135853A CN 115459568 A CN115459568 A CN 115459568A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vector
small
voltage
duty ratio
sector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211135853.7A
Other languages
English (en)
Inventor
秦昌伟
李晓艳
褚志元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Jianzhu University
Original Assignee
Shandong Jianzhu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Jianzhu University filed Critical Shandong Jianzhu University
Priority to CN202211135853.7A priority Critical patent/CN115459568A/zh
Publication of CN115459568A publication Critical patent/CN115459568A/zh
Priority to PCT/CN2022/142870 priority patent/WO2024060457A1/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/123—Suppression of common mode voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4833—Capacitor voltage balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53873—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with digital control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明提供一种准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法及系统。该方法包括根据参考电压矢量所在扇区，选取两个大矢量和两个低共模电压幅值的小矢量构成基本电压矢量；根据选取的基本电压矢量，列写伏秒平衡方程，结合引入的小矢量占空比分配因子，以此计算各基本电压矢量占空比和小矢量占空比分配因子的初始值；设计中点电压平衡控制器，得到小矢量占空比分配因子修正值；利用小矢量占空比分配因子修正值和所述初始值，结合设置的中点电压平衡控制阈值，更新小矢量占空比分配因子，以此更新各基本电压矢量的占空比；在小矢量中注入直通状态，设计相应的开关序列，将开关序列转换为功率开关管的驱动信号，控制准Z源简化型三电平逆变器工作。

Description

准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法及系统
技术领域
本发明属于电力电子功率变换技术领域，具体涉及一种准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
准Z源三电平逆变器具有单级形式功率变换、输入电流连续、无源器件容量小、无需设置死区时间等优势，在太阳能光伏发电、储能系统、电机驱动等领域得到了广泛应用。准Z源中点箝位型(Neutral Point Clamped，NPC)和T型(T-Type)三电平逆变器是最为常用的两种准Z源三电平逆变器拓扑，但两者需采用数量较多的功率开关管，不可避免地增加了系统成本和体积。
为进一步减少功率开关管数量、降低系统体积和成本，可将准Z源网络与简化型三电平逆变器结合，构成准Z源简化型三电平逆变器，其包含十个功率开关管，数量较传统准Z源三电平逆变器拓扑进一步减少，且无需采用箝位二极管，同时保持多电平输出等优点，应用前景广阔。
发明人发现，用于准Z源简化型三电平逆变器的现有调制方法采用全部基本电压矢量合成参考电压矢量，遂使得系统输出共模电压(Common-Mode Voltage，CMV)幅值很高，进而引发共模电流、电磁干扰等诸多弊端，严重影响系统正常运行。因此，适用于准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法亟待研究。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法及系统，本发明能有效抑制准Z源简化型三电平逆变器系统的共模电压，同时实现系统的升压功能，并保证中点电压平衡。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供一种准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法。
准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法，包括：
根据参考电压矢量的幅值和相角，判断参考电压矢量所在扇区；
根据参考电压矢量所在扇区，选取两个大矢量和两个低共模电压幅值的小矢量构成基本电压矢量；
