CN101834443A - 一种利用时间因子平衡三电平直流中点电压的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用时间因子平衡三电平直流中点电压的方法，步骤如下：步骤1、开始对中点电压和中点电流进行采样，并对中点电压和中点电流进行判断；步骤2、中点电压不为零，执行步骤3，中点电压为零，跳至步骤5；步骤3、根据中点电压和中点电流的方向来决定正负小矢量作用的时间；步骤4、经过正负小矢量抵消后的中点电压达到平衡；步骤5、程序结束。时间因子的取值范围是实验数据，根据有源滤波器检测到的电压值、电流值及电压和电流的运行方向调整。本发明操作简便，直流侧电容上的电压波动小，延长了电容的寿命，采样数据少，对软硬件的要求低。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于有源电力滤波器三电平***的平衡方法，特别是涉及一种利用时间因子平衡三电平直流中点电压的方法。
背景技术：
有源电力滤波器的直流侧的三电平电压平衡问题，是有源滤波器的关键技术之一。当有源电力滤波器直流侧的中点不平衡时，将带来以下危害：第一、变流器输出电压波形发生畸变，输入到电网中的谐波补偿电流就带有低次谐波，从而使有源电力滤波器不能很好地跟踪负载的谐波电流；第二、开关器件承受的电压不均衡，每相中一部分器件承受电压偏高，严重时将影响正常工作；第三、直流侧电容上的电压波动降低了电容的寿命。
为了使有源电力滤波器能够正常工作，应努力使中点电压保持平衡。尤其在设计变流器控制策略时要考虑到矢量对中点电压的影响，把中点电压的波动降到最低的程度。现有技术控制中点电压平衡的方法主要有：一、开环控制，通过交替选择正负小矢量，不需要检测直流母线电压和输出端电流，实现简单，但是由于无法补偿中矢量对中点电压的影响，所以只能通过中矢量自身的对称性，在一个完整的输出电压周期内，完成中点电压平衡，导致中点电压存在很大的低频纹波；二、检测直流侧电容电压大小，然后根据中点电压的偏离方向，合理安排正负小矢量的PWM(Pulse WidthModulation的缩写，即脉冲宽度调制)脉冲的作用时间，进行中点电压补偿，但该方法算法十分复杂；三、检测直流侧电容电压大小和三相交流输出电流，该方法通过实时检测三相交流输出电流方向得到方向函数，利用该函数选择一个PWM周期内正负电压矢量作用时间来控制中点电流方向，实现电压平衡，理论上这种方法很好好，它能计算出补偿的具体时间，但是该方法要采样的数据比较多，计算量比较大，对软硬件的要求较高。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用时间因子平衡三电平直流中点电压的方法，简单方便的实现三电平中点电压平衡。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种利用时间因子平衡三电平直流中点电压的方法，步骤如下：
步骤1、开始对中点电压和中点电流进行采样，并对中点电压和中点电流进行判断；
步骤2、中点电压不为零，执行步骤3，中点电压为零，跳至步骤5；
步骤3、中点电压大于零且中点电流大于零时负小矢量根据时间因子微调抵消中点电压大于零的部分，
中点电压小于零且中点电流小于零时正小矢量根据时间因子微调抵消中点电压大于零的部分，
中点电压小于零且中点电流大于零时正小矢量根据时间因子微调抵消中点电压大于零的部分，
中点电压大于零而中点电流小于零时负小矢量根据时间因子k微调抵消中点电压大于零的部分；
步骤4、经过正负小矢量抵消后的中点电压达到平衡；
步骤5、程序结束。
本发明采用时间因子来分配一个采样周期内一对小矢量正负状态的作用时间，控制中点电压。假设受控小矢量的作用时间为Tx，k表示时间因子，则开始时的负小矢量作用时间为kTx，正小矢量的作用时间为(1-k)Tx，中点电压值为直流侧分压电容电压Vdc1和Vdc2之差，中点电流流出方向为正，具体的控制规律是：
Vdc1-Vdc2＞h且I0＞0则k值取(1-k)，正小矢量作用的时间是(1-k)Tx；
Vdc1-Vdc2＞h且I0＜0则k值不变，负小矢量作用的时间是kTx；
Vdc1-Vdc2＜-h且I0＞0则k值不变，负小矢量作用的时间是kTx；
Vdc1-Vdc2＜-h且I0＜0则k值取(1-k)，正小矢量作用的时间是(1-k)Tx。
h为电压的滞环带宽，I0为中点电流，k是实验数据，根据在电力有源滤波器中检测到的电压值、电流值及电压和电流的运行方向调整大小，来决定正负小矢量PWM脉冲作用于***的时间，调整的大小依据4个关系式中的滞环带宽h的大小。
从以上四式看出，无需经过复杂的逻辑判断就能保持中点电压的平衡，同时由于滞环带宽的存在，使得k值变化幅度小，通过负反馈控制***实时对中点电压值进行控制，达到中点电压的平衡。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：第一、利用时间因子k对三电平中点电压的正负小矢量进行微调，达到中点电压平衡，操作简便；第二、直流侧电容上的电压波动小，延长了电容的寿命；第三、采样数据少，对软硬件的要求低。
附图说明：
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的三电平的空间矢量图。
