一种五电平逆变器中点平衡控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种五电平逆变器中点平衡控制方法及系统，包括：检测V2Pos和V2Neg；由V2Pos和V2Neg的差经过预定调节算法获得二电平中点电压平衡调节结果Vout；将网侧三相桥臂电压指令Vx分别叠加正向零序偏移量获得总的第一正负母线充电电流差I1；将Vx分别叠加负向零序偏移量获得总的第二正负母线充电电流差I2；正向零序偏移量和负向零序偏移量预先获得；Vx为修正前的三相桥臂电压指令；根据Vout、I1和I2的大小确定叠加的偏移量V1，修正后的三相桥臂电压指令Vx1为：Vx1＝V0+Vx，V0＝V1*|Vout|；确保正负母线在工作时保持对称，消除因中点电压偏移造成的开关管动作过程中电压应力过高的风险。
【专利说明】一种五电平逆变器中点平衡控制方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏发电【技术领域】，特别涉及一种五电平逆变器中点平衡控制方法及 系统。
【背景技术】
[0002] 在光伏发电系统中，五电平逆变器相对于二电平和三电平逆变器具有更低的并网 电流纹波和更低的开关损耗，因此，在同样的输出滤波器大小下具有更低的并网电流总谐 波失真（THD，Total Harmonic Distortion)和更高的效率。
[0003] 但是，五电平逆变器与三电平逆变器类似，同样存在中点电位偏移的问题，造成开 关管的电压应力不对称，从而使得某些开关管在开关过程中承受过高的电压，甚至可能造 成炸毁。因此，为了保证开关管的安全，需要控制五电平逆变器中点平衡。
[0004] 参见图1，该图为现有技术中的光伏发电系统示意图。
[0005] 在光伏发电系统中，包括PV阵列100、Boost变换器200、逆变器300、输出滤波器 400和变压器500。
[0006] 从图1中可以看出，五电平逆变器中相比三电平逆变器多增加了一组直流母线： PV阵列正负输入母线。因此，对于五电平逆变器，需要平衡的母线电压有两组：总正负直流 母线对中性点电压V2Pos和V2Neg ;PV阵列正负输入母线对中性点电压VIPos和VINeg。
[0007] 网侧和Boost变换器侧的开关状态和电流对中点电位均有影响，五电平逆变器中 开关组合比三电平中多，因此，三电平逆变器的中点平衡控制方法并不适用于五电平逆变 器中。
[0008] 因此，本领域技术人员需要提供一种五电平逆变器中点平衡控制方法及系统，能 够平衡五电平逆变器的中点电压，保护整个系统的安全性。
【发明内容】
[0009] 本发明要解决的技术问题是提供一种五电平逆变器中点平衡控制方法及系统，能 够平衡五电平逆变器的中点电压，保护整个系统的安全性。
[0010] 本发明实施例提供一种五电平逆变器中点平衡控制方法，应用于五电平光伏逆变 系统中，该系统包括：PV阵列、第一 Boost电路、第二Boost电路、五电平逆变器；第一电容、 第二电容、第三电容和第四电容；所述PV阵列的正输出端连接所述五电平逆变器的+1电 平输入端，所述PV阵列的负输出端连接所述五电平逆变器的-1电平输入端，所述第一电容 的两端分别连接所述PV阵列的正输出端和五电平逆变器的0电平输入端，所述第二电容 的两端分别连接所述PV阵列的负输出端和五电平逆变器的0电平输入端；所述第一 Boost 电路的输入端连接所述PV阵列的正输出端，所述第一 Boost电路的输出端连接五电平逆变 器的+2电平输入端，所述第二Boost电路的输入端连接所述PV阵列的负输出端，所述第二 Boost电路的输出端连接五电平逆变器的-2电平输入端，所述第三电容的两端分别连接所 述第一 Boost电路的输出端和所述0电平输入端，所述第四电容的两端分别连接所述第二 Boost电路的输出端和所述0电平输入端；该方法包括：
