CN117220532A - 一种三电平逆变器、控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种三电平逆变器、控制方法及系统，涉及电子电力技术领域。其中，该三电平逆变器包括：第一母线电容、第二母线电容、功率变换电路和控制器。第一母线电容的第一端连接正直流母线和功率变换电路的第一输入端，第一母线电容的第二端通过第二母线电容连接负直流母线和功率变换电路的第二输入端，第一母线电容的第二端还连接功率变换电路的第三输入端；功率变换电路用于将直流电转换为三相交流电后输出；控制器用于利用正、负直流母线电压的绝对值的差值，以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，均衡指令用于使三电平逆变器产生均衡正、负直流母线电压的电流信号。该三电平逆变器正、负直流母线的电压能够实现均衡。
Description
本申请是分案申请，原申请的申请号是202080024643.3，原申请日是2020年9月8日，原申请的全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种三电平逆变器、控制方法及系统。
背景技术
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能转变为电能的一种技术，一直以来得到快速发展。光伏逆变器作为光伏发电系统中的核心部件，用于将光伏组件产生的直流电转换为交流电。
三电平逆变器作为光伏逆变器的一种，其桥臂电压为三电平，较两电平逆变器多，因其可有效降低如滤波电感等无源器件的体积而被广泛应用。但是，三电平逆变器由于存在母线中点，而母线中点电位的平衡涉及到逆变器功率器件的耐压、并网电流的谐波等诸多指标，因此三电平逆变器的中点电位的均衡控制至关重要。
光伏发电系统应用于并网场景时，光伏发电系统与电网连接，而电网中会存在较大的电压背景谐波的扰动，电压背景的谐波会造成并网电流含有同频次的电流谐波，进而导致正、负直流母线的电压不均衡，使得直流母线中点的点位产生偏移，威胁逆变器的正常运行。
发明内容
为了解决以上技术问题，本申请提供了一种三电平逆变器、控制方法及系统，该三电平逆变器正、负直流母线的电压能够实现均衡。
第一方面，本申请提供了一种三电平逆变器，该三电平逆变器包括第一母线电容、第二母线电容、功率变换电路和控制器。其中，第一母线电容的第一端连接正直流母线和功率变换电路的第一输入端，第一母线电容的第二端通过第二母线电容连接负直流母线和功率变换电路的第二输入端，第一母线电容的第二端还连接功率变换电路的第三输入端；功率变换电路用于将直流电转换为三相交流电后输出；控制器用于利用正、负直流母线电压的绝对值的差值，以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，均衡指令用于使三电平逆变器产生均衡正、负直流母线电压的电流信号。
本申请提供的技术方案充分考虑到了并网电流中的偶次谐波电流对于三电平逆变器的母线中点电位的影响。该三电平逆变器的控制器利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，表征当前的母线中点电位的偏离情况，并且结合并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，利用该电流均衡指令调节并网电流。即根据该电流均衡指令产生的电流信号与并网电流中的偶次谐波电流叠加后能够削弱该偶次谐波电流，因此该三电平逆变器的正、负母线电压能够实现均衡，此外同时还抑制了并网电流的谐波，提升了三电平逆变器对电网的适应能力，使得该三电平逆变器兼顾了在恶劣电网环境下的母线均衡控制与并网电流谐波抑制。
结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，控制器利用差值确定谐波幅值系数，再确定并网电流中的偶次谐波电流的型次，以及各型次的偶次谐波电流对应的权重系数，权重系数与偶次谐波对并网电流的影响程度正相关，然后利用谐波幅值系数、各偶次谐波电流对应的型次与权重系数，确定均衡指令。
该均衡指令结合了各偶次谐波电流对应的型次与权重系数，能够抑制偶次谐波电流。
结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，控制器具体用于获取各偶次谐波电流对应的均衡指令分量，均衡指令分量为所述幅值系数、偶次谐波电流的权重系数与型次的乘积；将各偶次谐波电流对应的均衡指令分量进行叠加以获得均衡指令。
结合第一方面，在第三种可能的实现方式中，控制器具体用于将均衡指令与并网电流叠加获取并网电流指令；利用并网电流指令获取第一均衡电压指令；利用第一均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，即将获取的第一均衡电压指令与三电平逆变器原有的控制信号进行叠加以产生用于驱动三电平逆变器的驱动信号，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。
结合第一方面，在第四种可能的实现方式中，控制器将均衡指令与并网电流叠加获取并网电流指令；利用并网电流指令获取第一均衡电压指令；利用差值获取第二均衡电压指令；利用第一均衡电压指令和第二均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低所述偶次谐波电流的电流信号。
其中，第二均衡电压指令为三电平逆变器的共模电压量。将第一均衡电压指令以及第二均衡电压指令进行叠加，生成均衡电压复合控制指令，并将获取的与三电平逆变器原有的控制信号进行叠加以产生用于驱动三电平逆变器的驱动信号。