具体实施方式：
本发明的中心思想在于克服现有技术的不足，提供一种利用时间因子平衡三电平直流中点电压的方法，能简单有效的实现三电平中点电压平衡。下面结合实施例参照附图进行详细说明，以便对本发明的技术特征及优点进行更深入的诠释。
本发明的原理框图如图1所示，一种利用时间因子平衡三电平直流中点电压的方法，步骤如下：
步骤1、开始对中点电压和中点电流进行采样，并对中点电压和中点电流进行判断；
步骤2、中点电压不为零，执行步骤3，中点电压为零，跳至步骤5；
步骤3、中点电压大于零且中点电流大于零时负小矢量根据时间因子微调抵消中点电压大于零的部分，
中点电压小于零且中点电流小于零时正小矢量根据时间因子微调抵消中点电压大于零的部分，
中点电压小于零且中点电流大于零时正小矢量根据时间因子微调抵消中点电压大于零的部分，
中点电压大于零而中点电流小于零时负小矢量根据时间因子k微调抵消中点电压大于零的部分；
步骤4、经过正负小矢量抵消后的中点电压达到平衡；
步骤5、程序结束。
本发明采用时间因子来分配一个采样周期内一对小矢量正负状态的作用时间，控制中点电压。假设受控小矢量的作用时间为Tx，k表示时间因子，则开始时的负小矢量作用时间为kTx，正小矢量的作用时间为(1-k)Tx，中点电压值为直流侧分压电容电压Vdc1与Vdc2之差，中点电流流出方向为正，具体的控制规律是：
Vdc1-Vdc2＞h且I0＞0则k值取(1-k)，正小矢量作用的时间是(1-k)Tx；
Vdc1-Vdc2＞h且I0＜0则k值不变，负小矢量作用的时间是kTx；
Vdc1-Vdc2＜-h且I0＞0则k值不变，负小矢量作用的时间是kTx；
Vdc1-Vdc2＜-h且I0＜0则k值取(1-k)，正小矢量作用的时间是(1-k)Tx。
h为电压的滞环带宽，I0为中点电流，时间因子k的取值范围是实验数据，根据在电力有源滤波器检测到的电压值、电流值及电压和电流的运行方向调整k的大小，来决定正负小矢量PWM脉冲的作用于***的时间，调整的大小依据4个关系式中的滞环带宽h的大小。
从以上四式看出，无需经过复杂的逻辑判断就能保持中点电压的平衡，同时由于滞环带宽的存在，使得k值变化幅度小，通过负反馈控制***实时对中点电压值进行控制，达到中点电压的平衡。
三电平的空间矢量图如图2所示，A、B、C是三电平电压，图中综合矢量电压可以分为三类：
长矢量6个：PNN、PNP、NNP、NPP、NPN、PPN，位于正六边形的顶点，三个开关都仅有P、N两种状态。
中矢量6个：PON、OPN、NPO、NOP、ONP、OPN，位于正六边形每条边的中点。
短矢量6对：POO、ONN、PPO、OON、OPO、NON、OPP、NOO、OOP、NNO、POP、ONO，为12个2自由度的小电压矢量，位于正六边形中心与顶点连线中点。
短矢量电压即为本发明所述的三电平直流中点电压，当中点电压值与理论值有偏差时，通过时间因子k来控制正负小矢量作用的时间微调中点电压值，达到三电平中点电压的平衡。
Claims (6)
1.一种利用时间因子平衡三电平直流中点电压的方法，步骤如下：
步骤1、开始对中点电压和中点电流进行采样，并对中点电压和中点电流进行判断；
步骤2、中点电压不为零，执行步骤3，中点电压为零，跳至步骤5；
步骤3、中点电压大于零且中点电流大于零时负小矢量根据时间因子微调抵消中点电压大于零的部分，
中点电压小于零且中点电流小于零时正小矢量根据时间因子微调抵消中点电压大于零的部分，
中点电压小于零且中点电流大于零时正小矢量根据时间因子微调抵消中点电压大于零的部分，
中点电压大于零而中点电流小于零时负小矢量根据时间因子k微调抵消中点电压大于零的部分；
步骤4、经过正负小矢量抵消后的中点电压达到平衡；
步骤5、程序结束。
2.根据权利要求1所述的利用时间因子平衡三电平直流中点电压的方法，其特征在于：所述的三电平中点电压值为直流侧分压电容电压Vdc1与Vdc2之差。
3.根据权利要求2所述的利用时间因子平衡三电平直流中点电压的方法，其特征在于：所述的时间因子的取值范围根据有源滤波器检测到的电压值、电流值及电压和电流的运行方向调整。
4.根据权利要求3所述的利用时间因子平衡三电平直流中点电压的方法，其特征在于：所述的受控小矢量的作用时间为Tx，k为时间因子，则负小矢量作用时间为kTx，正小矢量的作用时间为(1-k)Tx。
5.根据权利要求4所述的利用时间因子平衡三电平直流中点电压的方法，其特征在于：所述的正负小矢量的作用时间由中点电压的方向及时间因子k控制，具体控制规律为
Vdc1-Vdc2＞h且I0＞0则k值取(1-k)，正小矢量作用的时间是(1-k)Tx；
Vdc1-Vdc2＞h且I0＜0则k值不变，负小矢量作用的时间是kTx；
Vdc1-Vdc2＜-h且I0＞0则k值不变，负小矢量作用的时间是kTx；
Vdc1-Vdc2＜-h且I0＜0则k值取(1-k)，正小矢量作用的时间是(1-k)Tx。
6.根据权利要求5所述的利用时间因子平衡三电平直流中点电压的方法，其特征在于：所述的h为电压的滞环带宽，I0为中点电流，时间因子k的取值根据检测到的电压值、电流值及电压和电流的运行方向调整大小。
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