CN115459553B - 一种t型三电平pwm整流器中点电位spwm控制方法 - Google Patents

Abstract

一种t型三电平pwm整流器中点电位spwm控制方法，基于SPWM调制方式进行中点电位控制计算量小，计算简单，能够完全消除交流波动和直流偏压，此方法提高了***性能指标，降低了复杂度，提高了稳定性。

Description

一种t型三电平pwm整流器中点电位spwm控制方法

技术领域

本发明涉及三电平变换器控制技术领域，具体涉及一种t型三电平pwm整流器中点电位spwm控制方法。

背景技术

三电平变换器相对两电平变换器，器件开关损耗小，谐波含量低，输出波形质量高等优点，广泛应用于并网逆变和储能变流等场合。常见的三电平PWM整流器拓扑有二极管中点箝位型(Neutral Point Clamped，NPC)三电平，T型三电平和有源中点箝位型(ActiveNeutral-Point-Clamped，ANPC)三电平。T型三电平具有功率器件少，损耗小效率高等优点，然而中点电位不平衡是T型三电平和其他两种三电平技术存在的固有问题。

针对T型三电平中点电位不平衡问题，常见的解决方法有注入零序分量的载波调制，构建虚拟空间矢量，基于模型预测的控制和硬件电路补偿法等方法。文献“一种零序电压注入的T型三电平逆变器中点电位平衡控制方法”(张建忠等，电工技术学报)提出一种在不同区域精确计算注入零序电压的值，并引入前馈和反馈控制，实现了中点电位平衡控制。专利CN113179040A采取多种虚拟小矢量构成，使同一区域、相邻小区域及相邻大区域的脉冲序列平滑切换。通过实时检测直流侧分压电容端电压值以及负载侧三相电流值来改变虚拟矢量的幅值，进而改变虚拟矢量在一个载波周期内的作用时间，最终实现中点电位平衡。构建虚拟矢量控制是基于SVPWM的控制，计算较复杂。文献“基于模型预测控制的T型三电平并网逆变器的研究”(杜文睿，重庆理工大学硕士学位论文)在代价函数中代入直流侧电容电压，借助设置权重因子就可以平衡中点电位。模型预测计算量大，受工况影响精度下降。硬件电路补偿控制，会增加硬件复杂度和成本。

T型三电平中点电位平衡问题影响输出波形质量，开关管电压应力和母线电容寿命，影响变换器的可靠性和安全运行。基于传统SVPWM调制的中点控制方法研究较多，但普遍存在计算量大，矢量选取复杂，控制效果一般的问题。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种复杂度降低，稳定性提高的t型三电平pwm整流器中点电位spwm控制方法。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种t型三电平pwm整流器中点电位spwm控制方法，包括如下步骤：

a)获取t型三电平pwm整流器控制***中的坐标反变换后的正弦波u_k，将正弦波u_k拆分成上调制波u_k1和下调制波u_k2，k＝{a,b,c}，a为a相，b为b相，c为c相；

b)通过公式

计算得到中点电位u_np，式中u_Cn为中点与母线负之间的电压，u_Cp为母线正与中点之间的电压；

c)计算当k相上调制波u_k1和k相下调制波u_k2同时不为零时的调节量Δu；

d)通过公式u_kz＝u_k+v_z计算正弦波加零序后任意时刻三相正弦波u_kz，

e)计算得到Δu的上限值Δu_max及下限值Δu_min；

f)对调节量Δu限幅处理后得到Δu_Lim，如果Δu≥Δu_max，则Δu_Lim＝Δu_max，如果Δu＜Δu_min，则Δu_Lim＝Δu_min，如果Δu＜Δu_max或Δu≥Δu_min，则Δu_Lim＝Δu；

g)当k相上调制波u_k1和k相下调制波u_k2同时不为零时，计算得到新的电压调制波u′_k1和u′_k2；

h)当k相上调制波u_k1或新的电压调制波u′_k1大于上载波u_carry1时，t型三电平pwm整流器的第一开关管的输入信号为高电平，t型三电平pwm整流器的第三开关管的输入信号为低电平，当k相上调制波u_k1或新的电压调制波u′_k1小于上载波u_carry1时，t型三电平pwm整流器的第一开关管的输入信号为低电平，t型三电平pwm整流器的第三开关管的输入信号为高电平，当k相下调制波u_k2或新的电压调制波u′_k2大于下载波u_carry2时，t型三电平pwm整流器的第二开关管的输入信号为高电平，t型三电平pwm整流器的第四开关管的输入信号为低电平，当k相下调制波u_k2或新的电压调制波u′_k2小于下载波u_carry2时，t型三电平pwm整流器的第二开关管的输入信号为低电平，t型三电平pwm整流器的第四开关管的输入信号为高电平，完成PWM驱动信号波形的输出。

