专利名称：三电平变流器的中点电位平衡控制方法
技术领域：
本发明涉及三电平变流器，尤其涉及一种三电平变流器的中点电位平衡控制方法。
背景技术：
在电力电子的大功率应用场合中，多电平变流器由于其开关器件承受的电压低，输出电压谐波含量小，开关频率低等优点，得到了越来越广泛的应用。三电平结构是其中应用最为广泛的一种。但是，由于三电平变流器的直流侧是通过两个电容器组串联的，所以在实际应用过程中往往会造成两个电容器组的电压不平衡，导致不平衡的原因主要有1)不同开关管 的开通关断时间不同；2)电容或者电感的参数不对称；3)直流母排结构设计上的硬件不对称所导致的杂散电感不对称；4)采样环节的精度误差和延时；5)控制环节的精度误差和延时。两个电容器组的电压不平衡会导致器件过压和损坏，从而破坏设备的正常运行。目前主要采用滞环控制、平均中点电流控制等方法去调节中点电位。但是，这些控制方法对负载的工作状况依赖程度高，要求负载工作在完全平衡状态。然而实际应用中，负载难以达到完全平衡的工作状态，因此控制精度不高，中点电位仍然会在交大范围内波动，并且在中点电位中引入大量的高频分量。特别是对于负载的暂态波动过程，在控制过程中，动态响应慢、鲁棒性差，不能保证三电平变流器平滑、稳定地运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于三电平变流器的中点电位平衡控制方法，该控制方法精度高，能有效解决三电平变流器直流侧的两个电容器组的电压不平衡问题，使三电平变流器能够平滑、安全、稳定地运行。实现上述目的的技术方案是—种三电平变流器的中点电位平衡控制方法，包括下列步骤步骤一，实时检测所述三电平变流器的三相电压U⑴和三相电流i⑴，以及其直流侧的两组电容器组的电压Vdc;1(t) Vdc2 (t)；步骤二，由公式Audc(t) = |Vdcl(t)_Vdc2(t) |，求得所述两组电容器组的电压Vdcl(t)和vdc;2(t)之间的电压差Λ udc;(t)，然后将电压差Aud。⑴通过PI (比例-积分)调节器，由
公式A (Z) = K取(/) ty￡ (Ο/'γ)计算得到调整因子k⑴，其中，Kp为比例系数，Ti为时
间积分常数，t为时间，O ^ τ步骤三，根据获得的调整因子k(t)，对用于控制所述三电平变流器的SVPWM (空间矢量脉宽调制)脉冲发生模块的脉冲信号进行调整，以此实现对三电平变流器的中点电位的平衡控制。
上述的三电平变流器的中点电位平衡控制方法，其中，所述步骤三中，所述的对SVPWM脉冲发生模块的脉冲信号进行调整是指利用调整因子k(t)调节正负小矢量的相对作用时间。本发明的有益效果是本发明通过引入PI调节器控制调整因子，通过调整因子对脉冲信号进行调整，从而使得整个系统实现连续调节，保证了在调节或者过度过程中三电平变流器的运行更加平滑；同时，本发明通过增加PI调节器引入负反馈，使得在控制上可以达到较以往滞环控制更高的精度，也使得三电平变流器更加稳定地运行。
图I为三电平变流器主电路图；图2为本发明控制原理示意图；
图3为三电平SVPWM矢量调制的第一扇区矢量图；图4a和图4b分别为三电平变流器使用本发明所述控制方法前后的直流侧两电容器组电压差效果图。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明作进一步说明。请参阅图1，为三电平变流器的主电路图，由串联的两个电容器组C1和C2、六个二极管D1-D6以及对应三相(A、B、C)的三组同样的四个开关管(SA1-SA4、Sm-Sb4和Sci-Sc4)构成，本实施例中，开关管(SA「SA4、SM-SBdP Sa-Sc4)均为IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。其中，Ρ、0、Ν三点分别为两个电容器组C1和C2串联支路上的三点，如图1，P、0点为C1的两端点，
