CN107240924B - 一种三电平逆变器中点平衡电路控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三电平逆变器中点平衡电路控制算法，包括数字芯片、传感电路、驱动电路以及三电平并网电路，其特征是，还包括平衡电路，所述数字芯片分别与传感电路以及驱动电路连接，传感电路、驱动电路再分别与平衡电路连接，平衡电路还连接所述三电平并网电路。优点：本发明提供的一种三电平逆变器中点平衡电路控制算法，可以有效抑制微网三电平逆变器中点电位偏移情况，有一定抗扰动能力，使直流侧电容电压波形稳定，并易于实现，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种三电平逆变器中点平衡电路控制方法，属于电力电子及新能源技术领域。
背景技术
随着分布式能源并网的普及，并网***的核心部分逆变器的应用技术也日益提高，目前以三电平拓扑结构的逆变器有着并网谐波小、成本低、应用范围广等优点，但不管二极管箝位式或T型三电平逆变器都存在中点电压不平衡问题，影响交流侧输出波形，在电压偏移严重时，三电平逆变器可能会退化为二电平结构，继而导致直流侧电容过压损坏。因此二极管箝位式三电平逆变器中点电压平衡控制方法的研究具有重要的理论意义和工程应用前景，目前已有的中点电压平衡方法主要分为调制算法平衡和硬件电路平衡，两种方法均能在一定条件下起到良好的平衡效果，但各自又仍有以下一些缺点：
1）目前的调制算法平衡多采用正负小矢量平衡方法，但该方法在使用中会影响七段式SVPWM的梯形波，在扰动大的情况下难以达到理想的平衡效果，并可能增加并网谐波含量。
2）硬件电路平衡直接对直流侧电容C1、C2进行充放电，通常效果比调制算法平衡稳定，但传统的硬件电路平衡方法所给功率管的驱动波形是定占空比的方波，虽然占空比的最小值可由元件参数计算得到，但该方法不具有抗干扰能力，直流侧两个电容上电压uC1、uC2的波形仍会出现畸变。
3）硬件电路平衡方法会增加成本，不适合大功率器件。
因此，对目前情况复杂的小功率分布式电源并网三电平逆变器，研究一种新的闭环硬件电路平衡算法，能够可靠保证直流侧两个电容上电压uC1、uC2的平衡，从而减少并网波形出现畸变的概率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种三电平逆变器中点平衡电路控制方法，可以有效抑制微网三电平逆变器中点电位偏移情况，有一定抗扰动能力，使直流侧电容电压波形稳定，并易于实现，具有良好的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明提供一种三电平逆变器中点平衡电路控制算法，包括数字芯片、传感电路、驱动电路以及三电平并网电路，其特征是，还包括平衡电路，所述数字芯片分别与传感电路以及驱动电路连接，传感电路、驱动电路再分别与平衡电路连接，平衡电路还连接所述三电平并网电路；
所述平衡电路由电感L1、L2，功率管SF1、SF2和二极管D1、D2组成，C1、C2为三电平逆变器直流侧电容，其中，C1与SF1、L1串联构成C1的充电电路，C1与L2、D2串联构成C1的放电电路，SF1与驱动电路pwm1脚相连，驱动电路与数字芯片相连，C1与传感电路相连，电压传感电路与数字芯片相连，同理，C2与SF2、L2串联构成C2的充电电路，C2与L1、D1串联构成C2的放电电路，SF2与驱动电路pwm2脚相连， C2与传感电路相连，传感电路与数字芯片相连。
进一步的，所述传感电路采用电压传感电路。
进一步的，所述平衡电路通过比较三电平变流器直流侧两个电容上电压uC1、uC2的大小，判断平衡电路上的上下功率器件SF1、SF2的导通顺序， 再将偏高项直流侧电容电压与电源电压的一半作差，经数字芯片的PI控制器处理后与三角波比较产生驱动信号，驱动功率器件SF1或SF2开关，使直流侧电容C1、C2合理充放电。
进一步的，所述PI控制器采用模糊控制器、PID控制器或滑模变状态控制器。
进一步的，所述功率管SF1、SF2的开关频率依据给定的三角波决定。
进一步的，所述二极管采用续流二极管。
进一步的，所述平衡电路控制算法既适用于二极管箝位式三电平逆变器，也适用于T型三电平逆变器。
本发明所达到的有益效果：
本发明提供的一种三电平逆变器中点平衡电路控制算法，可以有效抑制微网三电平逆变器中点电位偏移情况，有一定抗扰动能力，使直流侧电容电压波形稳定，并易于实现，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的一种三电平逆变器中点平衡电路控制算法的***框图。