结合第一方面，在第五种可能的实现方式中，各偶次谐波电流对应的权重系数的比值为各偶次谐波电流的幅值的比值。即权重系数与幅值成正相关，幅值越高，表明对应的偶次谐波电流越大，对于并网电流的影响程度也越大。
结合第一方面，在第六种可能的实现方式中，控制器当并网电流中的偶次谐波电流小于预设电流阈值，和/或当差值小于预设电压阈值时，利用差值获取所述均衡指令。
当并网电流中的偶次谐波电流小于预设电流阈值时，表征此时偶次谐波电流对母线中点的电位影响程度较小，可以忽略不计；当正、负直流母线电压的绝对值的差值小于预设电压阈值时，表征此时母线中点的电位受偶次谐波电流的影响程度较小。因此当满足以上两个条件中的至少一项时，表征此时电网的条件较优，并网电流中的偶次谐波电流的影响较小。因此可以利用该差值获取均衡指令，此时该均衡指令为三相共模电压母线均衡控制量
结合第一方面，在第七种可能的实现方式中，控制器具体用于利用均衡指令调节三电平逆变器的驱动指令。
结合第一方面，在第八种可能的实现方式中，电流信号与偶次谐波电流的相位相反，进而在均衡母线电位的同时，尽量减小并网电流中的偶次谐波电流。
第二方面，本申请还提供了一种逆变器的控制方法，该方法包括：利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，均衡指令用于使三电平逆变器产生均衡正、负直流母线电压的电流信号；利用均衡指令调节并网电流。
该方法利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，表征当前的母线中点电位的偏离情况，并且结合并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，利用该电流均衡指令调节并网电流，进而使得并网电流中产生用于降低该偶次谐波电流的电流信号。即根据该电流均衡指令产生的电流信号与并网电流中的偶次谐波电流叠加后能够削弱该偶次谐波电流，因此保障了三电平逆变器的正、负母线电压的均衡。此外，由于该方法抑制了并网电流的谐波，因此还提升了三电平逆变器对电网的适应能力，降低了三电平逆变器在电网环境恶劣时因为母线电位不均衡而引发保护关机的概率，
结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，具体包括：利用差值确定谐波幅值系数；确定并网电流中的偶次谐波电流的型次，以及各型次的偶次谐波电流对应的权重系数，权重系数与所述偶次谐波对并网电流的影响程度正相关；利用谐波幅值系数、各偶次谐波电流对应的型次与权重系数确定均衡指令。
结合第二方面，在第二种可能的实现方式中，利用谐波幅值系数、各偶次谐波电流对应的型次与权重系数，确定均衡指令，具体包括：获取各偶次谐波电流对应的均衡指令分量，均衡指令分量为幅值系数、偶次谐波电流的权重系数与型次的乘积；将各偶次谐波电流对应的均衡指令分量进行叠加以获得所述均衡指令。
结合第二方面，在第三种可能的实现方式中，利用均衡指令调节并网电流，具体包括：将均衡指令与并网电流叠加获取并网电流指令；利用并网电流指令获取第一均衡电压指令；利用第一均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。
结合第二方面，在第四种可能的实现方式中，利用均衡指令调节并网电流，具体包括：将均衡指令与并网电流叠加获取并网电流指令；利用并网电流指令获取第一均衡电压指令；利用差值获取第二均衡电压指令，第二均衡电压指令为三电平逆变器的共模电压量；利用第一均衡电压指令和第二均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。
结合第二方面，在第五种可能的实现方式中，各偶次谐波电流对应的权重系数的比值为各所述偶次谐波电流的幅值的比值。
结合第二方面，在第六种可能的实现方式中，利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，具体包括：当并网电流中的偶次谐波电流小于预设电流阈值，和/或当差值小于预设电压阈值时，利用差值获取均衡指令。
结合第二方面，在第七种可能的实现方式中，利用均衡指令调节并网电流，具体包括：利用均衡指令调节三电平逆变器的驱动指令。
结合第二方面，在第八种可能的实现方式中，电流信号与偶次谐波电流的相位相反。
第三方面，本申请还提供了一种逆变器的控制装置，该装置包括：确定单元和调节单元。确定单元用于利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，均衡指令用于使所述三电平逆变器产生均衡正、负直流母线电压的电流信号。调节单元用于利用均衡指令调节并网电流。
结合第三方面，在第一种可能的实现方式中，确定单元具体包括：第一系数确定子单元、第二系数确定子单元和第一指令确定子单元。第一系数确定子单元用于利用差值确定谐波幅值系数。第二系数确定子单元用于确定并网电流中的偶次谐波电流的型次，以及各型次的偶次谐波电流对应的权重系数，权重系数与偶次谐波对并网电流的影响程度正相关。第一指令确定子单元用于利用所述谐波幅值系数、各偶次谐波电流对应的型次与权重系数，确定均衡指令。
结合第三方面，在第二种可能的实现方式中，第一指令确定子单元具体用于：获取各偶次谐波电流对应的均衡指令分量，均衡指令分量为所述幅值系数、偶次谐波电流的权重系数与型次的乘积；将各偶次谐波电流对应的均衡指令分量进行叠加以获得均衡指令。
