CN112909919A - 两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法和*** - Google Patents

两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法及***，包括：根据储能换流器中的三电平Buck/Boost电路中的低压侧电感电流参考值iLref，控制三电平Buck/Boost电路工作于Boost模式或者Buck模式；根据中点电位参考Δuref与中点电位偏移Δu之差，调整Buck/Boost电路中各开关管在Boost模式或者Buck模式下的占空比，以使直流母线总电压恒定与中点电位平衡。本发明具有直流母线总电压恒定、中点电位平衡、提高换流器运行稳定性等优点。

Description

两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法和 ***
技术领域
本发明主要涉及储能技术领域，特指一种两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法和***。
背景技术
储能技术在提高电网可靠性、需求侧管理、以及新能源接入等领域有着广阔的应用前景。储能接入电力***，能够提高电网安全性稳定性，缓解负荷峰谷差，改善电能质量，促进可再生能源的应用；与分布式电源构成独立微电网，能够提高微电网***的稳定性。电化学储能***主要包括电池管理***(BMS)和双向能量转换***(Power ConversionSystem，PCS)。主要具备以下功能：1)并网条件下，根据调度指令实现定功率运行；2)离网条件下，考虑各种类型负载(感性、容性及不对称负载)实现恒压恒频运行。
针对PCS直流侧宽范围输入电压(200-700V)和交流侧单相负载接入的需求，目前两级式PCS采用三电平Buck/Boost与T型三电平三桥臂三相四线制(3-level T-type 3-leg3-phase4-wire，3LT23L3P4W)级联拓扑。
其中三电平逆变电路中点电位的不平衡分量包括直流分量和交流分量，会导致诸多问题：1)引起输出电压波形畸变，低次谐波含量增加；2)加大器件的电压应力，容易导致器件的过电压损坏。为了保证设备长期可靠运行，需要明确针对该两级式PCS的中点电位平衡方法。
在外部电路实现中点电位的平衡控制方面，文献[1]采用双Buck/Boost电路对注入三相四线制NPC逆变器直流母线的低频电流进行补偿，但该方法需要较多的电流采样，导致硬件成本上升；文献[2]通过前级三电平Boost电路的PI移相控制实现三相三线制NPC逆变器中点电位的平衡，但在不平衡负载条件下中点电位的平衡性能未有相关技术公开。
三电平三相四线制拓扑本体的中点电位平衡方法主要基于a-b-c和α-β-0坐标系下的3D-SVPWM以及载波调制。文献[3]基于α-β-0坐标系下的三维空间矢量调制策略，根据所提出的中点控制度选择中点电位平衡能力较强的矢量来合成目标矢量，文献[4]在a-b-c坐标系下，依据中点平衡因子对调制子空间进行扩展，文献[5]在a-b-c坐标系下，对有中点电位平衡能力的相零电平作用时间进行分解，文献[6][7][8]基于载波调制对零电平作用时间进行分解。上述方法中，“过渡矢量”的引入和零电平的分解导致一个控制周期中参与中点电位平衡相的开关次数增加，加大了开关损耗，且针对较大负载不平衡度的情况，中点电位振荡的抑制能力有限。
参考文献:[1]Li X，Zhang W，Li H，et al.Power Management Unit With ItsControl for a Three-Phase Fuel Cell Power System Without Large ElectrolyticCapacitors[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2011，26(12)：3766-3777.
[2]Xia C，Gu X，Shi T，et al.Neutral-Point Potential Balancing of Three-Level Inverters in Direct-Driven Wind Energy Conversion System[J].IEEETransactions on Energy Conversion，2011，26(1)：0-29.
[3]唐健，邹旭东，佘煦，等.三相四线制三电平三桥臂有源滤波器中点平衡控制策略[J].中国电机工程学报，2009，29(24)：40-48.
[4]J.Tang，X Zou，Yun Xu，et al.Novel 3-DSVM scheme for three-phasefour-wire tri-level APFs，2009IEEE 6th International Power Electronics andMotion Control Conference，Wuhan，2009，pp.882-886.
[5]张国荣，吴一鸣，彭勃，等.三相四线制三电平变流器的优化调制策略[J].电力***自动化，2018，42(22)：187-197.
