CN202334317U - 一种三电平变换中点平衡控制装置及三电平变换器 - Google Patents

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丁永强
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Abstract

本实用新型适用于电力电子领域，提供了一种三电平变换中点平衡控制装置及三电平变换器，所述装置与三电平变换单元连接，包括：电流获取单元，其输入端与三电平变换单元的电流输出端连接；中点电压检测单元，其输入端与三电平变换单元的中点检测端连接；积分控制单元，其输入端与中点电压检测单元的输出端连接；脉宽控制单元，其第一输入端与电流获取单元的输出端连接，其第二输入端与积分控制单元的输出端连接。本实用新型实施例通过对检测到的三电平变换中点上电压偏差进行积分控制处理生成控制量，并根据该控制量直接对三电平载波调制信号进行微调，能够迅速抑制三电平变换中点的大、小电压偏差，保证三电平拓扑电路的稳定性。

Description

一种三电平变换中点平衡控制装置及三电平变换器
技术领域
本实用新型属于电力电子领域，尤其涉及一种三电平变换中点平衡控制装置及三电平变换器。
背景技术
近年来，人们对电力电子装置的电压等级和功率等级的要求不断提高，三电平变换器作为顺应这一潮流的解决方案受到越来越多的关注。由于三电平变换器必须采用正负母线的拓扑结构，而控制该拓扑结构的中点平衡，即保持三电平变换中点两侧的正、负母线电容的电压平衡却一直是个难点。
目前现有的控制结构大部分采用通过空间矢量控制的控制结构控制三电平变换中点平衡，但是，这种结构在微调时，实现非常复杂，调试极为不便，不利于广泛推广。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的在于提供一种三电平变换中点平衡控制装置，旨在解决现有三电平变换中点平衡控制复杂，调试不便的问题。
本实用新型实施例是这样实现的，一种三电平变换中点平衡控制装置，与三电平变换单元连接，所述装置包括：
用于获取三电平变换的输出电流的电流获取单元，所述电流获取单元的输入端与所述三电平变换单元的电流输出端连接；
用于检测三电平变换中点上的电压偏差的中点电压检测单元，所述中点电压检测单元的输入端与所述三电平变换单元的中点检测端连接；
用于对所述电压偏差进行积分控制处理，生成控制量的积分控制单元，所述积分控制单元的输入端与所述中点电压检测单元的输出端连接；
用于根据所述输出电流和所述控制量对所述三电平载波调制信号进行微调，以控制三电平中点平衡的脉宽控制单元，所述脉宽控制单元的第一输入端与所述电流获取单元的输出端连接，所述脉宽控制单元的第二输入端与所述积分控制单元的输出端连接。
进一步地，所述中点电压检测单元包括：
用于分别检测三电平变换中点两侧的正母线电容的电压和负母线电容上的电压的电压检测模块，所述电压检测模块的输入端为所述中点电压检测单元的输入端；
用于根据所述正母线电容上的电压和所述负母线电容上的电压生成三电平变换中点上的电压偏差的计算模块，所述计算模块的输入端与所述电压检测模块的输出端连接，所述计算模块的输出端为所述中点电压检测单元的输出端。
进一步地，所述脉宽控制单元包括：
用于判断所述输出电流的方向的电流判断模块，所述电流判断模块的输入端为所述脉宽控制单元的第一输入端；
用于根据所述输出电流的方向和所述控制量进行电压补偿，生成三电平补偿电压的电压补偿模块，所述电压补偿模块的第一输入端与所述电流判断模块的输出端连接，所述电压补偿模块的第二输入端为所述脉宽控制单元的第二输入端；
用于根据所述三电平补偿电压对所述三电平载波调制信号进行微调，以控制三电平中点平衡的微调模块，所述微调模块的输入端与所述电压补偿模块的输出端连接。
进一步地，所述微调模块将所述三电平补偿电压基于载波脉宽调制分配对所述三电平载波调制信号进行微调。
本实用新型实施例的另一目的在于提供一种包括上述三电平变换中点平衡控制装置的三电平变换器。
本实用新型实施例通过对检测到的三电平变换中点上电压偏差进行积分控制处理生成控制量，并根据该控制量直接对三电平载波调制信号进行微调，迅速抑制三电平变换中点的电压偏差，保持三电平变换中点平衡，从而保证了三电平拓扑电路的稳定性，该装置控制简单，容易实现，不受电压偏差大小的限制，均可以迅速有效地控制，有利于广泛推广。