结合第三方面，在第三种可能的实现方式中，调节单元具体用于：将均衡指令与并网电流叠加获取并网电流指令；利用并网电流指令获取第一均衡电压指令；利用第一均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。
结合第三方面，在第四种可能的实现方式中，调节单元具体用于：将均衡指令与并网电流叠加获取并网电流指令；利用并网电流指令获取第一均衡电压指令；利用差值获取第二均衡电压指令；利用第一均衡电压指令和第二均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。
结合第三方面，在第五种可能的实现方式中，各偶次谐波电流对应的权重系数的比值为各偶次谐波电流的幅值的比值。
结合第三方面，在第六种可能的实现方式中，确定单元具体用于当并网电流中的偶次谐波电流小于预设电流阈值，和/或当差值小于预设电压阈值时，利用差值获取均衡指令。
结合第三方面，在第七种可能的实现方式中，调节单元具体同于：利用均衡指令调节所述三电平逆变器的驱动指令。
结合第三方面，在第八种可能的实现方式中，电流信号与偶次谐波电流的相位相反。
第四方面，本申请还提供了一种光伏发电系统，该光伏发电系统包括以上任意实现方式中提供的三电平逆变器，还包括光伏单元。光伏单元包括多个光伏组件，光伏单元的输出端连接三电平逆变器的输入端。光伏单元用于将光能转换为直流电后传输至三电平逆变器。
第五方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，存储介质上存储有计算程序，所述计算机程序执行时实现以上任意实现方式提供的控制方法。
附图说明
图1为光伏系统的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种三电平逆变器的控制方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的另一种三电平逆变器的控制方法的流程图；
图4为本申请实施例提供的一种控制框图；
图5为本申请实施例提供的一种均衡指令的确定方法的流程图；
图6为本申请实施例提供的未采用本申请的控制方法时的波形图；
图7为本申请实施例提供的采用本申请的控制方法时的波形图；
图8为本申请实施例提供的图6对应的并网电流的波形图；
图9为本申请实施例提供的图7对应的并网电流的波形图；
图10为本申请实施例提供的又一种三电平逆变器的控制方法的流程图；
图11为本申请实施例提供的另一种控制框图；
图12为本申请实施例提供的再一种三电平逆变器的控制方法的流程图；
图13为本申请实施例提供的一种三电平逆变器的控制装置的示意图；
图14为本申请实施例提供的另一种三电平逆变器的控制装置的示意图；
图15为本申请实施例提供的一种三电平逆变器的示意图；
图16为本申请实施例提供的一种功率变换电路的示意图；
图17为本申请实施例提供的一种光伏发电系统的示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更清楚地理解本申请实施例提供的技术方案，下面先介绍本申请提供的技术方案的应用场景。
参见图1，该图为光伏系统的示意图。
图示光伏系统包括光伏单元10以及三电平逆变器20，光伏系统与电网30连接。
光伏单元10包括多个光伏(PV)组件，多个光伏组件通过串联或者并联的方式连接，例如多个光伏组件可以先串联形成光伏组串，多个光伏组串再串联形成光伏单元10。
三电平逆变器20用于将光伏组件10产生的直流电转换为交流电后传输至电网。光伏系统的输出电流以ig表示，电网的电压以Ug表示。
其中，三电平逆变器20包括：母线电容C1和C2，以及功率变换电路201。
正、负直流母线的中点用N表示，中点N的电位的平衡涉及到三电平逆变器的功率器件的耐压、并网电流的谐波等诸多指标，因此三电平逆变器的中点电位的均衡控制至关重要。
为了实现中点电位的均衡，目前可以通过在三电平逆变器20的母线电容C1和C2外接阻性负载的方式强制实现母线均压；或者在正、负直流母线外接开关变换器，当正、负直流母线的电压不均衡时，控制外接开关变换器工作来转移正、负直流母线的能量，以实现中点电位的平衡。
但是尽管采取了以上的措施，当电网的环境较为恶劣时，实际应用中仍然会存三电平逆变器因为母线中点电位不平衡而脱离电网的问题，严重威胁了三电平逆变器的正常可靠运行。
为了解决以上技术问题，本申请提供了一种三电平逆变器、控制方法及系统，充分考虑到了并网电流中的偶次谐波电流对于三电平逆变器的母线中点电位的影响。利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，利用该电流均衡指令调节并网电流，进而使得该并网电流中产生用于降低该偶次谐波电流的电流信号，降低了并网电流对于三电平逆变器的影响，因此保障了三电平逆变器的正、负母线电压的均衡。此外，还抑制了并网电流的谐波，因此还提升了三电平逆变器对电网的适应能力，降低了三电平逆变器在电网环境恶劣时因为母线电位不均衡而引发保护关机的概率。
为了使本领域技术领域的人员更清楚地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
本申请说明中的“第一”、“第二”等用词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。
实施例一：
发明人经研究与反复实验发现，对于条件较为恶劣的电网，由于电网的电压Ug含有较大的偶次谐波电流，导致三电平逆变器20的并网电流ig亦含有一定量同频次谐波电流，而偶次谐波电流会导致光伏系统的正、负直流母线间能量相互转移，进而导致正、负直流母线的电压不均衡，具体的能量转移情况可以参见表1。
表1：谐波电流导致直流母线能量转移对应表