[6]C Wang，Z Li，X Si，et al.Control of neutral-point voltage in three-phase four-wire three-level NPC inverter based on the disassembly of zerolevel，CPSS Transactions on Power Electronics and Applications，2018，3(3)：213-222.
[7]Li F，He F，Ye Z，et al.A Simplified PWM Strategy for Three-LevelConverters on Three-phase Four-wire Active Power Filter[J].IEEE Transactionson Power Electronics，2018，33(5)：4396-4406.
[8]H Chen，M Tsai，Y Wang，et al.A Modulation Technique for NeutralPoint Voltage Control of the Three-Level Neutral-Point-Clamped Converter[J].IEEE Transactions on Industry Applications，2018，54(3)：2517-2524.
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种直流母线总电压恒定与中点电位平衡的两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法、***、介质和设备。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法，包括步骤：
根据储能换流器中的三电平Buck/Boost电路中的低压侧电感电流参考值iLref，控制三电平Buck/Boost电路工作于Boost模式或者Buck模式；
根据中点电位参考Δuref与中点电位偏移Δu之差，调整Buck/Boost电路中各开关管在Boost模式或者Buck模式下的占空比，以使直流母线总电压恒定与中点电位平衡。
作为上述技术方案的进一步改进，当iLref>0时，三电平Buck/Boost电路工作于Boost模式；当iLref<0时，三电平Buck/Boost电路工作于Buck模式。
作为上述技术方案的进一步改进，所述三电平Buck/Boost电路包括电压外环控制器Gudc和电压内环控制器Gidc_buck/boost；所述电压外环控制器Gudc和电压内环控制器Gidc_buck/boost均采用PI控制；其中
Figure BDA0002302390770000031
Figure BDA0002302390770000032
其中kpudc、kiudc、kpidc_buck/boost、kiidc_buck/boost均为比例增益；s为积分时间。
作为上述技术方案的进一步改进，所述三电平Buck/Boost电路包括中点电位平衡控制器GΔu，所述中点电位平衡控制器GΔu以中点电位参考Δuref与中点电位偏移Δu之差作为输入，输出量对三电平Buck/Boost电路的开关管的占空比进行修正，通过增大一个开关管的占空比，减小另一个开关管的占空比，使电感电流给电压较小的电容长时间充电，从而实现两电容电压平衡。
作为上述技术方案的进一步改进，所述GΔu为：
Figure BDA0002302390770000033
其中，kpΔu为比例增益，krΔu为工频处谐振增益，krΔu3为三倍工频处谐振增益。
作为上述技术方案的进一步改进，所述中点电位平衡控制器的闭环传递函数可表达为：
Figure BDA0002302390770000034
中点电位扰动Δudist到中点电位偏移Δu的闭环传递函数可表达为：
Figure BDA0002302390770000035
作为上述技术方案的进一步改进，所述Buck/Boost电路中各开关管受占空比信号dup、ddown触发；其中dup、ddown由直流母线总电压控制占空比d与中点电位平衡控制占空比Δd合成得到。
本发明还公开了一种两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡***，包括
第一模块，用于根据储能换流器中的三电平Buck/Boost电路中的低压侧电感电流参考值iLref，控制三电平Buck/Boost电路工作于Boost模式或者Buck模式；
第二模块，用于根据中点电位参考Δuref与中点电位偏移Δu之差，调整Buck/Boost电路中各开关管在Boost模式或者Buck模式下的占空比，以使直流母线总电压恒定与中点电位平衡。
本发明进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法的步骤。
本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明针对两级式三电平三相四线制储能换流器，通过控制三电平Buck/Boost电路的工作模式以及控制相应控制模式下的各开关管占空比，实现直流母线总电压恒定与中点电位平衡，能够在负载严重不平衡以及非单位功率因数的条件下实现直流母线中点电位的平衡，提高换流器的运行稳定性；避免了由逆变电路实现中点电位平衡控制带来的调制算法的复杂性，同时提高了不平衡负载以及非单位功率因数负载条件下中点电位的平衡能力。
