一種二極體鉗位型五電平逆變器均壓控制方法
2023-05-11 18:17:31 1
一種二極體鉗位型五電平逆變器均壓控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種二極體鉗位型五電平逆變器均壓控制方法，該方法利用內六邊形6個有效矢量4種冗餘狀態對電容電壓的調節能力，以內六邊形的6個頂點為中心將五電平矢量圖分解為6個兩電平矢量圖，並通過區域劃分得到12個三角形區域，然後在每個三角形區域找出16個矢量序列並將其分為4組，最後根據矢量序列選擇規則選擇最佳矢量序列控制直流側電容電壓。該方法實現了二極體鉗位型五電平逆變器在高調製比時直流側電容電壓的平衡控制，算法不受逆變器功率因數的影響。
【專利說明】一種二極體鉗位型五電平逆變器均壓控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種二極體鉗位型五電平逆變器均壓控制方法，屬於電力電子領域。【背景技術】
[0002]在高壓大容量電力電子應用方面，多電平變換器技術與兩電平變換器相比具有電壓等級更高、電壓畸變率低、開關損耗小等優點，因此在高壓電機調速、靜止無功補償、新型直流輸電以及分布式發電等領域具有良好的應用前景。基本的多電平拓撲結構歸納起來有3種:H橋級聯型、二極體鉗位型和飛跨電容性。其中二極體鉗位型多電平逆變器由於結構簡單，無需複雜移相變壓器而更具有應用前景。
[0003]二極體鉗位型多電平存在的主要問題是直流側電容電壓不均衡，一個奇數次多電平會逐漸退變為三電平，而偶數次多電平會退變為兩電平。其中二極體鉗位型三電平變換器的電容均壓研究已經相當成熟，利用冗餘小矢量對中點電流的互補作用以及虛擬空間矢量方法等，而更高電平數的鉗位型多電平直流側電容電壓平衡目前還沒有成熟的方案。
[0004]二極體鉗位型五電平逆變器矢量圖由4個六邊形中心嵌套組成，內層六邊形含有6個有效矢量，每個矢量有4種冗餘狀態，而越外層六邊形冗餘矢量個數越少，其中最外層六邊形的冗餘矢量個數為零。當調製比較小時，傳統基於目標函數優化最近三矢量SVM均壓方法利用內兩層六邊形數量眾多的冗餘矢量進行均壓，而隨著調製比的增大，冗餘矢量個數減少，算法對直流側電容電壓的控制變差，表現為調製比越高，功率因數越小，當調製比接近I時，逆變器幾乎不能進行有功功率的輸出，極大地限制了二極體鉗位型五電平逆變器的應用。
【發明內容】
[0005]發明目的:本發明提出一種二極體鉗位型五電平逆變器均壓控制方法，實現了二極體鉗位型五電平逆變器在高調製比情況下直流側電容電壓地平衡控制。
[0006]技術方案:本發明採用的技術方案為一種二極體鉗位型五電平逆變器均壓控制方法，包括以下步驟:
[0007]I)對三相五電平矢量圖進行分解，劃分成多個兩電平矢量圖和多個三角形區域，並將參考矢量轉換到兩電平矢量圖中；
[0008]2)在每個三角形區域中找出多個矢量序列，並根據矢量序列的起始矢量將其分組；
[0009]3)根據電容充放電控制規律、電容電壓狀態以及矢量序列組別，得到矢量序列的選擇規則。
[0010]作為本發明的又一種改進，所述步驟I)包括以下步驟:
[0011]I)以內六邊形的6個頂點為中心將五電平矢量圖分解為6個兩電平矢量圖，通過區域劃分得到12個三角形區域；
[0012]2)根據參考矢量頂點的位置，判斷參考矢量所在三角形區域，通過變換求出兩電平矢量圖新參考矢量。
[0013]作為本發明的一種改進，所述步驟2)包括以下步驟:
[0014]I)在每個三角形區域找出16個矢量序列，要求矢量序列在一個開關周期內最多動作兩次；
[0015]2)根據矢量序列的起始矢量將16個矢量序列分為4組。
[0016]作為本發明的另一種改進，所述步驟3)包括以下步驟:
[0017]I)由二極體鉗位型五電平逆變器對輸出電平切換要求，判斷選擇矢量序列的組別；
[0018]2)判斷控制電流的極性確定對電容的充放電控制；
[0019]3)根據電容電壓確定電容電壓的狀態；
[0020]4)根據電容充放電控制規律、電容電壓狀態以及矢量序列組別，得到矢量序列的選擇規則。
[0021 ] 有益效果:本發明實現了 二極體鉗位型五電平逆變器在高調製比時直流側電容電壓的平衡控制，算法不受功率因數的影響。算法僅需進行簡單的邏輯判斷，實現簡單，消耗的時間少。本發明所提出的控制方法還具有良好的動態性能，電容電壓紋波小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為現有改進型二極體鉗位型五電平主電路拓撲；