其中，偶次谐波电流的频率为并网电流的频率的偶数倍，例如2、4、8倍等。
当前的中点电位平衡控制策略存在控制能力上限，当偶次谐波电流因此引起的正、负直流母线的能量转移严重时，目前的策略不足以抑制该问题，最终可能导致直流母线的中点电位偏移，威胁三电平逆变器的正常可靠运行，严重时会导致三电平逆变器批量保护关机，出现脱网现象。
为此，本申请实施例提供了一种三电平逆变器的控制方法，下面结合附图具体说明。
参见图2，该图为本申请实施例提供的一种三电平逆变器的控制方法的流程图。
本申请实施例提供的方法可由三电平逆变器的控制器实现，该方法包括以下步骤：
S101：利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，均衡指令用于使三电平逆变器产生均衡正、负直流母线电压的电流信号。
三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，表征了此时直流母线中点电位的偏移程度，也表征了当前并网电流中的偶次谐波电流对于母直流线中点的电位的影响，下面举例说明：
假设某一时刻，光伏发电系统的直流母线总电压为749.6V，在并网电流的影响下，此时的正直流母线的电压为+353.6V，负直流母线的电压为-396V，则此时所述差值为-42.4V。该差值越大，表征当前的正、负直流母线电压偏移越大，即并网电流中的偶次谐波电流对于正、负直流母线的中点电压影响越严重。
与此同时，还可以实时采样并网电流，并且分析并网电流的谐波信息以获取并网电流中的偶次谐波电流的信息。例如获取偶次谐波电流的幅值信息、型次信息等等。其中，偶次谐波电流的型次表征了偶次谐波电流的频率与并网电流的频率的倍数关系。型次越大，谐波电流的频率相应越大。
根据该差值以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令。该均衡指令的作用是使三电平逆变器在并网电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号，即产生的电流信号削弱了偶次谐波电流对于三电平逆变器的正、负直流母线中点电压的影响。
S102：利用均衡指令调节并网电流。
利用S101中获取的均衡指令控制三电平逆变器的工作状态，以使三电平逆变器的正、负直流母线实现电压的均衡，通过对三电平逆变器的控制，调节了三电平逆变器的输出电流，即调节了并网电流。
综上所述，本申请提供的控制方法，充分考虑到了并网电流中的偶次谐波电流对于三电平逆变器的母线中点电位的影响。利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，表征当前的直流母线中点电位的偏离情况，并且结合并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，利用该电流均衡指令调节并网电流，进而使得并网电流中产生用于降低该偶次谐波电流的电流信号。即根据该电流均衡指令产生的电流信号与并网电流中的偶次谐波电流叠加后能够削弱该偶次谐波电流，因此保障了三电平逆变器的正、负母线电压的均衡。此外，由于该方法抑制了并网电流的谐波，因此还提升了三电平逆变器对电网的适应能力，降低了三电平逆变器在电网环境恶劣时因为母线电位不均衡而引发关机的概率，增强了并网友好性，从适应电网走向支撑电网。
实施例二：
下面结合具体的实现方式，说明控制三电平逆变器实现母线电压均衡的原理。
参见图3，该图为本申请实施例提供的另一种三电平逆变器的控制方法的流程图。
为了方便理解，还可以一并参见图4所示的控制框图。
S201：利用正、负直流母线电压的绝对值的差值确定谐波幅值系数。
当三电平逆变器并网后，实时采集正、负直流母线的电压，并获取两者的绝对值的差值ΔU，该偏差量ΔU可以经过比例积分控制器(PI controller)401生成谐波幅值系数Im。该谐波幅值系数表征此时并网电流中的偶次谐波电流的幅值。
S202：确定并网电流中的偶次谐波电流的型次，以及各型次的偶次谐波电流对应的权重系数，权重系数与所述偶次谐波对并网电流的影响程度正相关。
检测单元402实施采样并网电流ig，处理单元403分析并网电流的采样信息，进而获取并网电流中的偶次谐波电流的型次以及各型次的偶次谐波电流对应的权重系数。具体而言，谐波型次选择单元根据并网电流中各次谐波的分布情况，确定各偶次谐波电流型次：
cos(nwt+Δθn)(1)
其中，w为基波角频率，Δθn为谐波型次起始相角，n＝2·i，i∈[-N,N]，其中N为正整数。
谐波权重分配单元确定各型次的偶次谐波电流对应的权重系数kn，权重系数与偶次谐波对并网电流的影响程度正相关，本申请对权重系数的具体分配方式不做具体限定。
在一些实施例中，各偶次谐波电流对应的权重系数的比值为各偶次谐波电流的幅值的比值，即权重系数与幅值成正相关，幅值越高，表明对应的偶次谐波电流越大，对于并网电流的影响程度也越大。因此二次谐波电流的权重系数最大，实际应用中，可以结合三电平逆变器正常工作时对正、负直流母线的电位的具体需求，确定需要考虑的偶次谐波电流的型次，而对于特别高的型次的偶次谐波电流，由于其权重系数极低，对于并网电流的影响可以忽略不计。
S203：利用谐波幅值系数、各偶次谐波电流对应的型次与权重系数，确定均衡指令。
均衡指令结合了各偶次谐波电流对应的型次与权重系数，用于使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号，即均衡指令用于抑制偶次谐波电流。
下面说明一种确定均衡指令的方法。
参见图5，该图为本申请实施例提供的一种均衡指令的确定方法的流程图。