(2)本发明采用基于比例谐振控制器的三电平Buck/Boost斩波电路中点电位控制方法，能够对T型三电平逆变电路产生的中点电位主要频次振荡起到有效的抑制作用，有利于两级式储能换流器的长期稳定运行。
(3)本发明基于前级三电平Buck/Boost电路比例谐振控制的中点电位平衡方法，分别在工频及三倍工频处设置谐振点，有效抑制中点电位低频振荡并消除直流分量，具有良好的动态特性。
附图说明
图1为本发明两级式PCS结构图。
图2为本发明的三电平Buck/Boost电路拓扑图。
图3为本发明的三电平Buck/Boost电路的控制方框图。
图4为本发明的两级式PCS中点电位平衡控制***方框图。
图5为本发明中公式(6)的闭环传递函数伯德图。
图6为本发明的中点电位平衡控制***特征根轨迹图。
图7为本发明中点电位平衡控制***阶跃响应图。
图8为本发明的工况一仿真结果图。
图9为本发明的工况五仿真结果图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本实施例的两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法，包括步骤：
根据储能换流器中的三电平Buck/Boost电路中的低压侧电感电流参考值iLref，控制三电平Buck/Boost电路工作于Boost模式或者Buck模式；
根据中点电位参考Δuref与中点电位偏移Δu之差，调整Buck/Boost电路中各开关管在Boost模式或者Buck模式下的占空比，以使直流母线总电压恒定与中点电位平衡。
本发明针对两级式三电平三相四线制储能换流器，通过控制三电平Buck/Boost电路的工作模式以及控制相应控制模式下的各开关管占空比，实现直流母线总电压恒定与中点电位平衡，能够在负载严重不平衡以及非单位功率因数的条件下实现直流母线中点电位的平衡，提高换流器的运行稳定性；避免了由逆变电路实现中点电位平衡控制带来的调制算法的复杂性，同时提高了不平衡负载以及非单位功率因数负载条件下中点电位的平衡能力。
如图1所示，本实施例中，针对PCS直流侧宽范围输入电压(200-700V)和交流侧单相负载接入的需求，两级式PCS采用三电平Buck/Boost电路与T型三电平三桥臂三相四线制(3-level T-type 3-leg 3-phase 4-wire，3LT23L3P4W)级联拓扑。其中，T型三电平拓扑除具有低共模电压、低开关频率和低损耗的优势外，较其他形式的三电平拓扑还具有导通损耗小、开关管输出电流均匀和所需器件较少的优势；三电平三相四线制拓扑主要包括三桥臂和四桥臂两种结构，三桥臂结构与四桥臂结构相比，零序电压输出能力相对较弱但所需开关器件少。
具体地，三电平Buck/Boost电路如图2所示。其中Cdc为低压侧电容；Ldc为低压侧滤波电感；R1、R2分别为直流正负母线的等效负载；Q1、Q4为Buck运行状态下动作的开关管；Q2、Q3为Boost运行状态下动作的开关管；iL为低压侧电感电流；uin为低压侧输入电压。
本实施例中，三电平Buck/Boost电路以直流母线总电压恒定与中点电位平衡作为控制目标，控制方框图如图3所示。其中，uC1C2_ref为直流母线总电压参考值，Gudc为电压外环控制器(PI控制，式(1))，iLref为低压侧电感电流参考值，根据iLref的正负判断当前电路的工作模式：当iLref>0时，电路工作于Boost模式，电流内环采用控制器Gidc_boost(PI控制，式(2))，Q1、Q4工作于二极管状态，Q2、Q3接受占空比信号dup、ddown触发；当iLref<0时，电路工作于Buck模式，电流内环采用控制器Gidc_buck(PI控制，式(2))，Q2、Q3工作于二极管状态，Q1、Q4接受占空比信号dup、ddown触发。其中dup、ddown由直流母线总电压控制占空比d与中点电位平衡控制占空比Δd合成得到。Q1、Q4载波互差180°，Q2、Q3载波互差180°；
Figure BDA0002302390770000051
Figure BDA0002302390770000061
本实施例中，中点电位平衡控制器GΔu根据中点电位参考Δuref与中点电位偏移Δu之差，调整Buck/Boost电路中各开关管在Boost模式或者Buck模式下的占空比。具体地，中点电位平衡控制器GΔu以中点电位参考Δuref与中点电位偏移Δu之差作为输入，输出量对Q1和Q4(Q2和Q3)的占空比进修正，通过将一个开关管的占空比增大，另一个开关管的占空比减小，使电感电流给电压较小的电容充电时间较长，从而实现两电容电压平衡的目的。具体地，采用一种基于比例谐振控制的中点电位平衡方法。考虑到中点电位低频振荡的主要频次集中在工频及三倍工频附近，在这两个频率点设计谐振环节，GΔu的可表达为：
Figure BDA0002302390770000062
式(3)中，kpΔu为比例增益，krΔu为工频处谐振增益，krΔu3为三倍工频处谐振增益。