根据选取的基本电压矢量，列写伏秒平衡方程，结合引入的小矢量占空比分配因子，以此计算各基本电压矢量占空比和小矢量占空比分配因子的初始值；
设计中点电压平衡控制器，得到小矢量占空比分配因子修正值；
利用小矢量占空比分配因子修正值和所述初始值，结合设置的中点电压平衡控制阈值，更新小矢量占空比分配因子，以此更新各基本电压矢量的占空比；
在小矢量中注入直通状态，设计相应的开关序列，将开关序列转换为功率开关管的驱动信号，控制准Z源简化型三电平逆变器工作。
本发明的第二个方面提供一种准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制系统。
准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制系统，包括：
扇区判断模块，其被配置为：根据参考电压矢量的幅值和相角，判断参考电压矢量所在扇区；
基本电压矢量选取模块：根据参考电压矢量所在扇区，选取两个大矢量和两个低共模电压幅值的小矢量构成基本电压矢量；
基本电压矢量占空比和小矢量占空比分配因子计算模块，其被配置为：根据选取的基本电压矢量，列写伏秒平衡方程，结合引入的小矢量占空比分配因子，以此计算各基本电压矢量占空比和小矢量占空比分配因子的初始值；
中点电压平衡控制器模块，其被配置为：设计中点电压平衡控制器，得到小矢量占空比分配因子修正值；
小矢量占空比分配因子更新模块，其被配置为：利用小矢量占空比分配因子修正值和所述初始值，结合设置的中点电压平衡控制阈值，更新小矢量占空比分配因子，以此更新各基本电压矢量的占空比；
直通状态注入及开关序列设计模块，其被配置为：在小矢量中注入直通状态，设计相应的开关序列，将开关序列转换为功率开关管的驱动信号，控制准Z源简化型三电平逆变器工作。
本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一个方面所述的准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法中的步骤。
本发明的第四个方面提供一种计算机设备。
一种计算机设备，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计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一个方面所述的准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明可将准Z源简化型三电平逆变器系统的共模电压限制在±Vdc/6以内，较传统空间矢量调制方法降低1/2。
2、本发明在P型小矢量中注入下直通状态，在N型小矢量中注入上直通状态，以实现系统升压功能，且不影响系统正常输出交流电压。
3、本发明根据参考电压矢量所在的扇区和直流侧电容电压偏差值，更新小矢量分配因子，有效控制中点电压平衡，电容电压波动幅值很小。
4、当异常因素导致中点电压发生偏移时，本发明具备中点电压平衡恢复能力，从而提高了系统的运行可靠性。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为准Z源简化型三电平逆变器的电路拓扑图；
图2为本发明准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法的空间矢量图；
图3为本发明准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法的控制框图；
图4(a)和图4(b)为系统采用本发明方法、在非升压运行模式下的工作波形图，包括直流输入电压(Vin)、准Z源网络输出电压(Vdc)、线电压(vab)、共模电压(vcm)、三相输出电流(ia、ib、ic)、直流侧电容电压(VC1、VC2、VC3、VC4)。
图5(a)和图5(b)为系统采用传统空间矢量调制方法、在非升压运行模式下的工作波形图，包括直流输入电压(Vin)、准Z源网络输出电压(Vdc)、线电压(vab)、共模电压(vcm)、三相输出电流(ia、ib、ic)、直流侧电容电压(VC1、VC2、VC3、VC4)。
图6(a)和图6(b)为系统采用本发明方法、在升压运行模式下的工作波形图，包括直流输入电压(Vin)、准Z源网络输出电压(Vdc)、线电压(vab)、共模电压(vcm)、三相输出电流(ia、ib、ic)、直流侧电容电压(VC1、VC2、VC3、VC4)。
图7(a)和图7(b)为系统采用传统空间矢量调制方法、在升压运行模式下的工作波形图，包括直流输入电压(Vin)、准Z源网络输出电压(Vdc)、线电压(vab)、共模电压(vcm)、三相输出电流(ia、ib、ic)、直流侧电容电压(VC1、VC2、VC3、VC4)。
图8(a)和图8(b)为系统采用本发明方法、在非升压运行模式下、中点电压平衡控制由使能至取消时的工作波形图，包括直流输入电压(Vin)、准Z源网络输出电压(Vdc)、线电压(vab)、共模电压(vcm)、三相输出电流(ia、ib、ic)、直流侧电容电压(VC1、VC2、VC3、VC4)。
图9(a)和图9(b)为系统采用本发明方法、在升压运行模式下、中点电压平衡控制由使能至取消时的工作波形图，包括直流输入电压(Vin)、准Z源网络输出电压(Vdc)、线电压(vab)、共模电压(vcm)、三相输出电流(ia、ib、ic)、直流侧电容电压(VC1、VC2、VC3、VC4)。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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。