S203a：获取各偶次谐波电流对应的均衡指令分量，均衡指令分量为幅值系数、偶次谐波电流的权重系数与型次的乘积。
均衡指令分量为ij分(t)，即如下式所示：
ij分(t)＝Im·kn·cos(nwt+Δθn)(2)
其中，kn∈[-1，1]。
S203b：将各偶次谐波电流对应的均衡指令分量进行叠加以获得均衡指令。
均衡指令为ij(t)，即如下式所示：
其中，j＝a,b,c。a、b和c分别对应三相交流电中的一相。
在另一些实施例中，还可以将权重系数小于预设权重阈值偶次谐波电流忽略不计，本申请对于预设权重阈值的确定方法与具体数值不做具体限定。
S204：将均衡指令与并网电流叠加获取并网电流指令。
并网电流指令iref，即如下式所示：
iref ＝ig+ij(t) (4)
S205：利用并网电流指令获取第一均衡电压指令。
即并网电流指令iref通过并网电流环路404后生成第一均衡电压指令Uref_h，并网电流环路包括了根据并网电流的采样信息反馈调节三电平逆变器的工作状态的环路，该环路的检测以及控制原理为较为成熟的现有技术，本申请实施例在此不再具体赘述。
S206：利用第一均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。
将获取的Uref_h与三电平逆变器原有的控制信号进行叠加以产生用于驱动三电平逆变器的驱动信号。三电平逆变器中包括有可控开关管，本申请实施例不具体限定可控开关管的类型，例如可以为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Filed EffectTransistor，MOSFET，以下简称MOS管)、SiC MOSFET(Silicon Carbide Metal OxideSemiconductor，碳化硅场效应管)等。
本申请实施例方法应用于控制器时，控制器通过调节作用于可控开关管的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号以调节可控开关管的工作状态，使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。因此该电流信号与并网电流中的偶次谐波电流叠加后能够削弱偶次谐波电流。
在一些实施例中，为了更好地削弱偶次谐波电流，三电平逆变器输出端产生的电流信号与偶次谐波电流的相位相反，进而在均衡母线电位的同时，尽量减小并网电流中的偶次谐波电流。
本申请实施例以上步骤的划分及顺序仅是为了方便，并不构成对于本申请的限定，本领域的技术人员在具体实施时可以进行适当的调整，例如其中的S201和S202的顺序可以调换。
综上所述，利用本申请实施例的方法，保障了三电平逆变器的正、负母线电压的均衡。此外，由于该方法抑制了并网电流的谐波，因此还提升了三电平逆变器对电网的适应能力，降低了三电平逆变器在电网环境恶劣时因为母线电位不均衡而引发保护关机的概率。为了使本领域技术人员搞清楚的了解本申请方案的优点，下面结合附图具体说明。
一并参见图6和图7。其中，图6为本申请实施例提供的未采用本申请的控制方法时的波形图，图7为本申请实施例提供的采用本申请的控制方法时的波形图。
图6中正直流母线的电压的波形为602，负直流母线的电压取绝对值后的波形为601，由于并网电流中的偶次谐波分量的影响，导致正、负直流母线间能量相互转移，因此两个波形之间出现了明显的电压差ΔU。
而图7采用了本申请的控制方法之后，有效均衡了母线中点电位，使逆变器正、负直流母线电压均衡。
一并参见图8和图9,。其中，图8为本申请提供的图6对应的并网电流的波形图，图9为本申请提供的图7对应的并网电流的波形图。
并网电流的形式为三相交流电，图8中的区域801为三相交流电中的一相交流电的波峰，区域802为该相电的波谷。由于并网电流中存在明显的偶次谐波分量，导致正、负直流母线间能量相互转移，进而导致波峰与波谷的波形出现了较为明显的畸变。
而参见图9中的区域901以及区域902可知，利用本申请实施例的方法在均衡三电平逆变器母线中点电位的同时还抑制了并网电流中的偶次谐波电流，使得输出的并网电流更加标准。
实施例三：
下面结合另一种具体的实现方式，说明控制三电平逆变器实现母线电压均衡的原理。
参见图10，该图为本申请实施例提供的又一种三电平逆变器的控制方法的流程图。
为了方便理解，还可以参见图11，该图为本申请实施例提供的另一种控制框图。
本申请实施例提供的方法的S301-S305对应于实施例二中所述方法的S201-S205，区别仅在于本实施例图11中的第一比例积分控制器相当于图4中的比例积分控制器401，本申请实施例在此不再赘述。
通过以上的S301-S305，获取第一均衡电压指令Uref_h。
S306：利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值获取第二均衡电压指令。
获取三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，经过第二比例积分控制器502生成第二均衡电压指令Uref_m。该第二均衡电压指令为所述三电平逆变器的共模电压量。
S307：利用第一均衡电压指令和第二均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。
将第一均衡电压指令Uref_h以及第二均衡电压指令Uref_m进行叠加，生成均衡电压复合控制指令Uref，并将获取的Uref与三电平逆变器原有的控制信号进行叠加以产生用于驱动三电平逆变器的驱动信号。