以Boost工作模式为例，当控制占空比d>0.5时，在一个控制周期内有三种模态(Q2导通、Q3导通和同时导通)。取直流正负母线电容电压uC1、uC2，低压侧电感电流iL组成状态向量x(t)＝[uC1(t)uC2(t)iL(t)]T；低压侧输入电压uin，直流母线总电压控制占空比d，中点电位平衡控制占空比Δd组成输入向量u(t)＝[d(t)Δd(t)uin(t)]T。设X＝[UC1 UC2 IL]T和U＝[DΔD Uin]T分别为x(t)和u(t)的稳态工作点向量。对x(t)和u(t)在稳态工作点近似认为UC1＝UC2，引入小信号扰动并忽略二阶扰动乘积项，得到中点电位平衡控制占空比Δd小信号到中点电位偏移Δu小信号的传递函数为：
Figure BDA0002302390770000063
根据叠加定理，两级式PCS中点电位控制***的方框图如图4所示。从三电平Buck/Boost对中点电位进行控制的角度，可将3LT23L3P4W拓扑对于中点电位的影响视为扰动Δudist。中点电位平衡控制***的闭环传递函数可表达为：
Figure BDA0002302390770000064
中点电位扰动Δudist到中点电位偏移Δu的闭环传递函数可表达为：
Figure BDA0002302390770000065
根据式(6)绘制闭环***幅频响应Bode图，如图5所示，在50Hz及150Hz处存在明显的负谐振峰，表明该方法能够对工频及三倍工频扰动分量起到明显的抑制作用。
选取稳态工作点UC1＝UC2＝300V，IL＝50A，D＝0.56，ΔD＝0，Uin＝300V，C1＝C2＝2460μF，Ldc＝600μ，R1＝R2＝16.33Ω，Ts＝66.7μs。式(5)中点电位平衡控制***的闭环特征根随PR控制器参数变化的分布如图6所示。其中6a)为krΔu3一定时，特征根随krΔu与kpΔu变化的分布情况，靠近虚轴的主要特征根包括Eig.1、Eig.2和Eig.3，随着kpΔu的增大，Eig.1和Eig.2衰减系数σ呈现出先增大后减小的趋势，阻尼振荡频率ωd减小；随着krΔu的增大，Eig.1和Eig.2自然频率ωn增大，***阻尼减小；Eig.3的分布基本不变。6b)为krΔu一定时，特征根随krΔu3与kpΔu变化的分布情况，Eig.1呈现远离虚轴的趋势，Eig.2呈现靠近虚轴的趋势，***总体阻尼减小；Eig.3的分布基本不变(其中图中深色线条对应的krΔu比浅色线条对应的krΔu小)。
为验证上述结论，在MATLAB中分析中点电位控制***的阶跃响应(中点电位参考Δuref为10V)。如图7a)所示，kpΔu在一定范围内增加，***阶跃响应超调量减小，阻尼振荡频率减小；krΔu增加，***阶跃响应超调量增加，阻尼减小；krΔu3增加，***阶跃响应超调量增加，阻尼减小。为了进一步验证上述结论，在MATLAB/Simulink中按上述参数对三电平Buck/Boost中点电位控制***阶跃响应进行仿真。如图7b)所示，除开关频率附近的高频分量外，仿真结果与理论分析结果7a)基本吻合，验证了中点电位控制***小信号模型的正确性。
为了验证本发明提出的基于前级三电平Buck/Boost比例谐振控制的中点电位平衡方法，使用MATLAB/Simulink软件搭建了图1所示的两级式PCS***。其中3LT23L3P4W拓扑所采用恒压恒频控制和三电平三维空间矢量调制算法，三电平Buck/Boost采用上述直流母线总电压与中点电位平衡控制方法。针对两个典型工况(不对称负载和感性负载)进行了仿真验证，***结构及控制参数如表1所示：
表1:两级式PCS参数
Figure BDA0002302390770000071
Figure BDA0002302390770000081
仿真工况一采用三相对称阻感性负载(Za＝Zb＝Zc＝24.2+j11.7Ω，
Figure BDA0002302390770000082
)，仿真结果如图8所示。图8上方为交流三相负载电流iao、ibo、ico，下方为中点电位偏移Δu。t＝0.04s时使能中点电位平衡控制，Δu峰峰值在50ms内从4.1V下降至1V。仿真结果证明了本发明所提出的中点电位控制方法在非单位功率因数负载条件下，能够有效抑制中点电位低频振荡并消除直流分量，具有良好的动态特性。
仿真工况二采用不对称阻性负载(Za＝16.13Ω,Zb＝Zc＝24.2Ω)，仿真结果如图9所示。图9上方为交流三相负载电流iao、ibo、ico，下方为中点电位偏移Δu。t＝0.04s时使能中点电位平衡控制，Δu峰峰值在50ms内从13.5V下降至1.06V。仿真结果证明了本发明所提出的中点电位平衡方法在不对称负载条件下，能够有效抑制中点电位低频振荡并消除直流分量，具有良好的动态特性。
本发明还公开了一种两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡***，包括
第一模块，用于根据储能换流器中的三电平Buck/Boost电路中的低压侧电感电流参考值iLref，控制三电平Buck/Boost电路工作于Boost模式或者Buck模式；
第二模块，用于根据中点电位参考Δuref与中点电位偏移Δu之差，调整Buck/Boost电路中各开关管在Boost模式或者Buck模式下的占空比，以使直流母线总电压恒定与中点电位平衡。
本发明的***，用于执行如上所述的方法，同样具有如上方法所述的优点。
