用于三电平电力变换器的中点电位平衡控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种三电平电力变换器的控制方法，具体涉及一种用于三电平电力变换器的中点电位平衡控制方法。
【背景技术】
[0002]与传统两电平变换器相比，三电平电力变换器具有功率器件承受电压应力小、电压变化率dv/dt小、输出波形谐波特性好、开关频率低和效率高等优点，特别适用于高压大容量功率变换场合。但是，三电平电力变换器在运行过程中，其直流电容的中点电位会发生波动，若不加以适当的限制，中点电位的波动会导致三电平电力变换器输出性能的降低、甚至会引发三电平电力变换器的功率模块过压烧毁等严重故障。因此，需要对三电平电力变换器的中点电位波动进行适当控制。
[0003]目前，对于基于空间矢量控制的三电平电力变换器的中点电位平衡控制问题，文献 1 (ANew Simplified Space-Vector PWM Method for Three-Level Inverters, IEEETrans.Power Electronics, Vol.16, N0.4, July 2001)指出可以米用改变开关顺序(Changing the Switching Sequence)和重新排列冗余电压矢量的时间分布(Rearrangingthe time distribut1n of redundant voltage vectors)两种方法对三电平电力变换器的中点电位进行平衡控制。第一种方法是通过改变由三电平电力变换器的期望输出电压构成的参考电压矢量所在主扇区编号来改变最终的输出电平组合(即输出电平组合的改变是通过改变开关序列来实现)，算法简单、易于实现；第二种方法根据三电平电力变换器的中点电位偏移情况对对三电平电力变换器的小矢量作用时间进行调整，使得在对应于小矢量的中点电流的作用下三电平电力变换器的中点电位偏移得到抑制，但该方法较为复杂、计算量相对第一种方法要大。
[0004]文献1在阐述第一种方法时，仅是指出当负载电流(此处的负载电流即后文中的中点电流)流出直流电容时，负载电流对下电容放电，同时对上电容充电；反之亦然。因此可根据中点电位偏移情况来改变主扇区编号。但是，但每个PWM(脉冲宽度调制)周期内，三电平电力变换器具有多种不同的输出电平组合，相应的具有多种不同的中点电流情况:中点电流可能是流入直流电容器，也可能是流出电容器；对应不同输出电平组合的中点电流的大小也通常是不同的。因此，在一个PWM周期内，对应于不同输出电平组合的中点电流对三电平电力变换器的中点电位的总的作用并不能简单地根据中点电流是流入或是流出直流电容器来判定。因此，虽然文献1指出了可以通过改变参考电压矢量所在主扇区编号来实现对三电平电力变换器的中点电位进行平衡控制，但并未给出切实可行的实现方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基于选定参考电压矢量所在主扇区编号的三电平电力变换器中点电位平衡控制方法，该方法根据对应于不同输出电平组合的中点电流对三电平电力变换器的中点电位的总的作用的判定结果以及三电平电力变换器的中点电位的偏移情况选择适当的参考电压矢量所在主扇区编号实现对三电平电力变换器的中点电位进行平衡控制。
[0006]为解决上述技术问题，本发明用于三电平电力变换器的中点电位平衡控制方法为:
[0007]当由三电平电力变换器的期望输出电压构成的参考电压矢量位于相邻主扇区的重叠区域中时，选中主扇区，使得选中主扇区中为合成所述参考电压矢量所需的合成电压矢量中，非冗余输出电平组合所对应的中点电流与其作用时间的积分的代数和，与未选中主扇区中为合成所述参考电压矢量所需的合成电压矢量中，非冗余输出电平组合所对应的中点电流与其作用时间的积分的代数和之间的差值的符号，与所述三电平电力变换器中点电位的偏移折算出的电荷数量符号相同；和/或当由三电平电力变换器的期望输出电压构成的参考电压矢量位于相邻主扇区的重叠区域中时，选中主扇区，使得选中主扇区中为合成所述参考电压矢量所需的合成电压矢量中，非冗余输出电平组合所对应的中点电流的符号，与未选中主扇区中为合成所述参考电压矢量所需的合成电压矢量中，非冗余输出电平组合所对应的中点电流的符号相反，且选中主扇区中为合成所述参考电压矢量所需的合成电压矢量中小矢量所对应的输出电平组合中，与同一小矢量对应的两个输出电平组合中仅有其中一个出现的输出电平组合所对应的中点电流对三电平电力变换器的中点电位的作用将减小三电平电力变换器已有的中点电位偏移；所述非冗余输出电平组合是指:小矢量所对应的输出电平组合中对应于同一小矢量的两个输出电平组合中仅有其中一个出现的输出电平组合。
[0008]所述中点电流的正方向定义为由三电平电力变换器流入直流电容的方向。
[0009]所述三电平电力变换器中点电位的偏移折算出的电荷数量Q是按照下式完成的:
[0010]Q = CdcX Δ V0/2
[0011]其中，Cdc是三电平电力变换器直流侧电容器的容量；
[0012]Δ V。是三电平电力变换器的中点电位偏移量，且Λ V。= (Vp0-V0N)/2 ；
[0013]VP0和VQN分别是三电平电力变换器直流侧的正端P与直流侧电容器中点0间的电压和三电平电力变换器直流侧电容器中点0与直流侧的负端N间的电压。
[0014]所述中点电流对三电平电力变换器的中点电位的作用是指中点电流从三电平电力变换器直流侧电容器的中点0向其注入电荷或由中点0从三电平电力变换器中抽取电荷时，所导致的中点0的电位的变化。
[0015]本发明可以达到的技术效果是:
[0016]通过给出一种针对与不同输出电平组合相对应的中点电流对三电平电力变换器的中点电位的总的作用的切实可行的判定方法以及基于判定结果和三电平电力变换器的中点电位的偏移情况的三电平电力变换器中点电位平衡控制方法，简单、便捷地实现了对三电平电力变换器中点电位的平衡控制。
【附图说明】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
[0018]图1是三电平电力变换器的空间矢量图。
【具体实施方式】
[0019]图1给出了三电平电力变换器的空间矢量图，可见，三电平电力变换器的空间矢量共计19个，包括1个零矢量(V。)、6个小矢量％?V6)、6个中矢量(V7?V12)、6个大矢量(V13?V19)。零矢量(V。)对应3个输出电平组合，每个小矢量对应2个输出电平组合，每个中矢量和每个大矢量均对应1个输出电平组合，共计27种输出电平组合。例如:对应于小矢量V。的输出电平组合为0ΝΝ和P00，此处的P、0和N是指三电平电力变换器的交流侧三相(X相、Y相和Z相)输出的正电压P、零电压0和负电压N。
[0020]为了对三电平电力变换器进行SVPWM(空间矢量脉宽调制，Space Vector PulseWidth Modulat1n)，通常是将图1所示的、由三电平电力变换器的空间矢量构成的空间矢量图进行区域划分。例如，将由以零矢量为中心、6个大矢量为顶点的六边形划分成6个小六边形(后续亦称之为主扇区)，每个小六边形都是由以某一小矢量为中心点、以零矢量以及与该作为中心点的小矢量相邻的2个小矢量、2个中矢量和1个大矢量为顶点连线组成的六边形。6个小六边形依次编号为1?6，称之为主扇区编号，以小矢量I为中心的小六边形编号为1，以小矢量^为中心的小六边形编号为2，以此类推。显然，相邻小六边形存在重叠区域。对于编号为1和2的小六边形，其重叠区域为由顶点m和V2为顶点的菱形区域，其它重叠区域的确定可参照进行。
[0021]接下来以由三电平电力变换器的期