一種抑制三電平逆變器中點電位偏移裝置的製作方法

2023-12-05 23:59:11 3

專利名稱：一種抑制三電平逆變器中點電位偏移裝置的製作方法
技術領域：
—種抑制三電平逆變器中點電位偏移裝置技術領域[0001]本實用新型屬於電力電子領域，涉及一種抑制三電平逆變器中點電位偏移裝置。
技術背景[0002]三電平逆變器具有結構緊湊，輸出電壓電流諧波含量低，開關管所承受的電壓僅 為直流母線電壓的一半等優點。所以在中高電壓大功率場合得到廣泛應用。[0003]三電平逆變器存在一個固有的缺點，即存在中點電壓不平衡問題。中點電壓不平 衡會造成嚴重的危害逆變器輸出電壓波形發生畸變；開關器件承受的電壓不均衡；直流 側電容的電壓波動降低了電容的壽命。為了使逆變器能夠正常工作，應努力使得中點電壓 保持平衡。[0004]抑制中點電位偏移的方法有硬體和軟體兩大類。單從軟體出發抑制中點電位偏移 將會增加控制的複雜性。單從硬體出發抑制中點電位平衡將會增加大量元器件使成本增 加。因此，本領域中亟待提出一種從硬體和軟體兩方面相結合從而能有效抑制三電平逆變 器中點電位的偏移的裝置。實用新型內容[0005]本實用新型提供一種抑制三電平逆變器中點電位偏移裝置，從軟體和硬體兩方面 出發有效三電平逆變器抑制中點電位偏移，從而達到正負母線上電壓的平衡。[0006]本實用新型通過以下技術方案實現，一種三電平逆變器中點電位平衡控制裝置， 所述裝置，用於控制三電平逆變器的中點電位平衡，該裝置包括三電平逆變器、電壓採集 單元、比例積分控制單元、脈寬控制單元以及電壓調節單元，其中[0007]電壓採集單元，用於獲取母線上電容電壓和母線下電容電壓，所述電壓採集單元 輸入端與三電平逆變器的母線及母線中點端子連接；[0008]比例積分控制單元，用於對母線上電容電壓與母線下電容電壓差進行比例積分處 理，所述比例積分控制單元的輸入端與電壓採集單元的輸出端連接；[0009]脈寬控制單元，用於根據比例積分處理結果產生脈寬調製信號從而控制電壓調節 單元，所述脈寬控制單元的輸入端與比例積分控制單元的輸出端連接；[0010]電壓調節單元，用於根據脈寬調製信號調節母線上下電容電壓，以使中點電位平 衡，所述電壓調節單元的輸入端與脈寬控制單元的輸出端連接。[0011]特別的，所述比例積分控制單元進一步包括[0012]計算模塊，用於根據母線上電容電壓和母線下電容電壓計算三電平逆變器中點電 壓偏移量，所述計算模塊的輸入端與電壓採集單元的輸出端連接；[0013]核心控制模塊，用於對中點電壓偏移量進行比例積分處理，產生比例積分控制量， 所述核心控制模塊的輸入端與計算模塊的輸出端連接，所述核心控制模塊的輸出端為比例 積分控制單元的輸出端。[0014]特別的，所述脈寬控制單元進一步包括[0015]微調模塊，用於判斷中點電壓偏移量大小決定是否對比例積分控制量減半達到對 母線上下電容電壓進行微調，所述微調模塊輸入端與比例積分控制單元輸出端連接；[0016]調製模塊，用於根據比例積分控制量產生兩路互補的脈寬調製信號，所述調製模 塊的輸入端與微調模塊的輸出端連接，調製模塊輸出端為脈寬控制單元的輸出端。[0017]特別的，所述電壓調節單元進一步包括兩個功率開關管、兩個二極體、一個電感、 兩組母線電容，其中[0018]兩組母線電容串聯跨接在直流母線上，兩個功率開關管串聯跨接在直流母線上， 兩個二極體分別與兩個功率開關管反向並聯，電感L跨接在兩組母線電容中點與兩功率開 關管中點間。[0019]特別的，所述裝置利用兩路互補的脈寬調製信號分別控制電壓調節單元中的兩開關管。[0020]特別的，所述電壓調節單元具體包括當第一電容兩端電壓+BUS大於第二電容兩 端電壓-BUS時，增加控制第一開關管的調製信號脈寬同時減小控制第二開關管的調製信 號的脈寬；當第一電容兩端電壓+BUS小於第二電容兩端電壓-BUS時，減小控制第一開關管 的調製信號脈寬同時增大控制第二開關管的調製信號脈寬。[0021]本實用新型通過採取軟體和硬體相結合的方式來抑制三電平逆變器中點電位偏 移，結構和控制均比較簡單，提高了三電平逆變器的穩定性。


[0022]圖1是實施例所述抑制三電平逆變器中點電位偏移裝置系統結構框圖；[0023]圖2是實施例所述比例積分控制單元模塊框圖；[0024]圖3是實施例所述脈寬控制單元模塊框圖；[0025]圖4是本實用新型優選實施例所述電壓調節單元電路原理圖。
具體實施方式
[0026]