利用该驱动信号驱动三电平逆变器，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。在一些实施例中，该驱动信号可以使三电平逆变器的输出电流中产生与偶次谐波电流反相的电流信号，进而在均衡母线电位的同时，尽量减小并网电流中的偶次谐波电流。
参见图12，该图为本申请实施例提供的再一种三电平逆变器的控制方法的流程图。
本申请实施例提供的方法包括以下步骤：
S1201：当并网电流中的偶次谐波电流小于预设电流阈值，和/或当差值小于预设电压阈值时，利用差值获取均衡指令。
当并网电流中的偶次谐波电流小于预设电流阈值时，表征此时偶次谐波电流对母线中点的电位影响程度较小，可以忽略不计；
当正、负直流母线电压的绝对值的差值小于预设电压阈值时，表征此时母线中点的电位受偶次谐波电流的影响程度较小。
因此当满足以上两个条件中的至少一项时，表征此时电网的条件较优，并网电流中的偶次谐波电流的影响较小。因此可以利用该差值获取均衡指令，此时该均衡指令为三相共模电压母线均衡控制量，具体说明类似于以上实施例中的第二均衡电压指令Uref_m，可以通过比例积分控制器生成。
S1202：利用均衡指令调节三电平逆变器的驱动指令。
将均衡指令与三电平逆变器原有的控制信号进行叠加以产生用于驱动三电平逆变器的驱动信号。
综上所述，利用本申请实施例提供的方法，当并网电流中的偶次谐波电流影响三电平逆变器的母线中点电位均衡时，利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，结合并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，利用该电流均衡指令调节并网电流，保障了三电平逆变器的正、负母线电压的均衡。此外，由于该方法抑制了并网电流的谐波，因此还提升了三电平逆变器对电网的适应能力，降低了三电平逆变器在电网环境恶劣时因为母线电位不均衡而引发保护关机的概率。
实施例四：
基于以上实施例提供的三电平逆变器的控制方法，本申请实施例还提供了一种三电平逆变器的控制装置，下面结合附图具体说明。
参见图13，该图为本申请实施例提供的一种三电平逆变器的控制装置的示意图。
该装置包括确定单元1301和调节单元1302。
其中，确定单元1301利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，均衡指令用于使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。
在一种较优的实现方式中，电流信号与偶次谐波电流的相位相反。
调节单元1302用于利用均衡指令调节并网电流。即包括图11中的并网电流环路404。
参见图14，该图为本申请实施例提供的另一种三电平逆变器的控制装置的示意图。
其中，确定单元1301具体包括：第一系数确定子单元1301a、第二系数确定子单元1301b和第一指令确定子单元1301c。
其中，第一系数确定子单元1301a，用于利用差值确定谐波幅值系数。即包括图11中所示的第一比例积分控制器501。
第二系数确定子单元1301b确定并网电流中的偶次谐波电流的型次，以及各型次的偶次谐波电流对应的权重系数，权重系数与偶次谐波对并网电流的影响程度正相关。即包括图11中所示的检测单元402，以及403中的谐波权重分配单元和谐波型次选择单元。
在一些实施例中，各偶次谐波电流对应的权重系数的比值为各偶次谐波电流的幅值的比值。
第一指令确定子单元1301c用于利用谐波幅值系数、各偶次谐波电流对应的型次与权重系数，确定均衡指令。
具体的，第一指令确定子单元1301c获取各偶次谐波电流对应的均衡指令分量，均衡指令分量为幅值系数、偶次谐波电流的权重系数与型次的乘积，并将各偶次谐波电流对应的均衡指令分量进行叠加以获得均衡指令。
在一些可能的实现方式中，调节单元1302将均衡指令与并网电流叠加获取并网电流指令，利用所述并网电流指令获取第一均衡电压指令，并利用第一均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。此时该实现方式对应于图4所示的控制框图。
在另一些可能的实现方式中，调节单元1302将均衡指令与并网电流叠加获取并网电流指令，利用并网电流指令获取第一均衡电压指令，利用差值获取第二均衡电压指令，该第二均衡电压指令为三相共模电压母线均衡控制量。并利用第一均衡电压指令和第二均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低所述偶次谐波电流的电流信号。即调节单元1302还包括图11中所示的第二比例积分控制器502，该实现方式对应于图11所示的控制框图。
继续参见图13，在另一种可能的实现方式中，确定单元1301当并网电流中的偶次谐波电流小于预设电流阈值，和/或当差值小于预设电压阈值时，利用差值获取均衡指令。
此时电网的条件较优，并网电流中的偶次谐波电流的影响较小。该均衡指令为三相共模电压母线均衡控制量，类似于图11中的第二均衡电压指令Uref_m，可以通过第二比例积分控制器502生成。
调节单元1302利用均衡指令调节三电平逆变器的驱动指令。具体的，调节单元1302将均衡指令与三电平逆变器原有的控制信号进行叠加以产生用于驱动三电平逆变器的驱动信号。
综上所述，该控制装置的确定单元利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，表征当前的母线中点电位的偏离情况，并且结合并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，调节单元利用该电流均衡指令调节并网电流，进而使得并网电流中产生用于降低该偶次谐波电流的电流信号。即根据该电流均衡指令产生的电流信号与并网电流中的偶次谐波电流叠加后能够削弱该偶次谐波电流，因此保障了三电平逆变器的正、负母线电压的均衡。此外还抑制了并网电流的谐波，因此还提升了三电平逆变器对电网的适应能力，降低了三电平逆变器在电网环境恶劣时因母线电位不均衡而关机的概率。
