一种采用shepwm的t型三电平逆变器中点电压平衡控制方法
【技术领域】
[00011本发明涉及一种采用SHEP丽的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法。
【背景技术】
[0002] 伴随着光伏发电系统在内的分布式能源大规模接入低压配电网，电网对并网逆变 器输出电流波形质量提出更高的要求，传统两电平并网逆变器很难满足大电网高电能质量 要求。T型三电平并网逆变器的出现解决了上述问题，如图1所示，和传统两电平相比，该逆 变器具有谐波小、开关损耗低、电磁干扰小等优点；和传统二极管钳位型三电平逆变器相 比，该逆变器具有开关数目少、导通损耗小和功率损耗均匀等优点；且T型三电平逆变器开 关频率在4kHz到30kHz之间效率最高。因此T型三电平逆变器已经广泛应用到光伏发电和微 电网等分布式发电场合，而中点电压平衡问题是T型三电平逆变器稳定运行的关键。
[0003] 相比于正弦脉宽调制（SPffM)和空间矢量脉宽调制（SVPWM)调制，特定谐波消除法 (SHEPffM)具有开关频率低、开关损耗小、输出电压质量好及损耗小等一系列优点，适用于大 功率场合，是一种电力电子领域中经常用来消除低次谐波的调制方法。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决上述问题，提出了一种采用SHEPWM的T型三电平逆变器中点电压 平衡控制方法，本发明基于T型三电平拓扑和SHEPffM调制策略，对三电平逆变器的关键技术 进行了研究，针对逆变器直流侧的中点电压平衡问题进行详细的分析，针对SHEPffM和T型三 电平逆变器的优点，提出一种采用SHEPffM的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法。系统 由传统SHEPffM相关公式计算出开关角度，然后在传统三相SHEPWM的调制后增加了一个小矢 量替换系统，通过测量逆变器中点电压来确定是否替换逆变器的小矢量的开关状态来调节 中点平衡。所提出的方法不影响逆变器输出的线电压波形，所以具有和传统SHEPWM相同的 消除低次谐波的功能，且可以维持中点电压平衡，能使T型三电平逆变器稳定高效运行。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种采用SHEP丽的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法，包括以下步骤：
[0007] (1)根据需要消除的谐波次数的个数确定每个周期的开关角个数；
[0008] (2)基于多目标粒子群优化方法求解特定谐波消除脉宽调制的开关角度，生成相 应的特定谐波消除脉宽调制信号；
[0009] (3)采集T型三电平逆变器的中点电压；
[0010] (4)对信号进行优化，若T型三电平逆变器的中点电压在阈值范围内，则不改变开 关状态，使其直接作用于三电平逆变器;否则替换小矢量开关状态，对特定谐波消除脉宽调 制信号进行改写。
[0011]所述步骤(1)中，每四分之一个周期中的开关角个数为需要消去的谐波次数加1。 [0012]如果要消除N-I个特定的谐波分量，则要设置N个开关角，就能构成N个独立的方 程，从而在选择基波幅值的同时，还可以消除N-I个希望消除的谐波分量。
[0013]所述步骤⑵中，采用多目标粒子群优化(MOPSO)算法求解三电平特定谐波消除脉 宽调制开关角。
[0014] 所述步骤(4)中，采集中点电压，如果小矢量开关状态出现，通过检测中点电压来 确定是否替换小矢量;当小电压矢量开关状态没有出现时，不改变开关状态。
[0015] 进一步的，所述步骤(4)中，小矢量开关状态出现且中点电压的绝对值大于中点电 压阈值时，若中点电压大于零，开关状态被改变为N型小矢量;若中点电压小于零，开关状态 被改变为P型小矢量，当中点电压的绝对值小于中点电压阈值时，开关状态不改变。
[0016] 应用于T型三电平逆变器的特定谐波消除系统，包括特定谐波消除脉宽调制信号 发生器、小矢量控制器、开关组、PWM信号发生器和T型三电平逆变器，其中，所述特定谐波消 除脉宽调制信号发生器输出特定谐波消除脉宽调制信号给开关组，所述小矢量控制器采集 T型三电平逆变器的中点电压，对中点电压进行判断；
[0017] 若中点电压在设定阈值范围内，则不改变开关组的状态，使特定谐波消除脉宽调 制信号通过PWM信号发生器生成控制信号，控制T型三电平逆变器的开关器件；