以下結合附圖和具體實施實例對本實用新型進一步說明。[0027]圖1是本實施例所述抑制三電平逆變器中點電位偏移裝置系統結構框圖，如圖1 所示，本實用新型所述三電平逆變器中點平衡控制裝置包括三電平逆變器(圖中未示出)、 電壓採集單元101、比例積分控制單元102、脈寬控制單元103和電壓調節單元104，其中，上 述單元依此相連接。[0028]電壓採集單元101，用於獲取母線上電容電壓和母線下電容電壓，所述電壓採集單 元輸入端與三電平逆變器的母線及母線中點端子連接；[0029]比例積分控制單元102，用於對母線上電容電壓與母線下電容電壓差進行比例積 分處理，所述比例積分控制單元102的輸入端與電壓採集單元101的輸出端連接；[0030]脈寬控制單元103，用於產生脈寬調製信號，所述脈寬控制單元的輸入端與比例積 分控制單元102的輸出端連接；[0031 ] 電壓調節單元104，用於調節母線上下電容電壓使中點電位平衡，所述電壓調節單 元104的輸入端與脈寬控制單元103的輸出端連接。[0032]圖2是實施例所述比例積分控制單元模塊框圖，如圖2所示，所述比例積分控制單元102進一步包括[0033]計算模塊201，用於根據母線上電容電壓和母線下電容電壓計算三電平逆變器中 點電壓偏移量，所述計算模塊201的輸入端與電壓採集單元101的輸出端連接；[0034]核心控制模塊202，用於對中點電壓偏移量進行比例積分處理，產生比例積分控制 量，所述核心控制模塊202的輸入端與計算模塊201的輸出端連接，所述核心控制模塊202 的輸出端為比例積分控制單元102的輸出端。[0035]圖3是實施例所述脈寬控制單元模塊框圖，如圖3所示，所述脈寬控制單元103進 一步包括[0036]微調模塊301，用於判斷中點電壓偏移量大小決定是否對比例積分控制量減半達 到對母線上下電容電壓進行微調，所述微調模塊301輸入端與比例積分控制單元102輸出 端連接；[0037]調製模塊302，用於根據比例積分控制量產生兩路互補的脈寬調製信號，所述調製 模塊302的輸入端與微調模塊301的輸出端連接，調製模塊302輸出端為脈寬控制單元103 的輸出端。[0038]圖1-3所述三電平逆變器中點平衡控制裝置中各單元、模塊的工作原理如下[0039]S1、電壓採集單元獲取母線上電容電壓和母線下電容電壓；[0040]S2、比例積分控制單元對母線上電容電壓與母線下電容電壓差進行比例積分處 理；[0041]進一步，所述比例積分控制單元通過計算三電平逆變器中點電壓偏移量，對中點 電壓偏移量進行比例積分處理，產生比例積分控制量。[0042]S3、脈寬控制單元根據比例積分處理結果產生脈寬調製信號，用於控制電壓調節 單元；[0043]進一步，所述脈寬控制單元通過判斷中點電壓偏移量大小決定是否對比例積分控 制量減半以達到對母線上下電容電壓進行微調，並根據比例積分控制量產生兩路互補的脈 寬調製信號。[0044]S4、電壓調節單元根據脈寬調製信號調節母線上下電容電壓，以使中點電位平衡。[0045]作為優選實施例，下面結合圖4對本實用新型做出進一步說明。[0046]圖4是本實用新型所述電壓調節單元104電路原理圖，如圖4所示，所述電壓調節 單元104包括兩個功率開關管Ql、Q2、兩個二極體Dl、D2、一個電感L、兩組母線電容Cl、 C2。兩組母線電容C1、C2串聯跨接在直流母線上，兩個功率開關管Q1、Q2串聯跨接在直流 母線上，兩個二極體D1、D2分別與兩個功率開關管Q1、Q2反向並聯，電感L跨接在兩組母線 電容C1、C2中點與兩功率開關管Ql、Q2中點間。[0047]作為優選實施例，本實用新型中，電壓採集單元101採集電容Cl兩端電壓+BUS和 電容C2兩端電壓-BUS (如圖4所示)。[0048]比例積分控制單元102的輸入端與電壓採集單元101輸出端連接，對電容Cl、C2 兩端電壓之差進行比例積分運算得到比例積分控制量。[0049]脈寬控制單元103根據比例積分控制量產生輸出兩路互補的脈寬調製信號，控制 所述電壓調節單元104。[0050]進一步，圖4中所示，兩路互補的脈寬調製信號分別控制電壓調節單元104中的兩開關管Q1、Q2，當電容Cl兩端電壓+BUS大於電容C2兩端電壓-BUS時，增加控制開關管Ql 的調製信號脈寬同時減小控制開關管Q2的調製信號的脈寬；當電容Cl兩端電壓+BUS小於 電容C2兩端電壓-BUS時，減小控制開關管Ql的調製信號脈寬同時增大控制開關管Q2的 調製信號脈寬。