实施例五：
基于以上实施例提供的三电平逆变器的控制方法，本申请实施例还提供了一种三电平逆变器，下面结合附图具体说明。
参见图15，该图为本申请实施例提供的一种三电平逆变器的示意图。
图示三电平逆变器20包括：第一母线电容C1、第二母线电容C2、功率变换电路201和控制器202。
其中，第一母线电容C1的第一端连接正直流母线和功率变换电路201的第一输入端，第一母线电容C1的第二端通过第二母线电容C2连接负直流母线和功率变换电路201的第二输入端，第一母线电容C1的第二端还连接功率变换电路201的第三输入端。
功率变换电路201用于将直流电转换为三相交流电后输出。
参见图16，该图为本申请实施例提供的一种功率变换电路的示意图。
图示为功率变换电路的一种可能的实现方式，关于功率变换电路的工作原理为较为成熟的现有技术，本申请实施例在此不再赘述。
控制器202用于利用正、负直流母线电压的绝对值的差值，以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，均衡指令用于使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号，并利用均衡指令调节并网电流。
在一种较优的实施例中，电流信号与偶次谐波电流的相位相反。
控制器202具体用于利用差值确定谐波幅值系数，确定并网电流中的偶次谐波电流的型次，以及各型次的偶次谐波电流对应的权重系数，权重系数与偶次谐波对并网电流的影响程度正相关，并利用谐波幅值系数、各偶次谐波电流对应的型次与权重系数，确定均衡指令。
在一种可能的实现方式中，各偶次谐波电流对应的权重系数的比值为各偶次谐波电流的幅值的比值。
进一步的，控制器202获取各偶次谐波电流对应的均衡指令分量，均衡指令分量为幅值系数、偶次谐波电流的权重系数与型次的乘积；将各偶次谐波电流对应的均衡指令分量进行叠加以获得均衡指令。
在一些实施例中，控制器将均衡指令与并网电流叠加获取并网电流指令，利用并网电流指令获取第一均衡电压指令，利用第一均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。
在另一些实施例中，控制器将均衡指令与并网电流叠加获取并网电流指令，利用并网电流指令获取第一均衡电压指令，利用差值获取第二均衡电压指令，该第二均衡电压指令为三相共模电压母线均衡控制量，利用第一均衡电压指令和第二均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。
本申请实施例中的控制器等可以为专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)、现场可编程逻辑门阵列(Field-programmable Gate Array，FPGA)、通用阵列逻辑(Generic Array Logic,GAL)或其任意组合，本申请实施例对此不作具体限定。
综上所述，该三电平逆变器的控制器利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，表征当前的母线中点电位的偏离情况，并且结合并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，利用该电流均衡指令调节并网电流，进而使得并网电流中产生用于降低该偶次谐波电流的电流信号。即根据该电流均衡指令产生的电流信号与并网电流中的偶次谐波电流叠加后能够削弱该偶次谐波电流，因此保障了三电平逆变器的正、负母线电压的均衡。此外，由于还抑制了并网电流的谐波，因此还提升了三电平逆变器对电网的适应能力，降低了三电平逆变器在电网环境恶劣时因为母线电位不均衡而引发保护关机的概率。
实施例六：
基于以上实施例提供的三电平逆变器，本申请实施例还提供了一种光伏发电系统，下面结合附图具体说明。
参见图17，该图为本申请实施例提供的一种光伏发电系统的示意图。
该光伏发电系统1700包括光伏单元10和三电平逆变器20。
光伏单元10包括多个光伏组件，光伏单元10的输出端连接三电平逆变器20的输入端。
光伏单元10用于将光能转换为直流电后传输至三电平逆变器20。
三电平逆变器20用于将直流电转换为三相交流电后输出。
该三电平逆变器20的控制器202用于利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，均衡指令用于使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号，并利用均衡指令调节并网电流。
关于控制器202的具体工作原理可以参见以上实施例中的相关说明，本申请实施例在此不再赘述。
综上所述，本申请实施例提供的光伏发电系统包括了三电平逆变器，该三电平逆变器的控制器利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，利用该电流均衡指令调节并网电流，进而使得并网电流中产生用于降低该偶次谐波电流的电流信号。即根据该电流均衡指令产生的电流信号与并网电流中的偶次谐波电流叠加后能够削弱该偶次谐波电流，因此保障了三电平逆变器的正、负母线电压的均衡。此外还抑制了并网电流的谐波，因此还提升了三电平逆变器对电网的适应能力，降低了三电平逆变器在电网环境恶劣时因为母线电位不均衡而引发保护关机的概率，提升了光伏发电系统的稳定性。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(英文：read-only memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘等，包括若干程序代码或指令用以使得电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如路由器等网络通信设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