进一步的，步骤a)中通过公式

计算得到上调制波u_k1，式中min(u_a,u_b,u_c)为u_a或u_b或u_c的最小值，u_a为正弦波u_k中的a相正弦波，u_b为正弦波u_k中的b相正弦波，u_c为正弦波u_k中的c相正弦波；通过公式/>

计算得到下调制波u_k2，式中max(u_a,u_b,u_c)为u_a或u_b或u_c的最大值。

进一步的，步骤c)中通过公式

计算得到k相上调制波u_k1和k相下调制波u_k2的调节量Δu，式中C为直流母线电容的电压，C＝Cn＝Cp，Cn为t型三电平pwm整流器中下电容电压，Cp为t型三电平pwm整流器中上电容电压，i_mid为中间电压相电流，T_c为载波周期。

进一步的，步骤e)中通过公式

计算得到上限值Δu_max，通过公式/>

计算得到下限值Δu_min，u_max为正弦波加零序后任意时刻三相正弦波u_kz的最大值，u_mid为正弦波加零序后任意时刻三相正弦波u_kz的中间值。

进一步的，步骤g)中通过公式u′_k1＝u_k1+Δu_Lim计算得到新的电压调制波u′_k1，通过公式u′_k2＝u_k2-Δu_Lim计算得到新的电压调制波u′_k2。

本发明的有益效果是：基于SPWM调制方式进行中点电位控制计算量小，计算简单，能够完全消除交流波动和直流偏压，此方法提高了***性能指标，降低了复杂度，提高了稳定性。

附图说明

图1为本发明的PWM驱动波形产生方法示意图；

图2为本发明的中点电位平衡控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图1、附图2对本发明做进一步说明。

一种t型三电平pwm整流器中点电位spwm控制方法，包括如下步骤：

a)获取t型三电平pwm整流器控制***中的坐标反变换后的正弦波u_k，将正弦波u_k拆分成上调制波u_k1和下调制波u_k2，k＝{a,b,c}，a为a相，b为b相，c为c相。

b)通过公式

计算得到中点电位u_np，式中u_Cn为中点与母线负之间的电压，u_Cp为母线正与中点之间的电压。

c)计算当k相上调制波u_k1和k相下调制波u_k2同时不为零时的调节量Δu。

d)通过公式u_kz＝u_k+v_z计算正弦波加零序后任意时刻三相正弦波u_kz，

e)计算得到Δu的上限值Δu_max及下限值Δu_min。

f)对调节量Δu限幅处理后得到Δu_Lim，如果Δu≥Δu_max，则Δu_Lim＝Δu_max，如果Δu＜Δu_min，则Δu_Lim＝Δu_min，如果Δu＜Δu_max或Δu≥Δu_min，则Δu_Lim＝Δu。

g)当k相上调制波u_k1和k相下调制波u_k2同时不为零时，计算得到新的电压调制波u′_k1和u′_k2。

h)当k相上调制波u_k1或新的电压调制波u′_k1大于上载波u_carry1时，t型三电平pwm整流器的第一开关管的输入信号为高电平，t型三电平pwm整流器的第三开关管的输入信号为低电平，当k相上调制波u_k1或新的电压调制波u′_k1小于上载波u_carry1时，t型三电平pwm整流器的第一开关管的输入信号为低电平，t型三电平pwm整流器的第三开关管的输入信号为高电平，当k相下调制波u_k2或新的电压调制波u′_k2大于下载波u_carry2时，t型三电平pwm整流器的第二开关管的输入信号为高电平，t型三电平pwm整流器的第四开关管的输入信号为低电平，当k相下调制波u_k2或新的电压调制波u′_k2小于下载波u_carry2时，t型三电平pwm整流器的第二开关管的输入信号为低电平，t型三电平pwm整流器的第四开关管的输入信号为高电平，完成PWM驱动信号波形的输出。

基于SPWM调制方式进行中点电位控制计算量小，计算简单，能够完全交流波动和直流偏压，此方法提高了***性能指标，降低了复杂度，提高了稳定性。

实施例1：

步骤a)中通过公式

计算得到上调制波u_k1，式中min(u_a,u_b,u_c)为u_a或u_b或u_c的最小值，u_a为正弦波u_k中的a相正弦波，u_b为正弦波u_k中的b相正弦波，u_c为正弦波u_k中的c相正弦波；通过公式/>