需要注意的是，附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的方法和系统的可能实现的体系架构、功能和操作。应当注意，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分可以包括一个或多个用于实现各个实施例中所规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为备选的实现中，方框中所标注的功能也可以按照不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，或者它们有时也可以按照相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。同样应当注意的是，流程图和/或框图中的每个方框、以及流程图和/或框图中的方框的组合，可以使用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以使用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
实施例一
本实施例提供了一种准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法。
准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法，包括：
根据参考电压矢量的幅值和相角，判断参考电压矢量所在扇区；
根据参考电压矢量所在扇区，选取两个大矢量和两个低共模电压幅值的小矢量构成基本电压矢量；
根据选取的基本电压矢量，列写伏秒平衡方程，结合引入的小矢量占空比分配因子，以此计算各基本电压矢量占空比和小矢量占空比分配因子的初始值；
设计中点电压平衡控制器，得到小矢量占空比分配因子修正值；
利用小矢量占空比分配因子修正值和所述初始值，结合设置的中点电压平衡控制阈值，更新小矢量占空比分配因子，以此更新各基本电压矢量的占空比；
在小矢量中注入直通状态，设计相应的开关序列，将开关序列转换为功率开关管的驱动信号，控制准Z源简化型三电平逆变器工作。
图1为准Z源简化型三电平逆变器的电路拓扑图，包括如下组成部分：直流电源、准Z源网络、简化型三电平逆变器和负载。其中，准Z源网络连接在直流电源和简化型三电平逆变器之间，用于实现升压功能；其输入电压为Vin，输出电压为Vdc。简化型三电平逆变器由10只功率开关管(S1,S2,…,S10)组成。采用脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)方式控制各功率开关管的开通及关断。可以理解的是，功率开关管为绝缘栅双极型晶体管(Insulate-Gate BipolarTransistor，IGBT)；功率开关管也可采用其他形式晶体管来实现。
在准Z源简化型三电平逆变器系统中，功率器件固有的高频开关特性产生共模电压(Common-Mode Voltage，CMV)，进而引发共模电流、电磁干扰等诸多弊端，严重影响系统正常运行。因此，共模电压抑制已成为亟待解决的关键问题。
共模电压定义为系统三相输出相电压的算术平均值，即
Figure BDA0003852028970000081
其中，vao、vbo和vco为准Z源简化型三电平逆变器的三相输出相电压。
准Z源简化型三电平逆变器的开关状态可分为两种：非直通(Non-Shoot-Through)状态和直通(Shoot-Through)状态。与普通简化型三电平逆变器相同，准Z源简化型三电平逆变器的非直通状态包括三种：[P]、[O]和[N]。选择准Z源网络的中性点(即图1中的点O1)作为参考点。当开关状态为[P]时，桥臂输出电压为+Vdc/2；当开关状态为[O]时，桥臂输出电压为0；当开关状态为[N]时，桥臂输出电压为-Vdc/2。准Z源简化型三电平逆变器的直通状态包括三种：上直通(Up-Shoot-Through,UST)状态(简记为[U])、下直通(Down-Shoot-Through,DST)状态(简记为[D])、全直通(Full-Shoot-Through,FST)状态(简记为[F])。
表1本发明方法选取的基本电压矢量及对应开关状态
Figure BDA0003852028970000091
图2为本发明准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法的空间矢量图。本发明方法选取的基本电压矢量、对应开关状态及开通的开关管见表1。可见：本发明方法选取低共模电压幅值的基本电压矢量(包括六个大矢量、六个低共模电压幅值的小矢量、一个低共模电压幅值的零矢量、六个直通矢量)。其中，选取的六个小矢量最多仅包含一个P状态或一个N状态，以抑制系统的共模电压。
图3为本发明准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法的控制框图。为实现共模电压抑制、中点电压平衡控制和升压等目标，设计控制策略，具体包括如下步骤：
1.参考电压矢量所在扇区判断
根据参考电压矢量的幅值和相角，判断其所在扇区(Sector)。
2.基本电压矢量选取及小矢量占空比分配因子计算