[0023]圖2為三相五電平逆變器矢量圖；
[0024]圖3為冗餘矢量主電路工作情況；
[0025]圖4為扇區I矢量分解；
[0026]圖5為區間劃分與三角形分布；
[0027]圖6為第一三角形矢量分布；
[0028]圖7為矢量序列對應的驅動信號；
[0029]圖8為M=0.93情況下的仿真波形；
[0030]圖9為M=0.93情況下的實驗結果。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等同形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。
[0032]改進的二極體鉗位型五電平主電路拓撲如圖1所示。直流側由第一至第四電容器Cl?C4串聯構成5級電平，其中Rp為輔助均壓電阻，吸收電阻Rs、吸收二極體Ds和吸收電容Cs構成RCD吸收電路。逆變器的輸出Vxo (x=a，b，c)可以有5種電平(_2E，E，0，E，2E)，對應5種不同的工作狀態(O，I，2，3，4)。三相五電平逆變器有125個矢量，如圖2矢量圖所示，其中61個有效矢量，剩餘的為冗餘矢量。
[0033]考察圖2矢量圖中內層六邊形頂點的6個有效矢量，以帶圈的頂點為頂點1，逆時針旋轉依次為頂點2?6。以頂點I為例，4種冗餘狀態分別為(100)、(211)、(322)和(433)，其對應的主電路工作情況如圖3所示。通過分析可知，矢量(100)三相輸出通過第一電容Cl構成迴路，且與第二電容C2至第四電容C4無關，矢量(211)通過第二電容C2進行能量交換，而矢量(322)通過第三電容C3進行能量交換，最後矢量(433)通過第四電容C4構成迴路，並且流過電容器的電流均為ia，如ia > O則對電容放電，反之則對電容充電。因此，通過判斷ia的極性然後選擇合適的冗餘矢量即可實現對直流側電容電壓的控制。結合內六邊形的另外5個有效矢量，得控制規律如表1所示。
[0034]為了利用內六邊形冗餘矢量對電容電壓的調節能力，以內六邊形的6個頂點為中心對5L-DCC矢量圖進行分解得到6個兩電平矢量圖，然後將參考矢量變換到新的兩電平矢量圖進行計算。圖4為五電平逆變器矢量圖在扇區I的分解情況，以頂點I和2為中心分別得到圖4(a)和(b)所示兩個兩電平矢量圖。此時第一三角形(I)和第二三角形(2)在扇區I存在三角形CEF重疊部分，如圖5(a)所示。考慮對稱性，通過中分線ON進行劃分，ON右下區域OlANC劃分為第一三角形(1)，而ON左上區域02BNC劃分為第二三角形(2)。對扇區II~VI進行同樣的分解劃分，得到12個三角形區域的分布圖，如圖5(b)所示。
[0035]表1
【權利要求】
1.一種二極體鉗位型五電平逆變器均壓控制方法，其特徵在於，包括以下步驟: 1)對三相五電平矢量圖進行分解，劃分成多個兩電平矢量圖和多個三角形區域，並將參考矢量轉換到兩電平矢量圖中； 2)在每個三角形區域中找出多個矢量序列，並根據矢量序列的起始矢量將其分組； 3)根據電容充放電控制規律、電容電壓狀態以及矢量序列組別，得到矢量序列的選擇規則。
2.根據權利要求1所述的二極體鉗位型五電平逆變器均壓控制方法，其特徵在於，所述步驟I)包括以下步驟: O以內六邊形的6個頂點為中心將五電平矢量圖分解為6個兩電平矢量圖，通過區域劃分得到12個三角形區域； 2)根據參考矢量頂點的位置，判斷參考矢量所在三角形區域，通過變換求出兩電平矢量圖新參考矢量。
3.根據權利要求1所述的二極體鉗位型五電平逆變器均壓控制方法，其特徵在於，所述步驟2)包括以下步驟: 1)在每個三角形區域找出16個矢量序列，要求矢量序列在一個開關周期內最多動作兩次； 2)根據矢量序列的起始矢量將16個矢量序列分為4組。
4.根據權利要求1所述的二極體鉗位型五電平逆變器均壓控制方法，其特徵在於，所述步驟3)包括以下步驟: O由二極體鉗位型五電平逆變器對輸出電平切換要求，判斷選擇矢量序列的組別； 2)判斷控制電流的極性確定對電容的充放電控制； 3)根據電容電壓確定電容電壓的狀態； 4)根據電容充放電控制規律、電容電壓狀態以及矢量序列組別，得到矢量序列的選擇規則。
【文檔編號】H02M7/487GK103516245SQ201310305421
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年7月19日 優先權日:2013年7月19日
【發明者】趙劍鋒, 趙志宏, 張波, 彭倬 申請人:東南大學, 深圳市英威騰電氣股份有限公司