本发明实施例还公开了一种计算机可读储存介质，其上储存有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法的步骤。同时，本发明实施例还公开了一种计算机设备，包括处理器和存储器，存储器上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法的步骤。本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现各种功能。存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其它易失性固态存储器件等。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法，其特征在于，包括步骤：
根据储能换流器中的三电平Buck/Boost电路中的低压侧电感电流参考值iLref，控制三电平Buck/Boost电路工作于Boost模式或者Buck模式；
根据中点电位参考Δuref与中点电位偏移Δu之差，调整Buck/Boost电路中各开关管在Boost模式或者Buck模式下的占空比，以使直流母线总电压恒定与中点电位平衡。
2.根据权利要求1所述的两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法，其特征在于，当iLref>0时，三电平Buck/Boost电路工作于Boost模式；当iLref<0时，三电平Buck/Boost电路工作于Buck模式。
3.根据权利要求2所述的两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法，其特征在于，所述三电平Buck/Boost电路包括电压外环控制器Gudc和电压内环控制器Gidc_buck/boost；所述电压外环控制器Gudc和电压内环控制器Gidc_buck/boost均采用PI控制；其中
Figure FDA0002302390760000011
Figure FDA0002302390760000012
其中kpudc、kiudc、kpidc_buck/boost、kiidc_buck/boost均为比例增益；s为积分时间。
4.根据权利要求1或2或3所述的两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法，其特征在于，所述三电平Buck/Boost电路包括中点电位平衡控制器GΔu，所述中点电位平衡控制器GΔu以中点电位参考Δuref与中点电位偏移Δu之差作为输入，输出量对三电平Buck/Boost电路的开关管的占空比进行修正，通过增大一个开关管的占空比，减小另一个开关管的占空比，使电感电流给电压较小的电容长时间充电，从而实现两电容电压平衡。
5.根据权利要求4所述的两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法，其特征在于，所述GΔu为：
Figure FDA0002302390760000013
其中，kpΔu为比例增益，krΔu为工频处谐振增益，krΔu3为三倍工频处谐振增益。
6.根据权利要求4所述的两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法，其特征在于，所述中点电位平衡控制器的闭环传递函数可表达为：
Figure FDA0002302390760000014
中点电位扰动Δudist到中点电位偏移Δu的闭环传递函数可表达为：
Figure FDA0002302390760000015
7.根据权利要求1或2或3所述的两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法，其特征在于，所述Buck/Boost电路中各开关管受占空比信号dup、ddown触发；其中dup、ddown由直流母线总电压控制占空比d与中点电位平衡控制占空比Δd合成得到。
8.一种两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡***，其特征在于，包括
第一模块，用于根据储能换流器中的三电平Buck/Boost电路中的低压侧电感电流参考值iLref，控制三电平Buck/Boost电路工作于Boost模式或者Buck模式；
第二模块，用于根据中点电位参考Δuref与中点电位偏移Δu之差，调整Buck/Boost电路中各开关管在Boost模式或者Buck模式下的占空比，以使直流母线总电压恒定与中点电位平衡。
9.一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1至7中任意一项所述的两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1至7中任意一项所述的两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法的步骤。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113489326A (zh) * 2021-08-20 2021-10-08 青岛鼎信通讯股份有限公司 一种应用于能量路由器的两级式dc/ac双向变换装置
CN114070064A (zh) * 2021-11-30 2022-02-18 阳光电源股份有限公司 一种功率变换器及其应用***