计算得到下调制波u_k2，式中max(u_a,u_b,u_c)为u_a或u_b或u_c的最大值。

实施例2：

步骤c)中通过公式

计算得到k相上调制波u_k1和k相下调制波u_k2同时不为零时的的调节量Δu，式中C为直流母线电容的电压，C＝Cn＝Cp，Cn为t型三电平pwm整流器中下电容电压，Cp为t型三电平pwm整流器中上电容电压，i_mid为中间电压相电流，T_c为载波周期。

实施例3：

步骤e)中通过公式

计算得到上限值Δu_max，通过公式

计算得到下限值Δu_min，u_max为正弦波加零序后任意时刻三相正弦波u_kz的最大值，u_mid为正弦波加零序后任意时刻三相正弦波u_kz的中间值。

实施例4：

步骤g)中通过公式u′_k1＝u_k1+Δu_Lim计算得到新的电压调制波u′_k1，通过公式u′_k2＝u_k2-Δu_Lim计算得到新的电压调制波u′_k2。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种t型三电平pwm整流器中点电位spwm控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)获取t型三电平pwm整流器控制***中的坐标反变换后的正弦波u_k，将正弦波u_k拆分成上调制波u_k1和下调制波u_k2，k＝{a,b,c}，a为a相，b为b相，c为c相；

b)通过公式

计算得到中点电位u_np，式中u_Cn为中点与母线负之间的电压，u_Cp为母线正与中点之间的电压；

c)计算当k相上调制波u_k1和k相下调制波u_k2同时不为零时的调节量Δu；

d)通过公式u_kz＝u_k+v_z计算正弦波加零序后任意时刻三相正弦波u_kz，

e)计算得到Δu的上限值Δu_max及下限值Δu_min；

f)对调节量Δu限幅处理后得到Δu_Lim，如果Δu≥Δu_max，则Δu_Lim＝Δu_max，如果Δu＜Δu_min，则Δu_Lim＝Δu_min，如果Δu＜Δu_max或Δu≥Δu_min，则Δu_Lim＝Δu；

g)当k相上调制波u_k1和k相下调制波u_k2同时不为零时，计算得到新的电压调制波u′_k1和u′_k2；

h)当k相上调制波u_k1或新的电压调制波u′_k1大于上载波u_carry1时，t型三电平pwm整流器的第一开关管的输入信号为高电平，t型三电平pwm整流器的第三开关管的输入信号为低电平，当k相上调制波u_k1或新的电压调制波u′_k1小于上载波u_carry1时，t型三电平pwm整流器的第一开关管的输入信号为低电平，t型三电平pwm整流器的第三开关管的输入信号为高电平，当k相下调制波u_k2或新的电压调制波u′_k2大于下载波u_carry2时，t型三电平pwm整流器的第二开关管的输入信号为高电平，t型三电平pwm整流器的第四开关管的输入信号为低电平，当k相下调制波u_k2或新的电压调制波u′_k2小于下载波u_carry2时，t型三电平pwm整流器的第二开关管的输入信号为低电平，t型三电平pwm整流器的第四开关管的输入信号为高电平，完成PWM驱动信号波形的输出；

步骤a)中通过公式

计算得到上调制波u_k1，式中min(u_a,u_b,u_c)为u_a或u_b或u_c的最小值，u_a为正弦波u_k中的a相正弦波，u_b为正弦波u_k中的b相正弦波，u_c为正弦波u_k中的c相正弦波；通过公式/>

计算得到下调制波u_k2，式中max(u_a,u_b,u_c)为u_a或u_b或u_c的最大值；

步骤c)中通过公式

计算得到k相上调制波u_k1和k相下调制波u_k2的调节量Δu，式中C为直流母线电容的电压，C＝Cn＝Cp，Cn为t型三电平pwm整流器中下电容电压，Cp为t型三电平pwm整流器中上电容电压，i_mid为中间电压相电流，T_c为载波周期；/>

步骤e)中通过公式

计算得到上限值Δu_max，通过公式

计算得到下限值Δu_min，u_max为正弦波加零序后任意时刻三相正弦波u_kz的最大值，u_mid为正弦波加零序后任意时刻三相正弦波u_kz的中间值；

步骤g)中通过公式u′_k1＝u_k1+Δu_Lim计算得到新的电压调制波u′_k1，通过公式u′_k2＝u_k2-Δu_Lim计算得到新的电压调制波u′_k2。

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