NPC三电平拓扑母线均压控制方法、装置及其应用与流程

本发明属于电力电子，应用于二极管钳位型npc(npc-neutral pointclamped)三电平拓扑变流器的正负母线均压控制，尤其涉及npc三电平拓扑母线均压方法及装置。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、二极管钳位型三电平拓扑如图1所示，其输出有三种电平，即0。该拓扑能够减小输出滤波器的体积、降低开关管的耐压值在当今变流器设计时被广泛采用。

3、该拓扑因器件差异、触发脉冲不同步、负载性质不同、负载大小不同等因素引起正负母线电压不平衡的现象，从而引起交流输出电流谐波含量高、严重时会引起开关管过流保护及过压损坏。母线电压的控制方法有硬件均压及软件均压两种方式。其中软件均压方法因成本低、控制灵活被广泛采用。

4、传统的软件均压方法多采用虚拟矢量控制方式，但也无法保证全功率段、所有负载性质时母线电压均衡。svpwm调制方式具有直流电压利用率高、开关管损耗小等优势被广泛采用，但基于扇区选择svpwm实现方法，结构复杂，dsp运算量高。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供npc三电平拓扑母线均压方法，其采用简化版svpwm调制方式，根据负载功率流向及母线电压不均衡值，实时修正电压偏差来做均压控制。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、在一个或多个实施方式中公开的npc三电平拓扑母线均压控制方法，包括：

4、接收npc三电平拓扑结构的指令电流，简化svpwm调制方式；

5、基于简化后的svpwm调制方式计算得到的三相基准电压矢量；以及

6、根据负载功率流向及母线电压不均衡值，实时修正电压偏差来以实现均压控制。

7、进一步地，依据负载功率流向，对母线电压不均衡值进行比例-积分控制，得到修正母线偏差值；基于三相基准电压矢量和修正母线偏差值得到所需目标电压矢量。

8、进一步地，通过取简化函数简化svpwm调制方式，包括：

9、根据有功电流指令和无功电流指令，借助比例积分控制器，得到对应的电压幅值和相位信息；

10、利用旋转坐标系将对应的电压幅值和相位信息处理得到三相电压矢量；

11、基于三相电压矢量，利用简化公式得到零序矢量；

12、将三相电压矢量与零序矢量作和，得到三相基准矢量。

13、进一步地，所述利用旋转坐标系将对应的电压幅值和相位信息处理得到三相电压矢量，是通过将对应的电压幅值和相位信息经过park逆变换及clark逆变换后得到的。

14、进一步地，所述根据负载功率流向及母线电压不均衡值，实时修正电压偏差，包括：

15、确定负载的功率流向取符号函数sign(p)和正负母线电压的偏差值verr；

16、对偏差值进行比例积分控制即vo＝kp*verr+ki*∑verr，得出正负母线电压所需的修正值voffset＝sign(p)*vo。

17、为了解决上述问题，本发明提供npc三电平拓扑母线均压控制装置，其采用简化版svpwm调制方式，根据负载功率流向及母线电压不均衡值，实时修正电压偏差来做均压控制。相比spwm调制方式，提高了直流电压利用率，降低了开关管损耗；相比传统扇区选择svpwm实现方式，简化版降低了dsp运算量；相比以往虚拟矢量均压控制算法，新提出的软件控制方法可保证全功率段、所有负载性质时母线电压均衡。

18、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

19、在一个或多个实施方式中公开的npc三电平拓扑母线均压控制装置，包括npc三电平拓扑结构和控制器，所述控制器用于接收npc三电平拓扑结构的指令电流，简化svpwm调制方式，基于简化后的svpwm调制方式计算得到的三相基准矢量；以及根据负载功率流向及母线电压不均衡值，实时修正电压偏差来以实现均压控制。

20、在一个或多个实施方式中公开的一种电动汽车充电机，包括上述的npc三电平拓扑母线均压控制装置。

21、在一个或多个实施方式中公开的一种光伏逆变器，包括上述的npc三电平拓扑母线均压控制装置。

22、在一个或多个实施方式中公开的一种轨道交通能量回馈装置，包括上述的npc三电平拓扑母线均压控制装置。

23、在一个或多个实施方式中公开的一种储能变流器，包括上述的npc三电平拓扑母线均压控制装置。

24、本发明的有益效果是：

25、本发明采用简化版svpwm调制方式，根据负载功率流向及母线电压不均衡值，实时修正电压偏差来做均压控制，相比spwm调制方式，提高了直流电压利用率，降低了开关管损耗；相比传统扇区选择svpwm实现方式，简化版降低了dsp运算量；相比虚拟矢量均压控制算法，本发明的控制方法可保证全功率段、所有负载性质时母线电压均衡。

26、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.npc三电平拓扑母线均压控制方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的npc三电平拓扑母线均压控制方法，其特征在于，依据负载功率流向，对母线电压不均衡值进行比例-积分控制，得到修正母线偏差值；基于三相基准电压矢量和修正母线偏差值得到所需目标电压矢量。

3.如权利要求1所述的npc三电平拓扑母线均压控制方法，其特征在于，通过取简化函数简化svpwm调制方式，包括：

4.如权利要求3所述的npc三电平拓扑母线均压控制方法，其特征在于，所述利用旋转坐标系将对应的电压幅值和相位信息处理得到三相电压矢量，是通过将交流电压幅值和相位信息经过park逆变换及clark逆变换后得到的。

5.如权利要求1所述的npc三电平拓扑母线均压控制方法，其特征在于，所述根据负载功率流向及母线电压不均衡值，实时修正电压偏差，包括：

6.npc三电平拓扑母线均压控制装置，其特征在于，包括npc三电平拓扑结构和控制器，所述控制器用于接收npc三电平拓扑结构的指令电流，简化svpwm调制方式，基于简化后的svpwm调制方式计算得到的三相基准矢量；以及根据负载功率流向及母线电压不均衡值，实时修正电压偏差来以实现均压控制。

7.一种电动汽车充电机，其特征在于，包括权利要求6任一项所述的npc三电平拓扑母线均压控制装置。

8.一种光伏逆变器，其特征在于，包括权利要求6任一项所述的npc三电平拓扑母线均压控制装置。

9.一种轨道交通能量回馈装置，其特征在于，包括权利要求6任一项所述的npc三电平拓扑母线均压控制装置。

10.一种储能变流器，其特征在于，包括权利要求6任一项所述的npc三电平拓扑母线均压控制装置。

技术总结
本发明属于电力电子技术领域，提供了NPC三电平拓扑母线均压控制方法、装置及其应用，采用简化版SVPWM调制方式，根据负载功率流向及母线电压不均衡值，实时修正电压偏差来做均压控制。相比SPWM调制方式，提高了直流电压利用率，降低了开关管损耗；相比传统扇区选择SVPWM实现方式，简化版实现方式降低了DSP运算量；相比以往虚拟矢量均压控制算法，新提出的软件控制方法可保证全功率段、所有负载性质时母线电压均衡。

技术研发人员：刘继彦,任士康,胡洋,王者龙,石立国,朱峰,公维帅,孙鼎浩,李元付,李延真,关雪琳,刘昱均,闫甲民,辛维雷,刘雷,刘曙光
受保护的技术使用者：国网山东省电力公司青岛供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19