[发明专利]一种多电平变换器中点电位快速平衡控制系统及方法

说明书

本公开提供了一种多电平变换器中点电位快速平衡控制系统及方法，属于多电平变换器技术领域，通过实时检测上下电容电压值，并将其差值送入有限时间控制器，实时输出用于调节P/N型冗余小矢量作用时间的零序分量，并辅以零序注入简化型SVPWM调制策略，实时调整中点电位调节能力较强的小矢量的作用时间，最终实现了中点电位的快速平衡控制；本公开能够实现中点电位的快速平衡控制，有效减少了直流侧电容和功率回路开关管承受的电压应力，同时大幅降低了交流侧电压电流的谐波含量和对电网的谐波污染；同时本公开不依赖于系统模型，通用性强、灵活度高，且中点平衡速度更快、稳态误差更小、抗干扰能力更强。

技术领域

本公开涉及多电平变换器技术领域，特别涉及一种多电平变换器中点电位快速平衡控制系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

与传统三相两电平变换器拓扑相比，T型三电平变换器具有效率高、输出谐波低、电磁干扰小等优点；与中点钳位(Neutral Point Clamped，NPC)型三电平变换器相比，T型三电平变换器又具有器件数量更少(无需二极管)、开关损耗更低、热量分布更均匀、独立驱动电源数目更少等优点，已成为研究和应用的热点。在电动汽车或储能用充放电装备、新能源功率变换系统、电机拖动变流器系统等领域极具应用前景。

然而，由于开关器件和直流侧电容特性的不一致性及外界扰动，T型三电平变换器直流侧中点电位易出现直流偏差，即中点不平衡问题。这将会增大交流输出电压、电流的谐波含量，同时会加大功率回路开关器件的电压应力，甚至会损坏开关器件、击穿直流侧电容。因此，为了确保T型三电平变换器的安全可靠运行，必须确保变换器中点电位为直流侧电压的一半。

本公开发明人发现，为有效解决上述T型三电平变换器系统存在的中点电位不平衡问题，目前主要有硬、软两种解决方案。硬件方案主要包括：(1)上下电容电压分别由两路独立的直流电源单独供电；(2)用额外的变流器向电容中点注入或抽取电流。显然，硬件方案会增加系统成本和复杂度。软件方案主要包括：(1)基于比例P控制器的中点电位平衡控制方法；(2)基于比例-积分PI控制器的中点电位平衡控制方法；(3)基于无差拍控制器的中点电位平衡控制方法；(4)基于模型预测控制的中点电位平衡控制方法。然而，第(1)和第(2)种方法存在动态响应速度慢、稳态误差大、抗干扰能力差等缺点；第(3)和第(4)种方法中又存在受制于系统模型、对系统硬件参数依赖性强、通用性差等问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种多电平变换器中点电位快速平衡控制系统及方法，不依赖于系统模型，通用性强，灵活度高，与传统比例P控制器和比例-积分PI控制器相比，具有中点平衡速度快、稳态误差小和抗干扰能力强的优势。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种多电平变换器中点电位快速平衡控制系统。

一种多电平变换器中点电位快速平衡控制系统，包括FTC控制器、共模分量计算模块和SVPWM调制模块；

对多电平变换器的d轴调制信号和q轴调制信号进行坐标变换后分别得到abc坐标系下交流调制信号；

共模分量计算模块根据接收到的abc坐标系下交流调制信号，输出共模分量信号，共模分量信号分别与abc坐标系下交流调制信号叠加后，分别得到abc坐标系下的第一调制信号；

获取多电平变换器直流侧第一电容和第二电容的电压值，FTC控制器根据两者的差值输出调节量，所述调节量分别与abc坐标系下的第一调制信号叠加后，得到abc坐标系下的第二调制信号；

SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)调制模块根据abc坐标系下的第二调制信号和三角载波，输出T型多电平变换器的驱动信号。