[发明专利]Ⅱ型混合级联七电平逆变器功率均衡控制方法

说明书

本发明提出了一种Ⅱ型混合级联七电平逆变器功率均衡控制方法，主要是为了解决直流电压源的充放电不平衡和利用率不一致问题。该方法首先定义一个方波信号用来控制高压单元四个开关管的通断；然后定义正弦调制波和三角载波，将正弦调制波与方波信号相减后得到新的调制波，新的调制波与三角载波进行比较获得低压单元四个开关管的控制信号；通过调节方波信号的触发角，实现了各个单元输出功率的均衡。该方法有效解决了传统调制方法在部分调制比区间出现的由于各单元功率分配严重失衡而导致系统工作不稳定的极端现象，均衡了各个H桥单元的负荷。

技术领域

本发明涉及逆变器控制技术领域，尤其涉及一种Ⅱ型混合级联七电平逆变器功率均衡控制方法。

背景技术

在中高压大容量变频调速器和电力有源滤波器广泛应用的前景下，多电平逆变器已经成为当前电力电子功率变换领域备受关注的重要研究热点。目前主要的多电平逆变器包括二极管嵌位式多电平逆变器、飞跨电容嵌位式多电平逆变器和级联H桥式多电平逆变器。级联多电平逆变器是中压大功率传动系统中应用广泛的逆变器拓扑结构，具有相电压冗余、谐波含量低、所需器件相对较少、结构简单、输出波形质量好、易于模块化设计制造、系统可靠性高等优点。与另外两种主流多电平逆变器相比，不存在分压电容均压和飞跨电容稳压问题。

混合H桥级联多电平逆变器拓扑结构由传统H桥级联多电平逆变器拓扑结构发展而来，其主电路也是由多个H桥单元串联组成，但各个H桥单元的电压等级、开关频率各不相同。与CHB相比该拓扑结构在相同的级联单元下可以输出更多的电平数，提升了逆变器的输出波形质量，且允许多种不同电压等级的功率开关协同工作，增加了控制的灵活性，因而受到广泛关注。其中，由Manjrekar等人最早提出的两单元混合七电平逆变器由直流侧电压比为2:1的高压和低压H桥单元组成,其设计思想符合目前电力电子器件的发展特点，具有一定实用价值。

调制策略是混合级联多电平逆变器的关键技术，而目前常用的调制策略往往存在各个级联单元的输出功率分配不均衡问题，引起各个单元电源的利用率不一致，导致输出电压的总谐波含量增大，直接影响逆变器的运行性能。混合级联七电平逆变器拓扑的传统混合调制策略存在电流倒灌问题，在部分调制比区间甚至出现功率倒灌现象，其两单元输出功率分配极不均衡，常用的解决方案是通过在低压单元直流侧采用可控整流桥，确保能量可以双向流动，但这种方案增加了成本，同时也降低了系统的可靠性。

陈仲等人在标题为一种适用与混合级联多电平逆变器的LS-PWM方法(中国电机工程学报，2016年，第36卷23期)的文献中提出一种多载波同相层叠调制方法，该方法虽然能解决电流倒灌问题，但是依然存在直流电源利用率不一致，输出功率分配不均衡的问题。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是：提出一种Ⅱ型混合级联七电平逆变器功率均衡控制方法，主要是为了解决直流电压源的充放电不平衡和利用率不一致问题。该方法首先定义一个方波信号用来控制高压单元四个开关管的通断；然后定义正弦调制波和三角载波，将正弦调制波与方波信号相减后得到新的调制波，新的调制波与三角载波进行比较获得低压单元四个开关管的控制信号；通过调节方波信号的触发角，实现了各个单元输出功率的均衡。该方法有效解决了传统调制方法在部分调制比区间出现的由于各单元功率分配严重失衡，而导致系统工作不稳定的极端现象，均衡了各个H桥单元的负荷。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

直流侧电压比为2:1的Ⅱ型混合级联七电平逆变器的功率均衡控制方法，其中，Ⅱ型混合级联七电平逆变器由高压和低压两个H桥单元组成，高压单元工作在基频，由方波信号Va进行控制，低压单元工作在高频，其调制信号Vm由初始调制波Vref与方波信号Va相减后得到，通过调节方波信号的触发导通角a使高压和低压H桥单元输出电压基波幅值比为2:1从而达到功率均衡的目的。