[发明专利]单相三电平变换器中点电位平衡控制方法、控制器及系统

说明书

本发明属于单相三电平变换器领域，提供了单相三电平变换器中点电位平衡控制方法、控制器及系统，其中，该控制方法包括生成标幺化后的参考电压矢量并判断其所在扇区；选择扇区内两个电压矢量作为基本电压矢量参与参考电压矢量的合成，根据每个扇区选择的基本电压矢量来获取矢量作用次序并计算其在一个开关周期内的时间分配；生成PWM信号。其解决了传统SVPWM调制策略在三电平NPC变换器中点电位平衡控制的不足，提高了变流器的工作性能，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于单相三电平变换器控制领域，尤其涉及一种单相三电平变换器中点电位平衡控制方法、控制器及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

多电平变换器具有耐压等级高、输出谐波小等优势，广泛应用于电动汽车充放电、新能源发电、电机拖动等领域。其中二极管钳位式的三电平变换器，又名中性点钳位变换器(Neutral Point Clamped，NPC)，是应用较多的方案之一。但是，三电平NPC变换器存在固有的中点电位不平衡问题，表现为直流侧上下电容电压存在偏差，会导致直流侧输出电压的中低次谐波含量变大，增大开关管电压应力，甚至损坏开关管，导致系统崩溃。

尤其是在电动汽车直流充电系统中，由于不同车型的动力电池包的电压、容量各不相同，负载不平衡的工况时有出现，必然会加重三电平NPC变换器的中点电位不平衡问题。优化调制策略是解决这一问题的有效手段。SVPWM调制方法具有电压利用率高、矢量选择灵活等优点备受青睐。

但是，发明人发现，由于传统SVPWM中点电位平衡算法在每个开关周期II、III扇区内，采用零矢量和冗余小矢量作为基本电压矢量合成参考电压矢量，而零矢量无调节中点电位的能力，因此，只能依靠冗余小矢量对中点电位进行调节。也就是说，在II、III扇区内，冗余小矢量的作用时间远小于开关周期，大大限制了系统对中点电位的调节能力，在负载不平衡时该问题会更为严重。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种单相三电平变换器中点电位平衡控制方法、控制器及系统，其基于半周期反向矢量进行空间矢量调制，可实现单相三电平NPC变换器在负载平衡和不平衡工况下的中点电位平衡控制。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供一种单相三电平变换器中点电位平衡控制方法。

一种单相三电平变换器中点电位平衡控制方法，包括：

生成标幺化后的参考电压矢量并判断其所在扇区；

选择扇区内两个电压矢量作为基本电压矢量参与参考电压矢量的合成，根据每个扇区选择的基本电压矢量来获取矢量作用次序并计算其在一个开关周期内的时间分配；其中，两个基本电压矢量的选取方式为：

当参考电压矢量位于I扇区或IV扇区时，采用最近矢量原则选择相应的两个基本电压矢量；当参考电压矢量位于II扇区或III扇区时，将扇区的冗余小矢量的反向矢量代替零矢量作为合成参考电压矢量的其中一个基本电压矢量；

生成PWM信号。

本发明的第二个方面提供一种单相三电平变换器中点电位平衡控制器。

一种单相三电平变换器中点电位平衡控制器，包括：

参考电压矢量生成及扇区判断模块，其用于生成标幺化后的参考电压矢量并判断其所在扇区；

时间分配模块，其用于选择扇区内两个电压矢量作为基本电压矢量参与参考电压矢量的合成，根据每个扇区选择的基本电压矢量来获取矢量作用次序并计算其在一个开关周期内的时间分配；其中，两个基本电压矢量的选取方式为：