[0011] 检测所述第三电容上的+2电平电压V2Pos和第四电容上的-2电平电压V2Neg;
[0012] 由所述V2Pos和V2Neg的差经过预定调节算法获得二电平中点电压平衡调节结果 Vout ；
[0013] 将所述逆变器的网侧三相桥臂电压指令Vx分别叠加正向零序偏移量获得总的第 一正负母线充电电流差II ;将所述逆变器的网侧三相桥臂电压指令分别叠加负向零序偏 移量获得总的第二正负母线充电电流差12 ;所述正向零序偏移量和负向零序偏移量预先 获得；Vx为修正前的三相桥臂电压指令；x为a、b和c ;
[0014] 需要说明的是，所述正向零序偏移量和负向零序偏移量预先获得具体为：根据 Vx的幅值来选取正向零序偏移量和负向零序偏移量，例如Vx的幅值最大值为+1，最小值 为-1，如果当前Vx的幅值为0. 8,则正向零序偏移量就取0. 2,即0. 8与最大值+1之间的差 值。
[0015] 根据Vout、Il和12的大小确定叠加的偏移量VI，修正后的三相桥臂电压指令Vxl 为：Vxl = V0+Vx，其中 VO = Vl*|Vout| ;
[0016] 判断Vout>0,且11>12时，所述VI选取所述正向偏移量；
[0017] 判断Vout>0,且11〈12时，所述VI选取所述负向偏移量；
[0018] 判断Vout〈0,且IDI2时，所述VI选取所述负向偏移量；
[0019] 判断Vout〈0,且11〈12时，所述VI选取所述正向偏移量。
[0020] 优选地，当所述逆变器工作在五电平模式时，所述II = 2IxP()sl-2：IxNegl，12 = Z IxPos2_ Z IxNeg2 ;其中，X为a、b和C ; I xP()sl、IxP()s2为二相的正母线电流，I xNeg2、IxNegl为二相的 负母线电流；
[0021] 将Vx与VIPos进行比较，当Vx>VlP〇s时，所述IxPQSl、1咖2和I xNeg2、IxNegl由公式 (1)获得；
【权利要求】
1. 一种五电平逆变器中点平衡控制方法，其特征在于，应用于五电平光伏逆变系统中， 该系统包括：PV阵列、第一Boost电路、第二Boost电路、五电平逆变器；第一电容、第二电 容、第三电容和第四电容；所述PV阵列的正输出端连接所述五电平逆变器的+1电平输入 端，所述PV阵列的负输出端连接所述五电平逆变器的-1电平输入端，所述第一电容的两端 分别连接所述PV阵列的正输出端和五电平逆变器的0电平输入端，所述第二电容的两端分 别连接所述PV阵列的负输出端和五电平逆变器的0电平输入端；所述第一Boost电路的输 入端连接所述PV阵列的正输出端，所述第一Boost电路的输出端连接五电平逆变器的+2 电平输入端，所述第二Boost电路的输入端连接所述PV阵列的负输出端，所述第二Boost 电路的输出端连接五电平逆变器的-2电平输入端，所述第三电容的两端分别连接所述第 一Boost电路的输出端和所述0电平输入端，所述第四电容的两端分别连接所述第二Boost 电路的输出端和所述〇电平输入端；该方法包括： 检测所述第三电容上的+2电平电压V2Pos和第四电容上的-2电平电压V2Neg; 由所述V2Pos和V2Neg的差经过预定调节算法获得二电平中点电压平衡调节结果Vout； 将所述逆变器的网侧三相桥臂电压指令Vx分别叠加正向零序偏移量获得总的第一正 负母线充电电流差Il;将所述逆变器的网侧三相桥臂电压指令分别叠加负向零序偏移量 获得总的第二正负母线充电电流差12 ;所述正向零序偏移量和负向零序偏移量预先获得； Vx为修正前的三相桥臂电压指令；X为a、b和c; 根据Vout、Il和12的大小确定叠加的偏移量VI，修正后的三相桥臂电压指令Vxl为：Vxl=VO+Vx，其中VO=VI*IVoutI; 判断Vout>0,且11>12时，所述Vl选取所述正向偏移量； 判断Vout>0,且11〈12时，所述Vl选取所述负向偏移量； 判断Vout〈0,且11>12时，所述Vl选取所述负向偏移量； 判断Vout〈0,且11〈12时，所述Vl选取所述正向偏移量。