不失一般性，以扇区1为例，说明基本电压矢量选取及占空比计算方法。当参考电压矢量位于扇区1时，选取大矢量VL1[PNN]、大矢量VL2[PPN]、小矢量VS1[POO]和小矢量VS2[OON]合成参考电压矢量。根据伏秒平衡原理可得：
Figure BDA0003852028970000101
其中，dL1、dL2、dS1和dS2分别表示大矢量[PNN]、大矢量[PPN]、小矢量[POO]和小矢量[OON]的占空比，Vref为参考电压矢量。
因采用四个基本电压矢量合成参考电压矢量，设计间接计算方法求解基本电压矢量占空比。大矢量VL1[PNN]、大矢量VL2[PPN]、小矢量VS1[POO]和小矢量VS2[OON]的表达式分别为
Figure BDA0003852028970000102
将各基本电压矢量的表达式代入伏秒平衡方程并化简，可得两个小矢量的占空比之和满足：
Figure BDA0003852028970000111
其中，m和θ分别为调制度和参考电压矢量的相角。
引入小矢量占空比分配因子
Figure BDA0003852028970000112
将dS1和dS2分别表示为：
Figure BDA0003852028970000113
为保证系统的正常升压功能，需对小矢量占空比分配因子
Figure BDA0003852028970000114
作限幅处理，即：
Figure BDA0003852028970000115
其中，dST为直通占空比。
求解上述不等式组，可得小矢量占空比分配因子
Figure BDA0003852028970000116
需满足
Figure BDA0003852028970000117
利用上述小矢量占空比分配因子，两个大矢量的占空比可表示为
Figure BDA0003852028970000121
因各基本电压矢量的占空比需大于0、且小于1，可得小矢量占空比分配因子
Figure BDA0003852028970000126
的取值范围如下：
Figure BDA0003852028970000122
综合考虑小矢量占空比分配因子
Figure BDA0003852028970000127
的限幅情况，可得其最小值和最大值分别为
Figure BDA0003852028970000123
Figure BDA0003852028970000124
由不等式放缩原理，不难得到
Figure BDA0003852028970000125
取小矢量占空比分配因子
Figure BDA0003852028970000128
的初始值
Figure BDA0003852028970000129
为最大值
Figure BDA00038520289700001210
和最小值
Figure BDA00038520289700001211
的算术平均值，即
Figure BDA0003852028970000131
当参考电压矢量位于除扇区1之外的其它扇区时，利用不同扇区之间的相角映射关系及空间矢量图的对称性，不难得到相应基本电压矢量的占空比和小矢量占空比分配因子的值，不再赘述。
3.中点电压平衡控制器设计
采样准Z源网络中电容C2和C3两端的电压，计算两电容电压的偏差，并送入PI调节器，其输出量取绝对值运算得到小矢量占空比分配因子修正值ynp，即
Figure BDA0003852028970000132
其中，VC2和VC3分别为电容C2和C3两端的电压，kp,np和ki,np为PI调节器的参数。
4.小矢量占空比分配因子更新
根据系统中点电压平衡控制要求，设置中点电压平衡控制阈值ΔVnp_th。根据参考电压矢量所在的扇区和电容C2、C3的电压偏差，利用小矢量占空比分配因子修正值，更新小矢量占空比分配因子，具体规则如下：
(1)当-ΔVnp_th<VC2-VC3<ΔVnp_th时，小矢量占空比分配因子保持为其初始值不变，即
Figure BDA0003852028970000133
(2)当参考电压矢量位于扇区1、扇区3或扇区5，且VC2-VC3>ΔVnp_th时，将小矢量占空比分配因子更新为
Figure BDA0003852028970000134
(3)当参考电压矢量位于扇区1、扇区3或扇区5，且VC2-VC3<-ΔVnp_th时，将小矢量占空比分配因子更新为
Figure BDA0003852028970000141
(4)当参考电压矢量位于扇区2、扇区4或扇区6，且VC2-VC3>ΔVnp_th时，将小矢量占空比分配因子更新为
Figure BDA0003852028970000142
(5)当参考电压矢量位于扇区2、扇区4或扇区6，且VC2-VC3<-ΔVnp_th时，将小矢量占空比分配因子更新为
Figure BDA0003852028970000143
根据式(10)和式(11)给出的限制条件，对更新后的小矢量占空比分配因子作进一步限幅处理，进一步可得各基本电压矢量的占空比。
5.直通状态注入及开关序列设计
考虑输出谐波含量低、开关损耗低等因素，设计开关序列。在P型小矢量中注入下直通状态，在N型小矢量中注入上直通状态，实现升压功能，且不影响系统正常输出交流电压。
当参考电压矢量位于扇区1时，开关序列设计为：
PNN-UUN-OON-PPN-PDD-POO-PDD-PPN-OON-UUN-PNN；
当参考电压矢量位于扇区2时，开关序列设计为：
PPN-DPD-OPO-NPN-UUN-OON-UUN-NPN-OPO-DPD-PPN；
当参考电压矢量位于扇区3时，开关序列设计为：
NPN-NUU-NOO-NPP-DPD-OPO-DPD-NPP-NOO-NUU-NPN；
