半周期三相T型三电平变流器电容中点电压平衡控制策略的制作方法

本发明涉及电力电子领域，是一种半周期三相T型三电平变流器电容中点电压平衡控制策略。

背景技术：

三相T型三电平变流器具有开关损耗小、电能转换效率高、输出电流谐波含量少和所需滤波电感值小的优点，在光伏发电和风力发电等新能源发电领域得到广泛应用。然而，三相T型三电平变流器存在直流电容中点电压不平衡问题，理想情况下，两电容电压相等，均为1/2直流母线电压，实际工况下，两直流分压电容充放电不同步，导致两电容电压不相等，引起直流电容中点电压不平衡，造成逆变器输出电流波形质量恶化，图1为电容中点电压波动波形。当电容中点电压严重不平衡时，会造成直流滤波电容和桥臂上的开关管承受较高的直流电压，减少电容和开关管的工作寿命，最终导致电容击穿和开关管过压损坏。

现有针对三相T型三电平变流器正弦脉冲宽度调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)方法的电容中点电压平衡控制一般采用直流电容电压偏差前馈控制策略，但此控制策略只能应用在调制比较小的场合，且只对固定的输出功率均压效果好。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种科学合理，适用性强，应用范围广，效果佳的半周期三相T型三电平变流器电容中点电压平衡控制策略，通过改变均衡控制周期以及根据负载电流的幅值来动态调节控制参数，解决三相T型三电平变流器直流侧电容中点电压不平衡的问题，减小电容中点电压波动幅值，提高变流器输出电能质量。

解决其技术问题采用的技术方案是：一种半周期三相T型三电平变流器电容中点电压平衡控制策略，其特征是，它包括的内容有：

设一个开关周期起始时刻为t₀，中间时刻为t₁，结束时刻为t₂；

在每个开关周期起始时刻t₀采集变流器交流侧输出电流，得到a、b、c三相电流瞬时值i_a、i_b和i_c；

如果完成一个调制波周期的电流信号采集，则采用均方根算法计算电流有效值I_rms，计算公式为：其中，n为采样次数,i_kx为第k次电流采样值，x为a、b、c三相；

在每个开关周期的起始时刻t₀采集直流侧上下两电容电压，得到两电容电压分别为u_c10和u_c20，然后求出电容电压差值Δu_c0，公式为：Δu_c0＝u_c10-u_c20；

根据电流有效值计算增益系数k₀，对增益系数k₀和电压差值Δu_c0进行PI运算，得到电压控制参数u_ro0；

根据电流有效值对电压控制参数u_ro0进行限幅，得到新的电压控制参数u_ro0’，进而得到新的调制波u_rx0’，公式为：u_rx0’＝u_ro0’+u_rx，其中u_rx为原始调制波；

利用脉冲宽度调制原理，新的调制波u_rx0’与载波u_tr比较，得到前半周期驱动开关管的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)信号；

在每个开关周期的中间时刻t₁采集直流侧上下两电容电压，得到两电容电压分别为u_c11和u_c21，然后求出电容电压差值Δu_c1，公式为：Δu_c1＝u_c11-u_c21；

根据电流有效值计算增益系数k₁，对增益系数k₁和电压差值Δu_c1进行PI运算，得到电压控制参数u_ro1；

根据电流有效值对电压控制参数u_ro1进行限幅，得到新的电压控制参数u_ro1’，进而得到新的调制波u_rx1’，公式为：u_rx1’＝u_ro1’+u_rx，其中u_rx为原始调制波；

利用脉冲宽度调制原理，新的调制波u_rx1’与载波u_tr比较，得到后半周期驱动开关管的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)信号。

本发明的半周期三相T型三电平变流器电容中点电压平衡控制策略，通过每个开关周期进行两次电容中点电压平衡控制，并根据输出电流动态调节控制参数，有效减小了三相T型三电平变流器电容中点电压波动幅值，提高了输出电能质量。具有科学合理，适用性强，应用范围广等优点。

附图说明

图1是每个开关周期内的采样时刻；

图2是半周期三相T型三电平变流器电容中点电压平衡控制策略框图；

图3是电容中点电压波动波形示意图；

图4是依据本发明的控制策略控制变流器电容中点电压的波形示意图，在t＝1s时，控制策略起作用。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的三相T型三电平逆变器正弦脉冲宽度调制策略进行详细说明。

参照图1和图2，本发明的三相T型三电平逆变器正弦脉冲宽度调制策略，包括以下内容：

1)当变流器采用双载波同相型SPWM控制策略时，在一个载波周期内三相调制波u_ra、u_rb和u_rc与两个载波u_c1和u_c2进行比较得到各相共六个开关管PWM驱动信号T_A1、T_A2、T_B1、T_B2、T_C1和T_C2，控制各相开关管的开断。设一个开关周期起始时刻为t₀，中间时刻为t₁，结束时刻为t₂；

2)在每个开关周期的t₀时刻采集变流器交流侧输出电流，得到a、b、c三相电流瞬时值i_a、i_b和i_c。如果完成一个调制波周期的电流信号采集，则采用均方根算法计算电流有效值，计算公式为：其中，n为采用次数,i_kx为第k次电流采样值；

3)在每个开关周期的起始时刻t₀采集直流侧上下两电容电压，得到两电容电压分别为u_c10和u_c20。然后求出两电容电压差值Δu_c0，公式为：Δu_c0＝u_c10-u_c20。根据电流有效值计算增益系数k₀，对增益系数k₀和电压差值Δu_c0进行PI运算，得到电压控制参数u_ro0。根据电流有效值对电压控制参数u_ro0进行限幅，得到新的电压控制参数u_ro0’。将新的电压控制参数u_ro0’加入到原始调制波u_rx上，得到新的调制波u_rx0’。利用脉冲宽度调制原理，新的调制波u_rx0’与载波u_tr比较，得到前半周期驱动开关管的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)信号；

4)在每个开关周期的中间时刻t₁采集直流侧上下两电容电压，得到两电容电压分别为u_c11和u_c21。然后求出两电容电压差值Δu_c1，公式为：Δu_c1＝u_c11-u_c21。根据电流有效值计算增益系数k₁，对增益系数k₁和电压差值Δu_c1进行PI运算，得到电压控制参数u_ro1。根据电流有效值对电压控制参数u_ro1进行限幅，得到新的电压控制参数u_ro1’。将新的电压控制参数u_ro1’加入到原始调制波u_rx上，得到新的调制波u_rx1’。利用脉冲宽度调制原理，新的调制波u_rx1’与载波u_tr比较，得到后半周期驱动开关管的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)信号；

5)新的调制波包含均衡电容中点电压的直流分量，与载波比较后，生成的PWM信号驱动各相开关管开断。图3和图4分别为电容中点电压波动波形和在t＝1s时该控制策略起作用的波形示意图，可以看出，在均压控制策略作用之作用后，直流侧其波动幅值显著降低，实现了电容中点电压的平衡控制。

本发明的半周期三相T型三电平变流器电容中点电压平衡控制策略，在每个开关周期进行2次电容中点电压平衡控制，并根据输出电流动态调节控制参数，有效减小三相T型三电平变流器电容中点电压波动幅值，提高了输出电能质量。同时该策略不用检测电容中点电流，不用判断桥臂工作状态，只需检测电容电压即可实现电容中点电压平衡控制，其控制简单、实现成本低。

本发明不局限于本具体实施方式，对于本领域技术人员来说，不经过创造性劳动的简单复制和改进均属于本发明权利要求所保护的范围。