附图说明
图1为现有三电平变换单元中点位置结构图；
图2为本实用新型一实施例提供的三电平变换中点平衡控制装置的结构图；
图3为本实用新型一实施例提供的三电平变换中点平衡控制装置的优选结构图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型实施例通过对检测到的三电平变换中点上电压偏差进行积分控制处理生成控制量，并根据该控制量直接对三电平载波调制信号进行微调，迅速抑制三电平变换中点的电压偏差，保持三电平变换中点平衡。
图2示出了本实用新型实施例提供的三电平变换中点平衡控制装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。
作为本实用新型一实施例提供的三电平变换中点平衡控制装置可应用于任何类型的三电平变换器中。
作为本实用新型一实施例，该三电平变换中点平衡控制装置与三电平变换单元6连接，包括：
电流获取单元51，该电流获取单元51的输入端与三电平变换单元6的电流输出端连接，用于获取三电平变换的输出电流；
在本实用新型实施例中，通过检测三电平转换单元1输出的三个方向的电流Ia、Ib、Ic获取输出电流，参见图1。
中点电压检测单元52，该中点电压检测单元52的输入端与三电平变换单元6的中点检测端连接，用于检测三电平变换中点上的电压偏差；
积分控制单元53，该积分控制单元53的输入端与中点电压检测单元52的输出端连接，用于对电压偏差进行积分控制处理，生成控制量；
在本实用新型实施例中，将检测到的三电平变换单元1中的正、负母线上的两个电容CBUSP、CBUSN上的电压偏差Ubus进行积分控制，生成控制量ΔUctrl，其积分表达式为：ΔUctrl＝k1·ΔUbus+k2·∫ΔUbus，其中K1、K2为比例系数。
脉宽控制单元54，该脉宽控制单元54的第一输入端与电流获取单元51的输出端连接，脉宽控制单元54的第二输入端与积分控制单元53的输出端连接，脉宽控制单元54的输出端与三电平变换单元6的PWM信号控制端连接，用于根据输出电流和控制量对三电平载波调制(Carrier based Pulse WidthModulation，CBPWM)信号进行微调，以控制三电平中点平衡。
在本实用新型实施例中，根据输出电流和控制量调节三电平载波调制信号的占空比以及频率等参数，进而控制三电平转换单元1中相应开关管的通断时间的变化，使正、负母线电容CBUSP、CBUSN上的电压相应变化，实现三相电中点G的平衡控制。
本实用新型实施例通过对检测到的三电平变换中点上电压偏差进行积分控制处理生成控制量，并根据该控制量直接进行三电平载波调制信号微调，能够迅速抑制三电平变换中点的电压偏差，保持三电平变换中点平衡，从而保证了三电平拓扑电路的稳定性。该装置无论电压偏差大、小，均可以迅速有效地控制，并且装置结构简单，容易实现，有利于广泛推广。
以下结合具体实施例对本实用新型的实现进行详细说明。
图3示出了本实用新型实施例提供的三电平变换中点平衡控制装置的优选结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。
作为本实用新型一实施例，中点电压检测单元52包括：
电压检测模块521，该电压检测模块521的输入端为中点电压检测单元52的输入端，用于分别检测三电平变换中点两侧的正母线电容的电压和负母线电容上的电压；
计算模块522，该计算模块522的输入端与电压检测模块521的输出端连接，计算模块522的输出端为中点电压检测单元52的输出端，用于根据正母线电容上的电压和负母线电容上的电压生成三电平变换中点上的电压偏差。
在本实用新型实施例中，可以通过分别检测正、负母线电容的电压计算三电平变换中点的电压偏差，该装置结构实现简单，可操作性强。
作为本实用新型一实施例，脉宽控制单元54包括：
电流判断模块541，该电流判断模块541的输入端为脉宽控制单元54的第一输入端，用于判断输出电流的方向；
电压补偿模块542，该电压补偿模块542的第一输入端与电流判断模块541的输出端连接，电压补偿模块542的第二输入端为脉宽控制单元54的第二输入端，用于根据输出电流的方向和控制量进行电压补偿，生成三电平补偿电压；
在本实用新型实施例中，分别判断电流Ia、Ib、Ic的方向，从而在三相电压输出Ua、Ub、Uc的基础上通过判断叠加控制量ΔUctrl进行电压补偿，得到补偿电压Ua′、Ub′、Uc′。