当参考电压矢量位于扇区4时，开关序列设计为：
NPP-DDP-OOP-NNP-NUU-NOO-NUU-NNP-OOP-DDP-NPP；
当参考电压矢量位于扇区5时，开关序列设计为：
NNP-UNU-ONO-PNP-DDP-OOP-DDP-PNP-ONO-UNU-NNP；
当参考电压矢量位于扇区6时，开关序列设计为：
PNP-PDD-POO-PNN-UNU-ONO-UNU-PNN-POO-PDD-PNP。
将开关序列转换为功率开关管的驱动信号，进而控制准Z源简化型三电平逆变器系统工作。
图4(a)和图4(b)为系统采用本发明方法、在非升压运行模式下的工作波形图，包括直流输入电压(Vin)、准Z源网络输出电压(Vdc)、线电压(vab)、共模电压(vcm)、三相输出电流(ia、ib、ic)、直流侧电容电压(VC1、VC2、VC3、VC4)。此时，直流输入电压设置为400V，调制度和直通占空比分别设置为0.8和0。可以看出：准Z源网络输出电压与直流输入电压基本相等，线电压为五电平波形，输出电流为三相对称正弦波形；共模电压幅值仅为准Z源网络输出电压幅值的1/6，即67V；电容C2和C3两端的电压相等，即本发明方法能有效控制中点电压平衡。
图5(a)和图5(b)为系统采用传统空间矢量调制方法、在非升压运行模式下的工作波形图，包括直流输入电压(Vin)、准Z源网络输出电压(Vdc)、线电压(vab)、共模电压(vcm)、三相输出电流(ia、ib、ic)、直流侧电容电压(VC1、VC2、VC3、VC4)。此时，直流输入电压设置为400V，调制度和直通占空比分别设置为0.8和0。系统共模电压幅值等于准Z源网络输出电压幅值的1/3，即133V。对比图4(a)和图5(a)可以看出：与传统空间矢量调制方法相比，本发明方法可将准Z源简化型三电平逆变器系统的共模电压幅值降低1/2，优势明显。
图6(a)和图6(b)为系统采用本发明方法、在升压运行模式下的工作波形图，包括直流输入电压(Vin)、准Z源网络输出电压(Vdc)、线电压(vab)、共模电压(vcm)、三相输出电流(ia、ib、ic)、直流侧电容电压(VC1、VC2、VC3、VC4)。此时，直流输入电压设置为320V，调制度和直通占空比分别设置为0.8和0.1。显而易见，准Z源网络输出电压幅值为400V，高于直流输入电压，验证了本发明方法可实现系统正常升压功能；共模电压幅值仅为准Z源网络输出电压幅值的1/6，即67V；电容C2和C3两端的电压相等，且波动很小，即本发明方法能有效控制中点电压平衡。
图7(a)和图7(b)为系统采用传统空间矢量调制方法、在升压运行模式下的工作波形图，包括直流输入电压(Vin)、准Z源网络输出电压(Vdc)、线电压(vab)、共模电压(vcm)、三相输出电流(ia、ib、ic)、直流侧电容电压(VC1、VC2、VC3、VC4)。此时，直流输入电压设置为320V，调制度和直通占空比分别设置为0.8和0.1。显然，当采用传统空间矢量调制方法时，系统共模电压幅值高达准Z源网络输出电压幅值的1/3，即133V，为采用本发明方法时共模电压幅值的2倍。
图8(a)和图8(b)为系统采用本发明方法、在非升压运行模式下、中点电压平衡控制由使能至取消时的工作波形图，包括直流输入电压(Vin)、准Z源网络输出电压(Vdc)、线电压(vab)、共模电压(vcm)、三相输出电流(ia、ib、ic)、直流侧电容电压(VC1、VC2、VC3、VC4)。此时，直流输入电压设置为400V，调制度和直通占空比分别设置为0.8和0。为验证本发明方法的中点电压平衡控制功能，在电容C2、C3两端分别并联阻值为10kΩ、1kΩ的电阻。在仿真时间0.6s之前，使能中点平衡控制功能，可以看出：虽然电容C2、C3两端分别并联有阻值不同的电阻，但两个电容两端的电压仍能保持相等。在仿真时间0.6s之后，取消中点平衡控制功能，两个电容两端的电压发生了偏移，无法保持中点电压平衡状态，从而说明本发明方法具备中点电压平衡主动控制能力。同时，中点电压平衡控制功能不影响共模电压抑制功能。
图9(a)和图9(b)为系统采用本发明方法、在升压运行模式下、中点电压平衡控制由使能至取消时的工作波形图，包括直流输入电压(Vin)、准Z源网络输出电压(Vdc)、线电压(vab)、共模电压(vcm)、三相输出电流(ia、ib、ic)、直流侧电容电压(VC1、VC2、VC3、VC4)。此时，直流输入电压设置为320V，调制度和直通占空比分别设置为0.8和0.1。为验证本发明方法的中点电压平衡控制功能，在电容C2、C3两端分别并联阻值为10kΩ、1kΩ的电阻。显而易见，当取消中点平衡控制功能后，电容C2、C3两端的电压不再相等，从而验证了本发明方法中点电压平衡控制功能的有效性。
实施例二
本实施例提供了一种准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制系统。
准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制系统，包括：
扇区判断模块，其被配置为：根据参考电压矢量的幅值和相角，判断参考电压矢量所在扇区；
基本电压矢量选取模块：根据参考电压矢量所在扇区，选取两个大矢量和两个低共模电压幅值的小矢量构成基本电压矢量；
基本电压矢量占空比和小矢量占空比分配因子计算模块，其被配置为：根据选取的基本电压矢量，列写伏秒平衡方程，结合引入的小矢量占空比分配因子，以此计算各基本电压矢量占空比和小矢量占空比分配因子的初始值；
