[发明专利]三相三电平逆变器中点电位平衡及共模电压的抑制方法

说明书

本发明提供了一种三相三电平逆变器中点电位平衡及共模电压的抑制方法，涉及电力电子技术领域。包括：选用共模电压小的扇区基础电压矢量参与虚拟矢量的合成，将共模电压进行抑制；采取多种虚拟小矢量构成，使同一区域、相邻小区域及相邻大区域的脉冲序列平滑切换。在以上的基础上，通过实时检测直流侧分压电容端电压值以及负载侧三相电流值来改变虚拟矢量的幅值，进而改变虚拟矢量在一个载波周期内的作用时间，最终实现中点电位平衡和共模电压抑制。本发明由于选取多种虚拟矢量，在实现中点电位平衡和共模电压抑制的同时，还具有开关损耗低的特点。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种三相三电平逆变器中点电位平衡及共模电压的抑制方法。

背景技术

受限于目前开关器件电压等级，传统两电平变换器无法满足中、高电压等级电能变换的需求。三电平逆变器采用低压器件实现高压输出，避免了器件直接串联，谐波小、电磁干扰小。广泛应用于高压变频调速、新能源发电、电力系统、电气化交通等领域。

当前主流的三电平逆变器拓扑结构包括二极管箝位型三电平逆变器和T型三电平逆变器。两种拓扑结构原理类似，可采用完全相同的调制策略进行工作。由于直流分压电容的充放电不均衡，三电平逆变器存在中点电位不平衡问题。开关参数、直流母线电容参数的不一致以及死区的加入等等都会影响到中点电位的平衡，中点电位不平衡会导致输出波形畸变，直接影响到逆变器及其电机调速系统的稳定性。

由变换器系统产生的共模电压(CMV)是许多问题的根源之一，如电机传动、电机轴承等的损坏、存在电磁干扰(EMI)、引发破坏性的轴承电流等。如IEEE文献“A Space-VectorModulation Method for Common-Mode Voltage Reduction in Current-SourceConverters”(“一种用于电流源变换器降低共模电压的空间矢量调制方法”——2013年IEEE电力电子会报文集)所述。因此降低逆变器输出的共模电压对延长电机寿命起到了关键性作用。

常用的三相三电平逆变器中点电位平衡和共模电压抑制方法多采用虚拟电压矢量合成法。其中，关于虚拟电压矢量的合成，方法主要包括以下两种：

1)仅使用虚拟电压中矢量V_M，此方法可保持共模电压为零。但是，在直流侧分压电容的端电压存在偏差情形下，不具备中点电位平衡能力。如IEEE文献“New virtual spacevector modulation scheme to eliminate common-mode voltage with balancedneutral-point voltage for three-level NPC Inverters”(“三电平NPC逆变器的平衡中点电位且消除共模电压的新的虚拟空间矢量调制方案”——2017年IEEE亚洲未来能源电子会议)所述。

2)使用虚拟电压中矢量V_M和单一类型虚拟电压小矢量V′_S1，此方法可快速调节中点电位平衡，且共模电压得到了有效的抑制。但是，此方法在实现较强中点电位平衡能力的同时，也带来了开关损耗大的缺陷。如IEEE文献“Balancing control of neutral-pointvoltage for three-level T-type inverter based on hybrid variable virtualspace vector”(“基于混合变量虚拟空间矢量的T型三电平逆变器中点电压平衡控制”——2019年IET Power Electronics)所述。