[发明专利]一种NPC三电平逆变器中点电位平衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及交流逆变器变频调制领域，尤其涉及一种NPC三电平逆变器中点电位平衡方法。

背景技术

中点箝位型(neutral point clamped，NPC)三电平逆变器是目前中高压交流领域应用最广泛的多电平变换器，由于其直流侧使用两电容分压，工作时易产生中点电位不平衡问题，进而影响逆变系统的稳定运行及输出性能。为抑制中点电位波动，目前国内外提出的调制策略多会引起较高的开关频率，增加了逆变系统的开关损耗。然而，大功率应用场合要求尽量降低开关频率，如牵引系统要求开关频率低于1kHz，这使得需要较高开关频率以达到完全控制中点电位平衡的调制策略不再适用，在这种情况下只能尽量削弱中点电位的不平衡状态。

发明内容

本发明提供了一种NPC三电平逆变器中点电位平衡方法，本发明在减少开关频率的情况下使中点电位波动得到有效抑制，详见下文描述：

一种NPC三电平逆变器中点电位平衡方法，所述方法包括以下步骤：

获取平均中点电流的最大值、最小值，以及三矢量四状态调制方法下控制平均中点电流为零时的小矢量占空比分配因子；

根据调制度m、平均中点电流最大值、最小值以及平均中点电流为零时的小矢量占空比分配因子对工作区域进行可控区域、不可控区域的划分；

分别生成所述可控区域、所述不可控区域所需要的开关序列。

其中，所述根据调制度m、平均中点电流最大值、最小值以及平均中点电流为零时的小矢量占空比分配因子对工作区域进行可控区域、不可控区域的划分的步骤具体为：

当调制度0<m≤0.5时，将整个工作区域划分为可控区域；

当调制度m>0.5时，利用分配因子法判断工作区域是否为不可控区域，如果否，则将工作区域定义为可控区域；

如果是，则利用最值电流法进行判断，若判断结果为不可控区域，则将工作区域划分为不可控区域；若判断结果为可控区域，将工作区域划分为存疑区域；

若最值电流法产生的平均中点电流绝对值小，将存疑区域划分为可控区域，若对比分配因子法产生的平均中点电流绝对值小，将存疑区域划分为不可控区域。

其中，所述利用分配因子法判断工作区域是否为不可控区域具体为：

若所求得的两个小矢量的占空比分配因子k_S1和k_S2都在[-1,1]范围内，则判断工作区域为可控区域，否则为不可控区域。

其中，所述利用最值电流法进行判断具体为：

若平均中点电流最大值i_{NP_h}和平均中点电流最小值i_{NP_l}的乘积小于0，则判断工作区域为可控区域，否则为不可控区域。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明从控制中点电流出发，为获得较低的开关频率，在三矢量四状态合成方法的基础上，提出一种精细分区控制中点电位平衡方法。利用本发明进行三电平逆变器的调制，可有效控制中点电位波动，减少开关频率，具有以下效果：

1、控制策略充分考虑了降低开关频率的要求，在整个调制空间都使用较少的开关频率进行调制，从而有利于降低系统的开关损耗。

2、考虑到舍弃开关状态对中点电位平衡效果的影响，对控制区域进行了更精细的划分，达到了对中点电位平衡更优的控制效果。

附图说明

图1为基于精细分区控制中点电位平衡策略的流程图；

图2为不同调制度下，最值电流法和分配因子法对工作区域判断的结果；

其中，a为调制度m＝0.7、b为调制度m＝0.82、c为调制度m＝0.9下的最值电流法和分配因子法对工作区域判断的结果。

图3为最值电流法和分配因子法两种工作区域判断方法产生的中点电流波形示意图。

其中，a为最值电流法，b为分配因子法。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了更好地满足充分公开，方便理解的要求，现将本发明实施例中用到的多个专业术语进行如下描述，该些专业术语均为本领域技术人员所公知，在教科书、期刊杂志中均可以查到，说明如下：

1、最近三矢量调制方法：即选择离参考矢量距离最近的三个矢量来合成参考矢量。

2、零矢量：矢量模长为0，位于空间矢量图的中心，每个零矢量对应3个开关状态。本专利所使用的零矢量只采用三相全为零电平的开关状态。