[发明专利]基于SVPWM的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统电力电子技术领域。

背景技术

随着电力电子技术的不断发展，大容量、高效率、高性能成为发展主流。传统的二电平变流器在高压大容量应用中，需要经过中间变压器进行升压或降压，这样不仅增加了设备投资，而且引起系统效率下降。为克服这些缺点，要求变流器开关器件具备更高的电压应力，但这种方法存在静态和动态均压问题，由此多电平变流器应用而生。

多电平变流器由于增加了输出电压电平数，因此变换器输出波形更接近于正弦波，且降低了器件所承受开关应力，无需动态均压电路，避免了开关过程中大的dv/dt所导致的各种问题，在高电压、大功率电力电子装置中得到广泛应用，其中二极管箝位三电平变流器由于控制结构简单、容易实现，已经成为多电平变流器的主要拓扑结构。

目前，针对二极管箝位型三电平变流器研究中电压SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation空间矢量脉宽调制）方式因直流侧电压利用率高、易于实现数字控制等优点而被广泛采用。但中点电压偏移是中点箝位型三电平变流器的主要缺点，由当前的研究可知空间矢量中小矢量和中矢量对中点电位有影响，但目前研究并没有完全解决整个空间矢量中点电位平衡以及小矢量对中点电位的影响。因此，中点电位平衡问题一直是研究的重点。寻求一种既能够解决中矢量和小矢量对中点电位的影响，又能保证变流器直流侧中点电压平衡技术方案，具有实际应用的价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用取消中矢量，利用小矢量和大矢量合成参考电压矢量的基于SVPWM的三电平变流器直流侧中点电压平衡控制方法。

本发明包括如下步骤：

1）、分析SVPWM控制机理及开关状态对中点电位影响：通过对三电平变流器各种开关状态进行分析可知，中矢量和小矢量对中点电流有影响，零矢量和大矢量对中点电流无影响；

2）、空间电压矢量分区判断：针对每一个小矢量对应两种开关状体下负载电流对中性点电流的作用正好相反的问题，提出了一种取消中矢量，利用小矢量和大矢量合成参加矢量以及扇区划分方法；

3）、确定各空间矢量作用时间：当参考矢量位于小矢量和大矢量组成的某一个区域时，采取小矢量作用产生的合成矢量与大矢量作用合成的矢量相位一致的原则进行矢量作用时间分配；

4）、确定矢量发送顺序：采取小矢量对应的两种开关状态作用相同时间的方法，进行脉宽调制，保证矢量发送顺序尽量减少功率器件的状态变化，进而保证直流侧中点电压平衡。

本发明步骤1）中的三电平变流器为二极管箝位型三电平变流器，其控制方法为：设桥臂为A相，当开关功率器件S_a1、S_a2导通，S_a3、S_a4截止时，A点电压为U_dc/2；当开关功率器件S_a1、S_a2截止，S_a3、S_a4导通时，A点电压为-U_dc/2；当开关功率器件S_a2、S_a3导通，S_a1、S_a4截止时，经箝位二极管V_D1、V_D2作用，A点电压与中点电压同为0；因此二极管箝位型三电平变流器每相输出电平状态有-U_dc/2、0和U_dc/2三种状态，电压斜率变化dU/dt小，减小了线路谐波含量，同时每个开关所承受的电压应力小，提高了开关的器件的应用电压等级；二极管箝位型三电平变流器的三相输出共有27种开关状态，分别对应19个基本空间电压矢量，其中大矢量6个，中矢量6个，小矢量6个，每个小矢量对应2种开关状态，零矢量1个，对上述开关状态分析可知，零矢量和大矢量对中点电流无影响，小矢量和中矢量对中点电流有影响；三相电压经公式（1）Clark变换后得到的参考电压矢量如公式（2）所示：

（1）

（2）。