[0018] 若中点电压不在设定阈值范围内，小矢量控制器改变开关组状态，替换小矢量，通 过PWM信号发生器生成控制信号，控制T型三电平逆变器的开关器件。
[0019] 所述中点电压为T型三电平逆变器的直流侧两个并联电容之间的电压差值的一 半。
[0020] 所述中点电压的绝对值大于中点电压阈值时，若中点电压大于零，开关状态被替 换为N型小矢量;若中点电压小于零，开关状态被替换为P型小矢量。
[0021] 本发明的有益效果为：
[0022] (1)本发明可以将中点电压限定在一个更小的波动区域；
[0023] (2)本发明可以在中点电压偏离平衡点时迅速使其恢复平衡；
[0024] (3)本发明保持了对特定谐波消除的能力。
【附图说明】
[0025]图1为三电平逆变器拓扑图；
[0026] 图2为三电平逆变器SHEP丽的典型波形；
[0027] 图3为当N=7时，调制系数由0到1变化时的开关角度变化情况；
[0028] 图4为小矢量对中点电压的影响示意图；
[0029]图5(a)为大电压矢量[PPN]对三电平逆变器中点电压影响示意图；
[0030]图5(b)为中电压矢量[Ρ0Ν]对三电平逆变器中点电压影响示意图；
[0031]图5(c)为零电压矢量[PPP]对三电平逆变器中点电压影响示意图；
[0032]图5(d)为P型小电压矢量[P00]对三电平逆变器中点电压影响示意图；
[0033]图5(e))为N型小电压矢量[0ΝΝ]对三电平逆变器中点电压影响示意图；
[0034] 图6为所提出SHEP丽算法的运行原理；
[0035]图7为所提出SHEP丽算法的流程图；
[0036] 图8为传统SHEP丽调制系数为0.99时的开关状态；
[0037]图9(a)是传统SHEP丽的仿真结果；
[0038]图9(b)是本发明的SHEP丽仿真结果；
[0039]图10(a)是传统SHEP丽的仿真结果；
[0040]图10(b)是本发明的SHEP丽仿真结果；
[00411图11 (a)是传统SHEP丽的仿真结果；
[0042]图11(b)是本发明的SHEP丽仿真结果。
【具体实施方式】：
[0043]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0044]以如图1所示T型三电平逆变器结构阐述逆变器控制策略。
[0045]包括并联的三相桥臂，每相桥臂包括两个串联的IGBT管，各相桥臂的中点一侧串 联两个方向不同的IGBT管，另一侧经滤波器与电阻连接;在并联的各桥臂输入端接入输入 电压源;输入电压源两端并联有两个电容，两个电容连接处连接各项桥臂的两个方向不同 IGBT管的一端，各个IGBT管均由控制信号驱动。
[0046] 直流侧串联两个电容CjPC2，中点为Z，从而使逆变器的上部器件和下部器件的开 关将产生正电平和负电平。a、b、c三相各连接四个带有反并联二极管的开关器件，通过La、 Lb、U滤波后连接三相负载。每一个半桥逆变器有三种状态:正电平、负电平、零电平。本发明 中三电平T型SHEPffM控制方法主要包括以下内容：
[0047] (1)根据消去谐波次数的个数确定每四分之一个周期中的开关角个数；
[0048] (2)根据传统SHEP丽原理计算出开关角度；
[0049] (3)在传统三相SHEP丽的调制后增加一个小矢量替换系统来控制中点电压；
[0050] (4)通过测量中点电压来确定是否替换小矢量的开关状态。
[0051] 步骤(1)中，如果要消除N-I个特定的谐波分量，则要设置N个开关角，就能构成N个 独立的方程，从而在选择基波幅值的同时，还可以消除N-I个希望消除的谐波分量。
[0052] 步骤(2)中，采用多目标粒子群优化(MOPSO)算法求解三电平SHEP丽开关角。
[0053]步骤(3)中，SHEPffM开关信号由传统SHEPffM信号发生器产生，其后增加小矢量替换 器。当小电压矢量开关状态出现时，小电压矢量替换系统通过检测中点电压来替换小矢量； 当小电压矢量开关状态没有出现时，小矢量替换系统不改变开关状态。
[0054] 步骤(4)中，Vz表示中点电压，当I Vz I大于中点电压阈值VrangJ寸，若Vz>0，开关状态 被改变为N型小矢量;若Vz〈0，开关状态被改变为P型小矢量。当I Vz I <Vrang(3，开关状态不改 变。
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