半周期三相T型三電平變流器電容中點電壓平衡控制策略的製作方法
2023-06-03 05:08:46 2
本發明涉及電力電子領域，是一種半周期三相T型三電平變流器電容中點電壓平衡控制策略。
背景技術：
三相T型三電平變流器具有開關損耗小、電能轉換效率高、輸出電流諧波含量少和所需濾波電感值小的優點，在光伏發電和風力發電等新能源發電領域得到廣泛應用。然而，三相T型三電平變流器存在直流電容中點電壓不平衡問題，理想情況下，兩電容電壓相等，均為1/2直流母線電壓，實際工況下，兩直流分壓電容充放電不同步，導致兩電容電壓不相等，引起直流電容中點電壓不平衡，造成逆變器輸出電流波形質量惡化，圖1為電容中點電壓波動波形。當電容中點電壓嚴重不平衡時，會造成直流濾波電容和橋臂上的開關管承受較高的直流電壓，減少電容和開關管的工作壽命，最終導致電容擊穿和開關管過壓損壞。
現有針對三相T型三電平變流器正弦脈衝寬度調製(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)方法的電容中點電壓平衡控制一般採用直流電容電壓偏差前饋控制策略，但此控制策略只能應用在調製比較小的場合，且只對固定的輸出功率均壓效果好。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種科學合理，適用性強，應用範圍廣，效果佳的半周期三相T型三電平變流器電容中點電壓平衡控制策略，通過改變均衡控制周期以及根據負載電流的幅值來動態調節控制參數，解決三相T型三電平變流器直流側電容中點電壓不平衡的問題，減小電容中點電壓波動幅值，提高變流器輸出電能質量。
解決其技術問題採用的技術方案是：一種半周期三相T型三電平變流器電容中點電壓平衡控制策略，其特徵是，它包括的內容有：
設一個開關周期起始時刻為t0，中間時刻為t1，結束時刻為t2；
在每個開關周期起始時刻t0採集變流器交流側輸出電流，得到a、b、c三相電流瞬時值ia、ib和ic；
如果完成一個調製波周期的電流信號採集，則採用均方根算法計算電流有效值Irms，計算公式為：其中，n為採樣次數,ikx為第k次電流採樣值，x為a、b、c三相；
在每個開關周期的起始時刻t0採集直流側上下兩電容電壓，得到兩電容電壓分別為uc10和uc20，然後求出電容電壓差值Δuc0，公式為：Δuc0＝uc10-uc20；
根據電流有效值計算增益係數k0，對增益係數k0和電壓差值Δuc0進行PI運算，得到電壓控制參數uro0；
根據電流有效值對電壓控制參數uro0進行限幅，得到新的電壓控制參數uro0』，進而得到新的調製波urx0』，公式為：urx0』＝uro0』+urx，其中urx為原始調製波；
利用脈衝寬度調製原理，新的調製波urx0』與載波utr比較，得到前半周期驅動開關管的脈衝寬度調製(Pulse Width Modulation,PWM)信號；
在每個開關周期的中間時刻t1採集直流側上下兩電容電壓，得到兩電容電壓分別為uc11和uc21，然後求出電容電壓差值Δuc1，公式為：Δuc1＝uc11-uc21；
根據電流有效值計算增益係數k1，對增益係數k1和電壓差值Δuc1進行PI運算，得到電壓控制參數uro1；
根據電流有效值對電壓控制參數uro1進行限幅，得到新的電壓控制參數uro1』，進而得到新的調製波urx1』，公式為：urx1』＝uro1』+urx，其中urx為原始調製波；
利用脈衝寬度調製原理，新的調製波urx1』與載波utr比較，得到後半周期驅動開關管的脈衝寬度調製(Pulse Width Modulation,PWM)信號。
