一種三電平逆變器中點平衡電路控制算法的製作方法

2023-05-12 13:29:42 2

本發明涉及一種三電平逆變器中點平衡電路控制算法，屬於電力電子及新能源技術領域。

背景技術：

隨著分布式能源併網的普及，併網系統的核心部分逆變器的應用技術也日益提高，目前以三電平拓撲結構的逆變器有著併網諧波小、成本低、應用範圍廣等優點，但不管二極體箝位式或t型三電平逆變器都存在中點電壓不平衡問題，影響交流側輸出波形，在電壓偏移嚴重時，三電平逆變器可能會退化為二電平結構，繼而導致直流側電容過壓損壞。因此二極體箝位式三電平逆變器中點電壓平衡控制方法的研究具有重要的理論意義和工程應用前景，目前已有的中點電壓平衡方法主要分為調製算法平衡和硬體電路平衡，兩種方法均能在一定條件下起到良好的平衡效果，但各自又仍有以下一些缺點：

1）目前的調製算法平衡多採用正負小矢量平衡方法，但該方法在使用中會影響七段式svpwm的梯形波，在擾動大的情況下難以達到理想的平衡效果，並可能增加併網諧波含量。

2）硬體電路平衡直接對直流側電容c1、c2進行充放電，通常效果比調製算法平衡穩定，但傳統的硬體電路平衡方法所給功率管的驅動波形是定佔空比的方波，雖然佔空比的最小值可由元件參數計算得到，但該方法不具有抗幹擾能力，直流側兩個電容上電壓uc1、uc2的波形仍會出現畸變。

3）硬體電路平衡方法會增加成本，不適合大功率器件。

因此，對目前情況複雜的小功率分布式電源併網三電平逆變器，研究一種新的閉環硬體電路平衡算法，能夠可靠保證直流側兩個電容上電壓uc1、uc2的平衡，從而減少併網波形出現畸變的概率。

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缺陷，提供一種三電平逆變器中點平衡電路控制算法，可以有效抑制微網三電平逆變器中點電位偏移情況，有一定抗擾動能力，使直流側電容電壓波形穩定，並易於實現，具有良好的應用前景。

為解決上述技術問題，本發明提供一種三電平逆變器中點平衡電路控制算法，包括數字晶片、傳感電路、驅動電路以及三電平併網電路，其特徵是，還包括平衡電路，所述數字晶片分別與傳感電路以及驅動電路連接，傳感電路、驅動電路再分別與平衡電路連接，平衡電路還連接所述三電平併網電路；

所述平衡電路由電感l1、l2，功率管sf1、sf2和二極體d1、d2組成，c1、c2為三電平逆變器直流側電容，其中，c1與sf1、l1串聯構成c1的充電電路，c1與l2、d2串聯構成c1的放電電路，sf1與驅動電路pwm1腳相連，驅動電路與數字晶片相連，c1與傳感電路相連，電壓傳感電路與數字晶片相連，同理，c2與sf2、l2串聯構成c2的充電電路，c2與l1、d1串聯構成c2的放電電路，sf2與驅動電路pwm2腳相連，c2與傳感電路相連，傳感電路與數字晶片相連。

進一步的，所述傳感電路採用電壓傳感電路。

進一步的，所述平衡電路通過比較三電平變流器直流側兩個電容上電壓uc1、uc2的大小，判斷平衡電路上的上下功率器件sf1、sf2的導通順序，再將偏高項直流側電容電壓與電源電壓的一半作差，經數字晶片的pi控制器處理後與三角波比較產生驅動信號，驅動功率器件sf1或sf2開關，使直流側電容c1、c2合理充放電。

進一步的，所述pi控制器採用模糊控制器、pid控制器或滑模變狀態控制器。

進一步的，所述功率管sf1、sf2的開關頻率依據給定的三角波決定。

進一步的，所述二極體採用續流二極體。

進一步的，所述平衡電路控制算法既適用於二極體箝位式三電平逆變器，也適用於t型三電平逆變器。

本發明所達到的有益效果：

本發明提供的一種三電平逆變器中點平衡電路控制算法，可以有效抑制微網三電平逆變器中點電位偏移情況，有一定抗擾動能力，使直流側電容電壓波形穩定，並易於實現，具有良好的應用前景。

附圖說明

圖1是本發明的一種三電平逆變器中點平衡電路控制算法的系統框圖。

圖2是本發明的一種三電平逆變器中點平衡電路控制算法的原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。

如圖1所示，一種三電平逆變器中點平衡電路控制算法的系統框圖，算法通過數字晶片dsp、傳感電路、驅動電路實現。

平衡電路與三電平併網電路連接，平衡電路由兩個電感l1、l2，兩個功率管sf1、sf2和兩個續流二極體d1、d2組成，其中，c1與sf1、l1串聯構成c1的充電電路，c1與l2、d2串聯構成c1的放電電路，sf1與驅動電路pwm1腳相連，驅動電路以hcpl3120為例，驅動電路與數字晶片dsp相連，dsp以f28335為例，c1與電壓傳感電路相連，電壓傳感器以hnv025a為例，與dsp的a/d口連接，同理c2與sf2、l2串聯構成c2的充電電路，c2與l1、d1串聯構成c2的放電電路，sf2與驅動電路pwm2腳相連，驅動電路與數字晶片相連，c2與電壓傳感電路相連，電壓傳感電路與數字晶片相連。

具體的連接關係為：圖中sf1和sf2的1極、2極以及3極分別表示功率管的集電極、門極、發射極，sf1的門極分別接c1一端和d2負極，c1另一端分別接l1一端、l2一端和c2一端，d2正極分別接l2另一端和sf2的門極；

sf1的發射極分別接d1負極和l1另一端，d1正極分別接c2另一端和sf2的發射極；

sf1的集電極接驅動電路的pwm1，sf2的集電極接驅動電路的pwm2，所述c1和c2分別與所述電壓傳感電路連接，用於檢測c1和c2的電壓大小；平衡電路的d2負極和sf2的發射極與三電平併網電路相連，使平衡電路接入三電平逆變器主電路，為三電平逆變器主電路提供穩定的直流側電源。

如圖2所示，一種三電平逆變器中點平衡電路控制算法的原理圖，由傳感電路得到三電平變流器直流側兩個電容上電壓uc1、uc2的值，通過比較uc1、uc2的大小，判斷平衡電路上的上下功率器件sf1、sf2的導通順序，再將偏高項直流側電容電壓與電源電壓的一半作差，經pi控制器處理後與三角波比較產生驅動信號，驅動信號通過驅動電路控制功率器件sf1或sf2開關，使直流側電容c1、c2合理充放電，上述操作通過在數字晶片dsp內編程完成。

本發明提供的一種三電平逆變器中點平衡電路控制算法，充分利用中點平衡電路的特性，通過控制原理和數字處理晶片，可以有效抑制微網三電平逆變器中點電位偏移情況，有一定抗擾動能力，使直流側電容電壓波形穩定，並易於實現，具有良好的應用前景。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護範圍。