中点电压平衡控制器模块，其被配置为：设计中点电压平衡控制器，得到小矢量占空比分配因子修正值；
小矢量占空比分配因子更新模块，其被配置为：利用小矢量占空比分配因子修正值和所述初始值，结合设置的中点电压平衡控制阈值，更新小矢量占空比分配因子，以此更新各基本电压矢量的占空比；
直通状态注入及开关序列设计模块，其被配置为：在小矢量中注入直通状态，设计相应的开关序列，将开关序列转换为功率开关管的驱动信号，控制准Z源简化型三电平逆变器工作。
此处需要说明的是，上述扇区判断模块、基本电压矢量选取模块、基本电压矢量占空比和小矢量占空比分配因子计算模块、中点电压平衡控制器模块、小矢量占空比分配因子更新模块和直通状态注入及开关序列设计模块与实施例一中的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
实施例三
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例一所述的准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法中的步骤。
实施例四
本实施例提供了一种计算机设备，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计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例一所述的准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明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和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法，其特征在于，包括：
根据参考电压矢量的幅值和相角，判断参考电压矢量所在扇区；
根据参考电压矢量所在扇区，选取两个大矢量和两个低共模电压幅值的小矢量构成基本电压矢量；
根据选取的基本电压矢量，列写伏秒平衡方程，结合引入的小矢量占空比分配因子，以此计算各基本电压矢量占空比和小矢量占空比分配因子的初始值；
设计中点电压平衡控制器，得到小矢量占空比分配因子修正值；
利用小矢量占空比分配因子修正值和所述初始值，结合设置的中点电压平衡控制阈值，更新小矢量占空比分配因子，以此更新各基本电压矢量的占空比；
在小矢量中注入直通状态，设计相应的开关序列，将开关序列转换为功率开关管的驱动信号，控制准Z源简化型三电平逆变器工作。
2.根据权利要求1所述的准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法，其特征在于，选取低共模电压幅值的基本电压矢量，包括：六个大矢量、六个低共模电压幅值的小矢量、一个低共模电压幅值的零矢量、六个直通矢量。
3.根据权利要求1所述的准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法，其特征在于，所述计算各基本电压矢量占空比具体包括：
将两个大矢量的表达式、两个小矢量的表达式和参考电压矢量的相角，代入伏秒平衡方程，得到两个小矢量的占空比之和，引入小矢量占空比分配因子，得到两个小矢量的占空比；
根据小矢量占空比分配因子，得到两个大矢量的占空比；
由此得到各基本电压矢量的占空比。
4.根据权利要求1所述的准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法，其特征在于，所述小矢量占空比分配因子的初始值计算的过程包括：
根据调制度、参考电压矢量的相角和直通占空比，计算小矢量占空比分配因子的最小值和最大值；当参考电压矢量位于扇区1时，小矢量占空比分配因子的最小值和最大值分别为
Figure FDA0003852028960000021
Figure FDA0003852028960000022
其中，m、θ和dST分别为调制度、参考电压矢量的相角和直通占空比；
根据小矢量占空比分配因子的最大值和最小值的算术平均值，得到小矢量占空比分配因子的初始值。
5.根据权利要求1所述的准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法，其特征在于，所述设计中点电压平衡控制器，得到小矢量占空比分配因子修正值具体包括：
根据采样准Z源网络中电容C2和C3两端的电压，计算两电容电压的偏差，并送入PI调节器，其输出量取绝对值运算得到小矢量占空比分配因子修正值ynp，即
Figure FDA0003852028960000031
其中，VC2和VC3分别为电容C2和C3两端的电压，kp,np和ki,np为PI调节器的参数。
6.根据权利要求1所述的准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法，其特征在于，所述更新小矢量占空比分配因子的过程包括：根据系统中点电压平衡控制要求，设置中点电压平衡控制阈值ΔVnp_th；根据参考电压矢量所在的扇区和电容C2、C3的电压偏差，利用小矢量占空比分配因子修正值，更新小矢量占空比分配因子；
当-ΔVnp_th<VC2-VC3<ΔVnp_th时，小矢量占空比分配因子保持为其初始值不变，即
Figure FDA0003852028960000032
当参考电压矢量位于扇区1、扇区3或扇区5，且VC2-VC3>ΔVnp_th时，将小矢量占空比分配因子更新为
Figure FDA0003852028960000033