用于实现该计算机程序产品的电子设备包括处理器和存储器，处理器可以是指一个处理器，也可以包括多个处理器。存储器可以包括易失性存储器(英文：volatilememory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如只读存储器(英文：read-onlymemory，缩写：ROM)，快闪存储器(英文：flash memory)，硬盘(英文：hard disk drive，缩写：HDD)或固态硬盘(英文：solid-state drive，缩写：SSD)；存储器还可以包括上述种类的存储器的组合。存储器可以是指一个存储器，也可以包括多个存储器。在一个具体实施方式中，存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令包括多个软件单元，例如以上实施例中的确定单元和调节模块。处理器执行各个软件单元后可以按照各个软件单元的指示进行相应的操作。在本实施例中，一个软件单元所执行的操作实际上是指处理器根据所述软件单元的指示而执行的操作。处理器执行存储器中的计算机可读指令后，可以按照所述计算机可读指令的指示，执行网络设备可以执行的全部操作。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例和设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备及装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种逆变器，其特征在于，包括：第一母线电容、第二母线电容、功率变换电路和控制器；
所述第一母线电容的第一端连接正直流母线和所述功率变换电路的第一输入端，所述第一母线电容的第二端通过所述第二母线电容连接负直流母线和所述功率变换电路的第二输入端；
所述功率变换电路用于将直流电转换为三相交流电后输出；
所述控制器，用于利用所述正、负直流母线电压的绝对值的差值以及并网电流中的至少一个偶次谐波电流生成均衡指令，所述均衡指令用于使所述逆变器产生均衡所述正、负直流母线电压的电流信号，且当所述正、负直流母线电压的绝对值的差值大于预设值时，调整所述均衡指令以调整所述电流信号使所述逆变器输出至少一个均衡电流分量，以使所述正、负直流母线电压的绝对值的差值减小。
2.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于，
所述均衡电流分量的频率与并网点中其对应的所述偶次谐波电流的频率相同，以输出用于抵消对应频率的所述其中一个偶次谐波电流的电流。
3.根据权利要求2所述的逆变器，其特征在于，所述均衡电流分量的相位与所述并网点中其对应的所述偶次谐波电流的相位相反。
4.根据权利要求1-3任一项所述的逆变器，其特征在于，所述均衡电流分量的电流值与所述正、负直流母线电压的绝对值的差值成正比，并且与所述并网点中其对应的所述偶次谐波电流的电流幅值成正比，以使与所述均衡电流分量对应的所述偶次谐波电流的幅值减小。
5.根据权利要求1-4任一项所述的逆变器，其特征在于，所述控制器用于：
将所述均衡指令与所述并网电流叠加生成并网电流指令，以使所述逆变器的输出电流中产生用于降低所述偶次谐波电流的电流信号。
6.一种逆变器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
利用所述逆变器的正直流母线与所述逆变器的负直流母线的电压的绝对值的差值，以及并网电流中的至少一个偶次谐波电流生成均衡指令，所述均衡指令用于使所述逆变器产生降低该偶次谐波电流的电流信号，且当所述正、负直流母线电压的绝对值的差值大于预设值时，调整所述均衡指令以调整所述电流信号使所述逆变器输出至少一个均衡电流分量，以使所述正、负直流母线电压的绝对值的差值减小；
其中，所述逆变器的第一母线电容的第一端连接所述正直流母线和所述逆变器的功率变换电路的第一输入端，所述第一母线电容的第二端通过第二母线电容连接所述负直流母线和所述逆变器的所述功率变换电路的第二输入端。
7.根据权利要求6所述的逆变器控制方法，其特征在于，所述均衡电流分量的频率与并网点中其对应的所述偶次谐波电流的频率相同，以输出用于抵消对应频率的所述其中一个偶次谐波电流的电流。
8.根据权利要求7所述的逆变器控制方法，其特征在于，所述均衡电流分量的相位与所述并网点中其对应的所述偶次谐波电流的相位相反。
9.根据权利要求6-8任一项所述的逆变器控制方法，其特征在于，所述均衡电流分量的电流值与所述正、负直流母线电压的绝对值的差值成正比，并且与所述并网点中其对应的所述偶次谐波电流的电流幅值成正比，以使与所述均衡电流分量对应的所述偶次谐波电流的幅值减小。
10.根据权利要求6-9任一项所述的逆变器控制方法，其特征在于，将所述均衡指令与所述并网电流叠加生成并网电流指令，以使所述逆变器的输出电流中产生用于降低所述偶次谐波电流的电流信号。
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