55] SHEPmi的传统过程有:设计每四分之一周期内的脉冲信号开关角，消除指定次数 谐波;控制各基本模块的幅值。一种典型的三电平T型SHEPmi逆变器波形如图2所示，其中 Vxz是单相的输出电压，其傅里叶级数为：
[0056]
⑴.
[0057] 其中x = a，b，c;bn是傅立叶系数;bn由下式给出
[0058]
(2)
[0059] 其中η = 1，5,7, · · ·，3N_2。
[0060] 通过以下价值函数，来选取方程最优解
[0061 ]
(3)
[0062] 其中M为调制指数。图3给出了调制指数由0到1变化时的开关角度。此处每四分之 一周期内的脉冲信号开关角个数为7个(N = 7)，调制系数为0.99(M = 0.99)。产生这些角度 的计算公式为：
[0063]
[0064]
[0065]
[0066]
[0067]
[0068]
[0069]
[0070] = -0.99)" +b； +IX +b;t +Ζγ, +?,2, +?\" (4)
[0071] 根据以上公式，当式(3)接近于0时计算得到的开关角度在表1中给出。此时相电压 频谱中出现的第一次谐波为23次谐波。
[0072] 表 1
[0074]开关状态可以表不为空间电压矢量，根据空间电压矢量的大小可将其分为零矢 量、小矢量、大矢量、中矢量，小电压矢量又可以分为P型矢量和N型矢量，如图4和表2所不。
[0075]表 2 L0077J 采用SHEP丽的逆变器中点电压Vz
表示为
[0078]
(5.)
[0079] 其中Vc1和Vc2是直流侧电容CjPC2的电压值。开关状态对中点电压的影响如图5所 示:大矢量和零矢量对中点电压没有影响，因为在这种情况下中点Z没有和直流侧的正、负 极相连，因为两个电容没有充放电，所以两电容电压没有变化，中点电压也不变化，如图5 (a)、（c)所示；图5(b)显示了中矢量的效果图，此时中点和直流侧的正负侧相连接，中点电 压的变化情况由此时的中点电流决定；当逆变器选择P型小矢量开关状态时，负载接在中点 与直流侧的正极，电容C 1放电，电流流进中点，中点电压上升，如图5 (d)所示;与此相反，N型 小矢量会使中点电压下降，如图5 (e)所示。
[0080] 本发明中应用SHEPffM的逆变器通过替换小电压矢量来保持中点电压平衡，控制原 理如图6所示。SHEPffM开关信号由传统SHEPffM系统产生，当小电压矢量开关状态出现时小电 压矢量控制器作用；当小电压矢量开关状态没有出现时，小矢量控制器被闭锁，开关状态不 变。
[0081]本发明中中点电压平衡控制的流程图由图7给出，其中Vrange3是中点电压的限定波 动幅度，Vz是中点电压，小矢量控制器的工作状态如下：
[0082]状态一 ：|Vz|>Vrange，此状态下小矢量被替换。
[0083] a) Vz>0:根据表2,开关状态被改变为N型小矢量。
[0084] b)Vz〈0:根据表2,开关状态被改变为P型小矢量。
[0085] 状态二：|Vz I〈V range ? 开关状态不改变。
[0086]本发明中所提出的SHEPWM控制方式可以明显地减小中点电压的震荡范围，更为重 要的是，当中点电压严重偏离平衡点时，运用本控制方式可以使其迅速恢复平衡。提出的 SHEPffM控制方式在MATLAB中以5ys的采样周期进行仿真。
[0087] 在MATLAB/simulink 2012B中，为了验证中点电压平衡控制器的效果，开关状态信 号在o.ls之前被屏蔽。图9(a)中传统SHEPffM中点电压恢复时间接近0.7s，图9(b)中运用本 发明所提到的SHEP丽控制方式，电压恢复时间为0.0 3 2 s。图10 (a )、图10 (b)所示为Vq和Vc2 的震荡波形，其中图1 〇 (a)所示传统S H E P WM中波动峰值为1.4 V，而图10 (b)中本发明所提 SHEPffM控制方式下其波动峰值不到0.4。由传统SHEPWM和本发明中SHEPffM所产生的线电压 Vab的谐波频谱如图ll(a)、（b)所示，其中，25次谐波是第一个出现的谐波，本发明中SHEPWM 和传统SHEPffM对特定谐波消除的能力基本相同。
[0090] 通过以上仿真结果可知，本发明中SHEPffM和传统SHEPffM对特定谐波消除的能力基 本相同，且可以将中点电压限定在一个更小的波动区域，同时可以在中点电压偏离平衡点 时迅速恢复平衡。
[0091] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 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，其特征是:包括以下步 骤： (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； (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； (3) 采集Τ型三电平逆变器的中点电压； (4) 对信号进行优化，若Τ型三电平逆变器的中点电压在阈值范围内，则不改变Τ型三电 平逆变器，使其直接进入三电平逆变器，否则将开关状态修改为小矢量信号，对特定谐波消 除脉宽调制信号进行改写。2. 如权利要求1所述的一种采用SHEPWM的Τ型三电平逆变器中点电压平衡控制方法，其 特征是: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。3. 如权利要求1所述的一种采用SHEPWM的Τ型三电平逆变器中点电压平衡控制方法，其 特征是:所述步骤(2)中，采用多目标粒子群优化算法求解三电平特定谐波消除脉宽调制开 关角。4. 如权利要求1所述的一种采用SHEPWM的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法，其 特征是:所述步骤(4)中，采集中点电压，如果设定的小电压矢量开关状态出现，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，不改变开关状态。5. 如权利要求4所述的一种采用SHEPWM的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法，其 特征是:所述步骤(4)中，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，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。6. -种应用于T型三电平逆变器的特定谐波消除系统，其特征是: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； 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； 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，使特定谐波消除脉 宽调制信号改变成为小电压矢量，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。7. 如权利要求6所述的一种应用于T型三电平逆变器的特定谐波消除系统，其特征是： 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。8. 如权利要求6所述的一种应用于T型三电平逆变器的特定谐波消除系统，其特征是： 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。
【专利摘要】本发明公开了一种采用SHEPWM的T型三电平逆变器中点电压平衡控制方法，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；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；采集T型三电平逆变器的中点电压；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T型三电平逆变器，使其直接进入三电平逆变器，否则将开关状态替换为相应的小矢量信号，对特定谐波消除脉宽调制信号进行改写。本发明具有和传统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。
【IPC分类】H02M7/5395, H02M7/487
【公开号】CN105680711
【申请号】CN201610165414
【发明人】张承慧, 张桐盛, 杜春水, 陈阿莲, 秦昌伟, 邢相洋
【申请人】山东大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月22日