当参考电压矢量位于扇区1、扇区3或扇区5，且VC2-VC3<-ΔVnp_th时，将小矢量占空比分配因子更新为
Figure FDA0003852028960000034
当参考电压矢量位于扇区2、扇区4或扇区6，且VC2-VC3>ΔVnp_th时，将小矢量占空比分配因子更新为
Figure FDA0003852028960000035
当参考电压矢量位于扇区2、扇区4或扇区6，且VC2-VC3<-ΔVnp_th时，将小矢量占空比分配因子更新为
Figure FDA0003852028960000041
7.根据权利要求1所述的准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法，其特征在于，所述在小矢量中注入直通状态，设计相应的开关序列具体包括：在P型小矢量中注入下直通状态，在N型小矢量中注入上直通状态；
当参考电压矢量位于扇区1时，开关序列设计为：
PNN-UUN-OON-PPN-PDD-POO-PDD-PPN-OON-UUN-PNN；
当参考电压矢量位于扇区2时，开关序列设计为：
PPN-DPD-OPO-NPN-UUN-OON-UUN-NPN-OPO-DPD-PPN；
当参考电压矢量位于扇区3时，开关序列设计为：
NPN-NUU-NOO-NPP-DPD-OPO-DPD-NPP-NOO-NUU-NPN；
当参考电压矢量位于扇区4时，开关序列设计为：
NPP-DDP-OOP-NNP-NUU-NOO-NUU-NNP-OOP-DDP-NPP；
当参考电压矢量位于扇区5时，开关序列设计为：
NNP-UNU-ONO-PNP-DDP-OOP-DDP-PNP-ONO-UNU-NNP；
当参考电压矢量位于扇区6时，开关序列设计为：
PNP-PDD-POO-PNN-UNU-ONO-UNU-PNN-POO-PDD-PNP。
8.准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制系统，其特征在于，包括：
扇区判断模块，其被配置为：根据参考电压矢量的幅值和相角，判断参考电压矢量所在扇区；
基本电压矢量选取模块：根据参考电压矢量所在扇区，选取两个大矢量和两个低共模电压幅值的小矢量构成基本电压矢量；
基本电压矢量占空比和小矢量占空比分配因子计算模块，其被配置为：根据选取的基本电压矢量，列写伏秒平衡方程，结合引入的小矢量占空比分配因子，以此计算各基本电压矢量占空比和小矢量占空比分配因子的初始值；
中点电压平衡控制器模块，其被配置为：设计中点电压平衡控制器，得到小矢量占空比分配因子修正值；
小矢量占空比分配因子更新模块，其被配置为：利用小矢量占空比分配因子修正值和所述初始值，结合设置的中点电压平衡控制阈值，更新小矢量占空比分配因子，以此更新各基本电压矢量的占空比；
直通状态注入及开关序列设计模块，其被配置为：在小矢量中注入直通状态，设计相应的开关序列，将开关序列转换为功率开关管的驱动信号，控制准Z源简化型三电平逆变器工作。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法中的步骤。
10.一种计算机设备，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计算机程序，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中任一项所述的准Z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法中的步骤。
CN202211135853.7A 2022-09-19 2022-09-19 准z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法及系统 Pending CN115459568A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211135853.7A CN115459568A (zh) 2022-09-19 2022-09-19 准z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法及系统
PCT/CN2022/142870 WO2024060457A1 (zh) 2022-09-19 2022-12-28 准z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211135853.7A CN115459568A (zh) 2022-09-19 2022-09-19 准z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法及系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115459568A true CN115459568A (zh) 2022-12-09

Family

ID=84304965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211135853.7A Pending CN115459568A (zh) 2022-09-19 2022-09-19 准z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法及系统