2. 根据权利要求1所述的五电平逆变器中点平衡控制方法，其特征在于，当所述逆变 器工作在五电平模式时，所述Il= 2IxP()sl-2IxNegl，I2= 2 1_2-2 1_2;其中4为3、13和 C ;IXP〇Sl、IXP〇S2为三相的正母线电流，IXNeg2、Itfegl为三相的负母线电流； 将Vx与VlPos进行比较，当Vx>VlP〇S时，所述IxP()Sl、IxP(^PIxNeg2、IxNegl由公式⑴获 得；
其中，Ix为网侧三相电流； 当VxCVIPos时，将Vx与-VlNeg进行比较，当Vx〈(-VlNeg)时，所述Ixpqs1、Ixpqe^P IxNeg2、ΙχΝ_?公式⑵获得；
当Vx〈VlP〇S 时，且VxX-VlNeg)时，所述IxPQSl、Ixpt^PIxNeg2、1.81由公式⑶获得；
3. 根据权利要求1所述的五电平逆变器中点平衡控制方法，其特征在于，当所述逆变 器工作在三电平模式时，所述Il=ΣΙχΡ()3?-ΣΙχΝε8?，Ι2= 2 1_2-2 1_2;其中4为3、13和 c;IxptjsI、Ixptjs^三相的正母线电流，IxNeg2、IxNeg$三相的负母线电流； 将Vx与O进行比较，当VxX)时，所述IxP()Sl、Ixpt^PIxNeg2、IxNegl由公式（4)获得；
其中，Ix为网侧三相电流； 当Vx〈0 时，所述IxPQSl、1_2和IxNeg2、IxNegl由公式（5)获得；
4. 根据权利要求2所述的五电平逆变器中点平衡控制算法，其特征在于，还包括：检测 所述第一电容上的+1电平电压VIPos、第二电容上的-1电平电压VlNeg;将所述VlPos和 VINeg、均与二分之一的PV阵列输出电压指令进行比较，根据比较结果分别控制正PV母线 电压和负PV母线电压。
5. 根据权利要求1所述的五电平逆变器中点平衡控制算法，其特征在于，所述预定调 节算法为以下的任意一种：比例调节算法、比例积分调节算法和比例积分微分调节算法。
6. -种五电平逆变器中点平衡控制设备，其特征在于，应用于五电平光伏逆变系统中， 该系统包括：PV阵列、第一Boost电路、第二Boost电路、五电平逆变器；第一电容、第二电 容、第三电容和第四电容；所述PV阵列的正输出端连接所述五电平逆变器的+1电平输入 端，所述PV阵列的负输出端连接所述五电平逆变器的-1电平输入端，所述第一电容的两端 分别连接所述PV阵列的正输出端和五电平逆变器的0电平输入端，所述第二电容的两端分 别连接所述PV阵列的负输出端和五电平逆变器的0电平输入端；所述第一Boost电路的输 入端连接所述PV阵列的正输出端，所述第一Boost电路的输出端连接五电平逆变器的+2 电平输入端，所述第二Boost电路的输入端连接所述PV阵列的负输出端，所述第二Boost 电路的输出端连接五电平逆变器的-2电平输入端，所述第三电容的两端分别连接所述第 一Boost电路的输出端和所述0电平输入端，所述第四电容的两端分别连接所述第二Boost 电路的输出端和所述〇电平输入端；该设备包括：正负二电平检测模块、正负二电平调制模 块和正负二电平中点平衡模块； 所述正负二电平检测模块，用于检测所述第三电容上的+2电平电压V2Pos和第四电容 