本發明的半周期三相T型三電平變流器電容中點電壓平衡控制策略，通過每個開關周期進行兩次電容中點電壓平衡控制，並根據輸出電流動態調節控制參數，有效減小了三相T型三電平變流器電容中點電壓波動幅值，提高了輸出電能質量。具有科學合理，適用性強，應用範圍廣等優點。
附圖說明
圖1是每個開關周期內的採樣時刻；
圖2是半周期三相T型三電平變流器電容中點電壓平衡控制策略框圖；
圖3是電容中點電壓波動波形示意圖；
圖4是依據本發明的控制策略控制變流器電容中點電壓的波形示意圖，在t＝1s時，控制策略起作用。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明的三相T型三電平逆變器正弦脈衝寬度調製策略進行詳細說明。
參照圖1和圖2，本發明的三相T型三電平逆變器正弦脈衝寬度調製策略，包括以下內容：
1)當變流器採用雙載波同相型SPWM控制策略時，在一個載波周期內三相調製波ura、urb和urc與兩個載波uc1和uc2進行比較得到各相共六個開關管PWM驅動信號TA1、TA2、TB1、TB2、TC1和TC2，控制各相開關管的開斷。設一個開關周期起始時刻為t0，中間時刻為t1，結束時刻為t2；
2)在每個開關周期的t0時刻採集變流器交流側輸出電流，得到a、b、c三相電流瞬時值ia、ib和ic。如果完成一個調製波周期的電流信號採集，則採用均方根算法計算電流有效值，計算公式為：其中，n為採用次數,ikx為第k次電流採樣值；
3)在每個開關周期的起始時刻t0採集直流側上下兩電容電壓，得到兩電容電壓分別為uc10和uc20。然後求出兩電容電壓差值Δuc0，公式為：Δuc0＝uc10-uc20。根據電流有效值計算增益係數k0，對增益係數k0和電壓差值Δuc0進行PI運算，得到電壓控制參數uro0。根據電流有效值對電壓控制參數uro0進行限幅，得到新的電壓控制參數uro0』。將新的電壓控制參數uro0』加入到原始調製波urx上，得到新的調製波urx0』。利用脈衝寬度調製原理，新的調製波urx0』與載波utr比較，得到前半周期驅動開關管的脈衝寬度調製(Pulse Width Modulation,PWM)信號；
4)在每個開關周期的中間時刻t1採集直流側上下兩電容電壓，得到兩電容電壓分別為uc11和uc21。然後求出兩電容電壓差值Δuc1，公式為：Δuc1＝uc11-uc21。根據電流有效值計算增益係數k1，對增益係數k1和電壓差值Δuc1進行PI運算，得到電壓控制參數uro1。根據電流有效值對電壓控制參數uro1進行限幅，得到新的電壓控制參數uro1』。將新的電壓控制參數uro1』加入到原始調製波urx上，得到新的調製波urx1』。利用脈衝寬度調製原理，新的調製波urx1』與載波utr比較，得到後半周期驅動開關管的脈衝寬度調製(Pulse Width Modulation,PWM)信號；
5)新的調製波包含均衡電容中點電壓的直流分量，與載波比較後，生成的PWM信號驅動各相開關管開斷。圖3和圖4分別為電容中點電壓波動波形和在t＝1s時該控制策略起作用的波形示意圖，可以看出，在均壓控制策略作用之作用後，直流側其波動幅值顯著降低，實現了電容中點電壓的平衡控制。
本發明的半周期三相T型三電平變流器電容中點電壓平衡控制策略，在每個開關周期進行2次電容中點電壓平衡控制，並根據輸出電流動態調節控制參數，有效減小三相T型三電平變流器電容中點電壓波動幅值，提高了輸出電能質量。同時該策略不用檢測電容中點電流，不用判斷橋臂工作狀態，只需檢測電容電壓即可實現電容中點電壓平衡控制，其控制簡單、實現成本低。
本發明不局限於本具體實施方式，對於本領域技術人員來說，不經過創造性勞動的簡單複製和改進均屬於本發明權利要求所保護的範圍。