例如，当Ua＞＝0时，判断电流Ia的方向，并通过公式：Ua′＝Ua+sign(ia)·ΔUctrl计算补偿电压Ua′，当Ua＜0时，判断电流Ia的方向，并通过公式：Ua′＝Ua-sign(ia)·ΔUctrl计算补偿电压Ua′，同理得到补偿电压Ub′、Uc′。
微调模块543，该微调模块543的输入端与电压补偿模块542的输出端连接，用于根据三电平补偿电压对PWM信号进行微调，以控制三电平中点平衡。
作为本实用新型一优选实施例，微调模块543将三电平补偿电压基于载波脉宽调制分配对PWM信号进行微调。
在本实用新型实施例中，将三电平补偿电压Ua′、Ub′、Uc′基于载波脉宽调制分配对三电平载波调制(CBPWM)信号进行微调，例如当三电平变换中点上的电压偏差为正值时，降低三相三电平载波调制信号的占空比，以减少开关管Q1至开关管Q12的导通时间，降低正母线电容在正半周期的功率分配，当三电平变换中点上的电压偏差为负值时，增加三相三电平载波调制信号的占空比，以增加开关管Q1至开关管Q12的导通时间，增加负母线电容在负半周期的功率分配，从而达到三电平变换中点电压平衡，迅速抑制了三电平变换中点的电压偏差。该功率调节仅对正、负周期的能量重新分配，并不改变其总功率。
该装置结构不受电压偏差大、小范围的限制，对于任何电压偏差均可以迅速有效地控制。
本实用新型实施例通过对检测到的三电平变换中点上电压偏差进行积分控制处理生成控制量，根据该控制量基于载波脉宽调制分配直接对三电平载波调制信号进行微调，迅速抑制了三电平变换中点的电压偏差，保持三电平变换中点平衡，该装置结构无论电压偏差大、小，均可以迅速有效地控制，并且结构简单，容易实现，调试极为方便，有利于广泛推广。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种三电平变换中点平衡控制装置，与三电平变换单元连接，其特征在于，所述装置包括：
用于获取三电平变换的输出电流的电流获取单元，所述电流获取单元的输入端与所述三电平变换单元的电流输出端连接；
用于检测三电平变换中点上的电压偏差的中点电压检测单元，所述中点电压检测单元的输入端与所述三电平变换单元的中点检测端连接；
用于对所述电压偏差进行积分控制处理，生成控制量的积分控制单元，所述积分控制单元的输入端与所述中点电压检测单元的输出端连接；
用于根据所述输出电流和所述控制量对所述三电平载波调制信号进行微调，以控制三电平中点平衡的脉宽控制单元，所述脉宽控制单元的第一输入端与所述电流获取单元的输出端连接，所述脉宽控制单元的第二输入端与所述积分控制单元的输出端连接。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中点电压检测单元包括：
用于分别检测三电平变换中点两侧的正母线电容的电压和负母线电容上的电压的电压检测模块，所述电压检测模块的输入端为所述中点电压检测单元的输入端；
用于根据所述正母线电容上的电压和所述负母线电容上的电压生成三电平变换中点上的电压偏差的计算模块，所述计算模块的输入端与所述电压检测模块的输出端连接，所述计算模块的输出端为所述中点电压检测单元的输出端。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述脉宽控制单元包括：
用于判断所述输出电流的方向的电流判断模块，所述电流判断模块的输入端为所述脉宽控制单元的第一输入端；
用于根据所述输出电流的方向和所述控制量进行电压补偿，生成三电平补偿电压的电压补偿模块，所述电压补偿模块的第一输入端与所述电流判断模块的输出端连接，所述电压补偿模块的第二输入端为所述脉宽控制单元的第二输入端；
用于根据所述三电平补偿电压对所述三电平载波调制信号进行微调，以控制三电平中点平衡的微调模块，所述微调模块的输入端与所述电压补偿模块的输出端连接。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述微调模块将所述三电平补偿电压基于载波脉宽调制分配对所述三电平载波调制信号进行微调。
5.一种三电平变换器，其特征在于，所述三电平变换器的三电平变换中点平衡控制装置为如权利要求1至4任一项所述的装置。
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