CN116846234A (zh) * 2023-08-31 2023-10-03 深圳市恒运昌真空技术有限公司 一种射频电源供能的二级变换器及其控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040100149A1 (en) * 2002-11-22 2004-05-27 Jih-Sheng Lai Topologies for multiple energy sources
CN103427694A (zh) * 2013-08-30 2013-12-04 阳光电源股份有限公司 一种三相五电平变换器电容电位平衡控制方法及***
CN103997239A (zh) * 2014-06-09 2014-08-20 安徽赛瑞储能设备有限公司 一种t型三电平变流器中点的均压电路
CN104022668A (zh) * 2014-05-30 2014-09-03 江苏大学 基于准比例谐振控制的三相npc并网逆变器
CN105763085A (zh) * 2016-03-04 2016-07-13 东南大学 基于逆阻型三电平的储能并网变流器及其控制方法
CN107994795A (zh) * 2017-12-08 2018-05-04 中国船舶工业***工程研究院 一种三电平Boost变换器中点电位平衡控制方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040100149A1 (en) * 2002-11-22 2004-05-27 Jih-Sheng Lai Topologies for multiple energy sources
CN103427694A (zh) * 2013-08-30 2013-12-04 阳光电源股份有限公司 一种三相五电平变换器电容电位平衡控制方法及***
CN104022668A (zh) * 2014-05-30 2014-09-03 江苏大学 基于准比例谐振控制的三相npc并网逆变器
CN103997239A (zh) * 2014-06-09 2014-08-20 安徽赛瑞储能设备有限公司 一种t型三电平变流器中点的均压电路
CN105763085A (zh) * 2016-03-04 2016-07-13 东南大学 基于逆阻型三电平的储能并网变流器及其控制方法
CN107994795A (zh) * 2017-12-08 2018-05-04 中国船舶工业***工程研究院 一种三电平Boost变换器中点电位平衡控制方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHANGLIANG XIA: "Neutral-Point Potential Balancing of Three-Level Inverters in Direct-Driven Wind Energy Conversion System", 《IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION》 *
DUC-TRI DO: "Three-Level Quasi-Switched Boost T-Type Inverter: Analysis, PWM Control, and Verification", 《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS》 *
HAIXV SHI: "Capacitor voltage balancing of a three-level bi-directional buck-boost converter for battery energy storage system", 《2014 17TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTRICAL MACHINES AND SYSTEMS (ICEMS)》 *
刘京斗: "一种T型NPC三电平三相四桥臂中点电位控制策略", 《电源学报》 *
王冕: "二级式三电平逆变器不连续调制及中点电位平衡策略", 《电测与仪表》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113489326A (zh) * 2021-08-20 2021-10-08 青岛鼎信通讯股份有限公司 一种应用于能量路由器的两级式dc/ac双向变换装置
CN114070064A (zh) * 2021-11-30 2022-02-18 阳光电源股份有限公司 一种功率变换器及其应用***
CN114070064B (zh) * 2021-11-30 2024-04-12 阳光电源股份有限公司 一种功率变换器及其应用***
CN116846234A (zh) * 2023-08-31 2023-10-03 深圳市恒运昌真空技术有限公司 一种射频电源供能的二级变换器及其控制方法
CN116846234B (zh) * 2023-08-31 2023-11-10 深圳市恒运昌真空技术有限公司 一种射频电源供能的二级变换器的控制方法

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