上的-2电平电压V2Neg; 所述正负二电平调制模块，用于由所述V2Pos和V2Neg的差经过调节算法获得二电平 中点电压平衡调节结果Vout; 所述正负二电平中点平衡模块，用于将所述逆变器的网侧三相桥臂电压指令Vx分别 叠加正向零序偏移量获得总的第一正负母线充电电流差Il;将所述逆变器的网侧三相桥 臂电压指令分别叠加负向零序偏移量获得总的第二正负母线充电电流差12 ;所述正向零 序偏移量和负向零序偏移量预先获得；Vx为修正前的三相桥臂电压指令；X为a、b和c;根 据Vout、Il和12的大小确定叠加的偏移量VI，修正后的三相桥臂电压指令Vxl为：Vxl= VO+Vx，其中VO=Vl*|Vout| ;判断Vout>0,且IDI2时，所述Vl选取所述正向偏移量；判断 Vout>0,且11〈12时，所述Vl选取所述负向偏移量；判断Vout〈0,且11>12时，所述Vl选取 所述负向偏移量；判断Vout〈0,且11〈12时，所述Vl选取所述正向偏移量。
7. 根据权利要求6所述的五电平逆变器中点平衡控制设备，其特征在于，所述正负二 电平中点平衡模块包括：第一电流获得子模块； 当所述逆变器工作在五电平模式时，所述Il= 2IxP()sl-2IxNegl，12 =ΣΙχΡ()32-ΣΙχΝε82; 其中，χ为a、b和c;IxP()sl、1_2为三相的正母线电流，IxNeg2、IxNeg$三相的负母线电流； 所述第一电流获得子模块，用于将Vx与VlPos进行比较，当Vx>VlP〇s时，所述IxP()Sl、 IxPos2矛口IxNeg2、IxNegl由公式⑴获得；
其中，Ix为网侧三相电流； 当VxCVIPos时，将Vx与-VlNeg进行比较，当Vx〈 (-VlNeg)时，所述Ixpqs1、Ixpqe^PIxNeg2、ΙχΝ_?公式⑵获得；
当Vx〈VlP〇S 时，且VxX-VlNeg)时，所述IxPQSl、Ixpt^PIxNeg2、1.81由公式⑶获得；
8. 根据权利要求6所述的五电平逆变器中点平衡控制设备，其特征在于，所述正负二 电平中点平衡模块包括：第二电流获得子模块； 当所述逆变器工作在三电平模式时，所述Il= 2IxP()sl-2IxNegl，12 =ΣΙχΡ()32-ΣΙχΝε82; 其中，χ为a、b和c;IxP()sl、1_2为三相的正母线电流，IxNeg2、IxNeg$三相的负母线电流； 所述第二电流获得子模块，用于将Vx与0进行比较，当Vx>0时，所述IxP()Sl、IxptjsJP IxNeg2、IxNegl由公式⑷获得；
其中，Ix为网侧三相电流； 当Vx〈0 时，所述IxPQSl、1_2和IxNeg2、IxNegl由公式（5)获得；
9. 根据权利要求7所述的五电平逆变器中点平衡控制设备，其特征在于，还包括：正负 一电平检测模块和正负一电平调制模块； 所述正负一电平检测模块，用于检测所述第一电容上的+1电平电压VIPos、第二电容 上的-1电平电压VlNeg; 所述正负一电平调制模块，用于将所述VlPos和VINeg、均与二分之一的PV阵列输出电 压指令进行比较，根据比较结果分别控制正PV母线电压和负PV母线电压。
10. 根据权利要求9所述的五电平逆变器中点平衡控制设备，其特征在于，所述预定调 节算法为以下的任意一种：比例调节算法、比例积分调节算法和比例积分微分调节算法。
【文档编号】H02M7/483GK104467499SQ201510001239
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2015年1月4日 优先权日:2015年1月4日
【发明者】丁杰, 邹海晏, 陶磊, 徐涛涛, 张 成 申请人:阳光电源股份有限公司