O、N点为C2的两端点，O点为C1和C2的交点。请参阅图2，为本发明的原理示意图，三电平变流器的中点电位平衡控制方法包括下列步骤步骤一，实时检测三电平变流器的三相电压u (t)和三相电流i⑴，以及其直流侧的两组电容器组C1和C2的电压Vdca⑴和Vtk2⑴；步骤二，由公式I ,求得两组电容器组C1和C2的电压Vdcl (t)和Vtk2⑴之间的电压差Διι&α)，然后将电压差AutJt)通过PI调节器，由公式
叫)=^\ (/) + + ]^〃 :(印「)计算得到调整因子k(t)，同时将调整因子k(t)限幅在区间；其中，Kp为比例系数，Ti为时间积分常数，t为时间,0彡τ彡t ;步骤三，根据获得的调整因子k(t)，对用于控制三电平变流器的SVPWM脉冲发生模块的脉冲信号进行调整，以此实现对三电平变流器的中点电位的平衡控制，三电平变流器的三相电压u (t)和三相电流i⑴输入SVPWM脉冲发生模块；在三电平SVPWM的矢量控制方法中，是通过控制正负小矢量的作用时间来调整中点电压的，即根据小矢量作用时相电流的方向，判断该小矢量对直流电容电压的影响(增大/降低)。因此，上述的“根据获得的调整因子k(t)，对用于控制所述三电平变流器的SVPWM脉冲发生模块的脉冲信号进行调整，”是指利用调整因子k(t)调节正负小矢量的相对作用时间，从而达到控制中点电压的作用。下列为具体的实施步骤
图3为三电平SVPWM矢量调制的第一扇区矢量图，有6个小扇区(图3中I到6标出)，图中，ia、ib和i。分别表示A、B、C三相流入中点的电流J0表示零矢量；VM表示零矢量的投影；VU、'2表示大矢量；VS1表示、Vs2表示中矢量；以图3中第一大扇区里的第I小扇区为例来介绍调整因子k(t)对脉冲信号进行调整的具体流程，如下结合图I中的P、O、N三点，对于第I小扇区来说，可以看出其三个电压合成矢量分别为000，POO或00N，以及PPO或00P，假设其矢量的顺序为P00, 000, 00N, ONN, 00N, 000, POO0先计算在不考虑调整因子k (t)的情况下每个矢量的作用时间，计算如下\
权利要求
1.一种三电平变流器的中点电位平衡控制方法，其特征在于，包括下列步骤 步骤一，实时检测所述三电平变流器的三相电压U (t)和三相电流i (t)，以及其直流侧的两组电容器组的电压Vdc;1(t) Vdc2 (t)； 步骤二，由公式Λ udc (t) = I Vdcl (t) -Vdc2 (t) I，求得所述两组电容器组的电压Vdca⑴和Vtk2 (t)之间的电压差Audc;(t)，然后将电压差AutJt)通过PI调节器，由公式啡)=&+计算得到调整因子k(t)，其中，Kp为比例系数，Ti为时间积分常数，t为时间,0彡τ彡t ; 步骤三，根据获得的调整因子k(t)，对用于控制所述三电平变流器的SVPWM脉冲发生模块的脉冲信号进行调整，以此实现对三电平变流器的中点电位的平衡控制。
2.根据权利要求I所述的三电平变流器的中点电位平衡控制方法，其特征在于，所述步骤三中，所述的对SVPWM脉冲发生模块的脉冲信号进行调整是指利用调整因子k(t)调节正负小矢量的相对作用时间。
全文摘要
本发明公开了一种三电平变流器的中点电位平衡控制方法，包括步骤实时检测变流器三相电压和三相电流，以及直流侧两电容器组的电压信号；根据检测信号得到的两电容器组之间电压差，并通过PI调节器得到调整因子；根据获得的调整因子对脉冲信号进行调整，从而对三电平变流器的中点电位进行控制。本发明的控制方法精度高，能有效解决三电平变流器直流侧的两个电容器组的电压不平衡问题，使三电平变流器能够平滑、安全、稳定地运行。
文档编号H02M7/483GK102969923SQ20121048916
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者张鲁华, 吴竞之, 陈国栋, 马成斌, 董祖毅 申请人:上海电气集团股份有限公司