图2是本发明的一种三电平逆变器中点平衡电路控制算法的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种三电平逆变器中点平衡电路控制算法的***框图，算法通过数字芯片dsp、传感电路、驱动电路实现。
平衡电路与三电平并网电路连接，平衡电路由两个电感L1、L2，两个功率管SF1、SF2和两个续流二极管D1、D2组成，其中，C1与SF1、L1串联构成C1的充电电路，C1与L2、D2串联构成C1的放电电路，SF1与驱动电路pwm1脚相连，驱动电路以hcpl3120为例，驱动电路与数字芯片dsp相连，dsp以f28335为例， C1与电压传感电路相连，电压传感器以HNV025A为例，与dsp的A/D口连接，同理C2与SF2、L2串联构成C2的充电电路，C2与L1、D1串联构成C2的放电电路，SF2与驱动电路pwm2脚相连，驱动电路与数字芯片相连，C2与电压传感电路相连，电压传感电路与数字芯片相连。
具体的连接关系为：图中SF1和SF2的1极、2极以及3极分别表示功率管的集电极、门极、发射极，SF1的门极分别接C1一端和D2负极，C1另一端分别接L1一端、L2一端和C2一端，D2正极分别接L2另一端和SF2的门极；
SF1的发射极分别接D1负极和L1另一端，D1正极分别接C2另一端和SF2的发射极；
SF1的集电极接驱动电路的Pwm1，SF2的集电极接驱动电路的Pwm2，所述C1和C2分别与所述电压传感电路连接，用于检测C1和C2的电压大小；平衡电路的D2负极和SF2的发射极与三电平并网电路相连，使平衡电路接入三电平逆变器主电路，为三电平逆变器主电路提供稳定的直流侧电源。
如图2所示，一种三电平逆变器中点平衡电路控制算法的原理图，由传感电路得到三电平变流器直流侧两个电容上电压uC1、uC2的值，通过比较uC1、uC2的大小，判断平衡电路上的上下功率器件SF1、SF2的导通顺序， 再将偏高项直流侧电容电压与电源电压的一半作差，经PI控制器处理后与三角波比较产生驱动信号，驱动信号通过驱动电路控制功率器件SF1或SF2开关，使直流侧电容C1、C2合理充放电，上述操作通过在数字芯片dsp内编程完成。
本发明提供的一种三电平逆变器中点平衡电路控制算法，充分利用中点平衡电路的特性，通过控制原理和数字处理芯片，可以有效抑制微网三电平逆变器中点电位偏移情况，有一定抗扰动能力，使直流侧电容电压波形稳定，并易于实现，具有良好的应用前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种三电平逆变器中点平衡电路控制方法，包括数字芯片、传感电路、驱动电路以及三电平并网电路，其特征是，还包括平衡电路，所述数字芯片分别与传感电路以及驱动电路连接，传感电路、驱动电路再分别与平衡电路连接，平衡电路还连接所述三电平并网电路；
所述平衡电路由电感L1、L2，功率管SF1、SF2和二极管D1、D2组成，C1、C2为三电平逆变器直流侧电容，其中，C1与SF1、L1串联构成C1的充电电路，C1与L2、D2串联构成C1的放电电路，SF1与驱动电路pwm1脚相连，驱动电路与数字芯片相连，C1与传感电路相连，电压传感电路与数字芯片相连，同理，C2与SF2、L2串联构成C2的充电电路，C2与L1、D1串联构成C2的放电电路，SF2与驱动电路pwm2脚相连， C2与传感电路相连，传感电路与数字芯片相连；
所述平衡电路通过比较三电平变流器直流侧两个电容上电压uC1、uC2的大小，判断平衡电路上的上下功率器件SF1、SF2的导通顺序， 再将偏高项直流侧电容电压与电源电压的一半作差，经数字芯片的PI控制器处理后与三角波比较产生驱动信号，驱动功率器件SF1或SF2开关，使直流侧电容C1、C2合理充放电；
所述功率管SF1、SF2的开关频率依据给定的三角波决定。
2.根据权利要求1所述的一种三电平逆变器中点平衡电路控制方法，其特征是，所述传感电路采用电压传感电路。
3.根据权利要求1所述的一种三电平逆变器中点平衡电路控制方法，其特征是，所述PI控制器采用模糊控制器、PID控制器或滑模变状态控制器。
4.根据权利要求1所述的一种三电平逆变器中点平衡电路控制方法，其特征是，所述二极管采用续流二极管。
5.根据权利要求1所述的一种三电平逆变器中点平衡电路控制方法，其特征是，所述平衡电路控制方法既适用于二极管箝位式三电平逆变器，也适用于T型三电平逆变器。
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