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN115459568A (zh)
WO (1) WO2024060457A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024060457A1 (zh) * 2022-09-19 2024-03-28 山东建筑大学 准z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法及系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109217701B (zh) * 2018-10-22 2020-01-07 山东大学 三电平整流器共模电压抑制pwm方法、调制器及系统
CN113783453B (zh) * 2021-09-29 2023-07-07 山东建筑大学 一种低成本高增益三电平逆变器及其空间矢量调制方法
CN115459568A (zh) * 2022-09-19 2022-12-09 山东建筑大学 准z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法及系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024060457A1 (zh) * 2022-09-19 2024-03-28 山东建筑大学 准z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024060457A1 (zh) 2024-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111900891B (zh) 一种具有中点平衡功能的三电平逆变器dpwm调制方法
JP6289675B2 (ja) 電力変換装置
CN109217701B (zh) 三电平整流器共模电压抑制pwm方法、调制器及系统
CN113783453B (zh) 一种低成本高增益三电平逆变器及其空间矢量调制方法
CN103227582A (zh) 一种用于六相变频电源的空间矢量脉宽调制方法
CN115459568A (zh) 准z源简化型三电平逆变器的共模电压抑制方法及系统
CN107834885A (zh) 抑制三电平npc型逆变器中点电位震荡的载波调制方法
WO2016075519A1 (ja) 電力変換装置
CN115459621A (zh) 非对称型准z源三电平逆变器的空间矢量调制方法及系统
CN109687748B (zh) 中点箝位五电平变换器的调制与电容电压平衡控制方法
CN109039124B (zh) 基于移相空间矢量调制的mmc电容电压均衡控制方法
CN111245271B (zh) 一种h桥五电平有源中点钳位逆变器及死区效应抑制方法
Zhang et al. Research on a discontinuous three-dimensional space vector modulation strategy for the three-phase four-leg inverter
CN114884383A (zh) 一种简化型三电平逆变器的广义虚拟矢量调制方法及系统
Salari et al. A novel nine-level boost inverter with reduced structure and simple DC link capacitor control
CN110768557B (zh) 一种h桥五电平有源中点钳位型逆变器及其调制策略
Salehahari et al. A new structure of multilevel inverters based on coupled inductors to increase the output current
CN109004814B (zh) 一种用于mmc的子模块电容电压均衡控制系统
Zhong et al. A hybrid discontinuous PWM algorithm of balancing neutral point voltage for 3L‐NPC inverter
CN106712564B (zh) 广义三电平svpwm调制算法
Xu et al. Two variations of five-level hybrid-clamped converters and their voltage balancing control using three degrees of freedom
Lorenz et al. Active current and energy control for the quasi-three-level operation mode of an extended modular multilevel converter topology
Khergade et al. Improved Capacitor Voltage Balancing Strategy for Transistor Clamped H-bridge Multi-level Inverter
KR20120079754A (ko) 멀티레벨 인버터
CN113162450B (zh) 一种基于共模电压注入的五电平逆变器调制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination