[发明专利]三电平H桥变流器的直流电压平衡控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统柔性输配电和电力电子技术邻域，更具体地说，是涉及一种三电平H桥变流器的直流电压平衡控制方法。

背景技术

近年来，多电平变流器由于输出电压高和谐波小等特点，在高压大功率应用较为广泛。以级联H桥型多电平变换器为例，可采用模块化的结构设计，易于电压等级应用扩展、便于引入冗余控制，可靠性较高，在实际工业应用中较多，简称为链式设备。

目前链式设备一般采用两电平H桥模块级联。以接入35kV电压等级的链式静止无功补偿器为例，H桥模块中的功率开关器件若选用1700V耐压等级的IGBT，与选用3300V的IGBT相比在成本上更有优势，此时该装置每相需要42个H桥模块级联。随着接入点电压的升高，链式设备每相H桥级联的个数也线性增加，增加了控制系统的复杂程度，降低了设备运行可靠性，增加了设备成本及占地面积。若采用三电平H桥模块替代两电平H桥模块，则可以将级联的H桥模块数量减少一倍，但三电平H桥模块的直流电容电压平衡是需要解决的一个关键问题。

中国专利文献号200610109296.6中公开了一种“三电平变流器直流电压控制方法”，该方法通过实时测量变流器的电压和电流以及上下直流电容电压信号，得出功率方向，生成脉冲调整信号，通过交换脉冲的方式影响直流电容充放电过程，从而实现直流电压平衡。实现该控制方法所需要的采集量较多，控制算法复杂，尤其是对于多H桥级联的链式设备，增加了控制算法和控制系统的设计难度，而且该方法采用门限启动的方式，需要频繁调整，因此给直流电容电压带来了较大的纹波，限制了三电平H桥在链式设备中的应用。

发明内容

针对现有技术中存在的“在使用三电平H桥逆变器级联的链式设备中，直流电压平衡需要的采集量较多，控制算法复杂等因素的影响，导致给直流电容电压带来了较大的纹波的问题”，本发明的目的是提供一种三电平H桥变流器的直流电压平衡控制方法。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种三电平H桥变流器的直流电压平衡控制方法，

采用以下的控制脉冲来实现直流上、下两个或两组电容上的直流电压的平衡：

A.将参考电压U_ref与三角载波T_r1以及三角载波T_r2进行比较，根据比较结果生成左桥臂四个IGBT的脉冲信号：

B.将左桥臂的脉冲反向对称赋给右桥臂；

C.根据上述步骤，使得单相三电平H桥交流逆变器的输出有三个电平：+2Udc，0，-2Udc，其中Udc为单个或单组电容上的电压。

所述步骤A的具体步骤为：

1)若参考电压U_ref大于三角载波T_r1，则左桥臂自上而下四个IGBT依次的脉冲信号为：导通、导通、关断、关断；

2)若参考电压U_ref小于三角载波T_r2，则左桥臂自上而下四个IGBT依次的脉冲信号为：关断、关断、导通、导通；

除以上两种情况以外，左桥臂自上而下四个IGBT依次的脉冲信号为：关断、导通、导通、关断。

与现有技术相比，采用本发明的一种三电平H桥变流器的直流电压平衡控制方法，能够在使用三电平H桥逆变器级联的链式设备如：静止无功补偿器(SVG)、有源滤波器(APF)、功率变换器(PCS)、统一电能质量控制器(UPQC)、高压变频器、直流输电设备等中，去掉三电平H桥变流器中的单个或单组电容充放电的状态，使两个或两组电容保持同充同放或同时不工作，从根源上避免了电容电压不平衡。

附图说明

图1是本发明的流程示意图；

图2是本发明的实施例的三电平H桥结构示意图；

图3是本发明的实施例的三种状态的换流过程成示意图；

图4是现有技术中的直流电压波形图；

图5是本发明的实施例的直流电压波形图；

图6本发明的实施例中的参考电压U_ref与三角载波T_r1以及三角载波T_r2的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请参阅图1所示的一种三电平H桥变流器的直流电压平衡控制方法，采用以下的控制脉冲来实现直流上、下两个或两组电容上的直流电压的平衡：