[0051]當母線上(即正母線)電壓+BUS大於母線下(即負母線)電壓-BUS時，開關管Ql開 通、開關管Q2關斷，電容Cl向電感L轉移能量；當開關管Ql關斷、開關管Q2開通時，電感 L中電流通過二極體D2續流，電感L中的儲能轉移至電容C2中，經過一段時間調節，最終 母線上電容電壓+BUS和母線下電容電壓-BUS的電壓會達到平衡；當正母線電壓+BUS小於 負母線電壓-BUS時，開關管Q2開通、開關管Ql關斷，電容C2向電感L轉移能量；當開關管 Q2關斷、開關管Ql開通時，電感L中電流通過二極體Dl續流，電感L中的儲能轉移至電容 Cl中，經過一段時間調節，最終正母線電壓+BUS和負母線電壓-BUS的電壓會達到平衡。[0052]採取上述方案，本實用新型採取軟體和硬體相結合的方式能有效抑制三電平逆變 器中點電位偏移，結構和控制均比較簡單，提高了三電平逆變器的穩定性。[0053]以上僅是針對本實用新型的具體實施例及其技術原理所做的說明，而並非對本實 用新型的技術內容所進行的限制，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型所公開的 技術範圍內，所容易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍內。
權利要求1.一種抑制三電平逆變器中點電位偏移裝置，用於抑制三電平逆變器的中點電位偏移，其特徵在於，該裝置包括三電平逆變器、電壓採集單元、比例積分控制單元、脈寬控制單元以及電壓調節單元，其中電壓採集單元，用於獲取母線上電容電壓和母線下電容電壓，所述電壓採集單元輸入端與三電平逆變器的母線及母線中點端子連接；比例積分控制單元，用於對母線上電容電壓與母線下電容電壓差進行比例積分處理， 所述比例積分控制單元的輸入端與電壓採集單元的輸出端連接；脈寬控制單元，用於根據比例積分處理結果產生脈寬調製信號從而控制電壓調節單元，所述脈寬控制單元的輸入端與比例積分控制單元的輸出端連接；電壓調節單元，用於根據脈寬調製信號調節母線上下電容電壓，以使中點電位平衡，所述電壓調節單元的輸入端與脈寬控制單元的輸出端連接。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述比例積分控制單元進一步包括計算模塊，用於根據母線上電容電壓和母線下電容電壓計算三電平逆變器中點電壓偏移量，所述計算模塊的輸入端與電壓採集單元的輸出端連接；核心控制模塊，用於對中點電壓偏移量進行比例積分處理，產生比例積分控制量，所述核心控制模塊的輸入端與計算模塊的輸出端連接，所述核心控制模塊的輸出端為比例積分控制單元的輸出端。
3.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述脈寬控制單元進一步包括微調模塊，用於判斷中點電壓偏移量大小決定是否對比例積分控制量減半達到對母線上下電容電壓進行微調，所述微調模塊輸入端與比例積分控制單元輸出端連接；調製模塊，用於根據比例積分控制量產生兩路互補的脈寬調製信號，所述調製模塊的輸入端與微調模塊的輸出端連接，調製模塊輸出端為脈寬控制單元的輸出端。
4.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述電壓調節單元進一步包括兩個功率開關管、兩個二極體、一個電感、兩組母線電容，其中兩組母線電容串聯跨接在直流母線上，兩個功率開關管串聯跨接在直流母線上，兩個二極體分別與兩個功率開關管反向並聯，電感L跨接在兩組母線電容中點與兩功率開關管中點間。
5.如權利要求1-4之一所述的裝置，其特徵在於所述裝置利用兩路互補的脈寬調製信號分別控制電壓調節單元中的兩開關管。
6.如權利要求5所述的裝置，其特徵在於所述電壓調節單元具體包括當第一電容兩端電壓+BUS大於第二電容兩端電壓-BUS 時，增加控制第一開關管的調製信號脈寬同時減小控制第二開關管的調製信號的脈寬；當第一電容兩端電壓+BUS小於第二電容兩端電壓-BUS時，減小控制第一開關管的調製信號脈寬同時增大控制第二開關管的調製信號脈寬。
專利摘要本實用新型適用於電力電子領域，涉及一種抑制三電平逆變器中點電位偏移裝置。所述裝置包括三電平逆變器、電壓採集單元、比例積分控制單元、脈寬控制單元、電壓調節單元。本實用新型所提供的中點電位平衡裝置通過實時檢測母線上下電容電壓然後對其進行比例積分控制處理生成控制量，並根據該控制量對電壓調節單元功率管的脈寬調製佔空比進行調節。本實用新型具有結構簡單，控制實現簡便，控制效果與逆變系統的調製比及功率因素無關，可以將中點電位控制在一個比較小的範圍內。
文檔編號H02M7/537GK202841000SQ201220448570
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月4日 優先權日2012年9月4日
發明者王律明, 張志紅, 陳東 申請人:江蘇中航動力控制有限公司