專利名稱：一種用于三相三電平光伏并網逆變器的零序分量注入抑制中點電位波動方法
技術領域：
:本發明涉及一種用于三相三電平光伏并網逆變器的零序分量注入抑制中點電位波動方法，適用于三電平主電路的有源逆變和無源逆變場合。
背景技術：
:近些年來，隨著我國國民經濟的迅速發展，工業、電力、交通、新能源及其它一些相關領域對大容量電力電子變換裝置的需求更加迫切。多電平逆變器的電路拓撲結構能夠避免功率器件直接串聯引起的動態均壓問題，同時降低電壓變化率、減小共模干擾、提高等效開關頻率、減少輸出電壓諧波分量，成為大功率有源、無源逆變領域研究的重點。三電平電壓型逆變器結構相對簡單，所用器件相對較少，可靠性較高，因而成為最具實際應用價值的多電平電路結構。對于二極管箝位型的多電平逆變器，中點平衡問題是其存在的固有問題。兩串聯電容的連接點就是其電位中點，當該點的電位發生波動時，就出現了中點電位不平衡現象。中點電位的波動會造成電容電壓的不對稱，這一方面會加劇交流輸出側電壓的畸變；另一方面會造成開關器件關斷時承受的電壓不一致，嚴重時會導致開關器件擊穿。所以，多電平逆變器的中點電位波動必須要加以抑制
發明內容
:技術問題:本發明的目的是提出一種用于三相三電平光伏并網逆變器的零序分量注入抑制中點電位波動方法，一方面可以避免使用硬件箝位方案，另一方面提高了中點電位控制的可靠性和靈活性。技術方案:本發明用于三相三電平光伏并網逆變器的零序分量注入抑制中點電位波動方法，對三角載波型PWM疊加適當的零序分量的具體實現過程為:1、分析三電平逆變器空間電壓矢量圖，在此基礎上將整個空間矢量圖按六個中矢量(即空間矢量圖中幅值介于大矢量和小矢量之間的電壓矢量，如PON，OPN等)進行區域劃分，可以分為六個矢量工作扇區，如圖3所示。2、設任意一個三角載波PWM周期內的工作情況如圖4所示，其中，va% vb*, V；為三相參考調制波，vcl, Vc2為三角載波，根據三角載波和參考調制波的比較關系，可以得到三相橋臂的開關狀態，也即對應于三相橋臂的動作時序。3、設合成目標參考矢量的三個空間矢量POO(ONN)、PON, OON的作用時間分別是之^^^和2T2，T = Ts/2，系數k是Ttl的分配因子。在上述參量已知情況下可以得出SVPWM的隱含三相調制波函數:va* = (k.^+T1) /T(I)
vb* = (k.To+Ti+T^/T-l (2)vc* = k.T0/T-l(3)
設Va、vb和V。為載波PWM模式下參考給定電壓信號，根據規則采樣及伏秒平衡原則，可以得出:T1 = (Va-Vc-1).T(4)T2 = (l-va+vb).T(5)T0 = T-T1-T2 = (l-vb+vc).T (6)將式⑷、(5)、(6)代入式⑴、⑵、(3)，可以得到:va* = va+vz(7)vb* = vb+vz (8)vc* = vc+vz (9)其中vz = (k-1).vc-k.va+2k_l (10)由式(10)可以看出，分配因子k在0 I之間變化，對應于三角載波中零序分量Vz的變化，k可以是個定值，也可以是隨時間變化的量，隨著k取不同的值，產生的PWM模式也不同。4、假定參考電壓矢量位于第①扇區的C三角形中，其等效參考調制波、相應的開關狀態及電壓矢量如圖4 所示。假設此時系統控制需要疊加正的零序分量，若零序分量值較大，則可能使得三相參考調制波中的B相分量Vb*發生極性的變化，即由負變為正，則此時參考調制波、相應開關狀態及電壓矢量用也將發生相應的變化，具體的時序狀態如圖5所示。設vaz、vbz和Vra為疊加了系統控制所需零序分量后的參考給定電壓信號，由規則采樣及伏秒平衡原則，可以得出:Tlz = (l-vbz+vj.T(11)T2z = (vaz-vcz-l).T(12)T0z = T-T1-T2 = (l-vaz+vbz).T (13)并有vaz = va+vzc(14)vbz = vb+vzc(15)vcz = vc+vzc(16)其中，vzc是根據系統控制需要而注入的零序分量，Tlz, T2z, T0z為注入的零序分量后的相應電壓矢量作用時間。5、通過對三電平逆變器中點電流的分析，我們知道欲使每個控制周期中直流電壓的變化為零，則需在一個控制周期Ts中控制流經中點的平均中點電流為零，考慮圖4所示三相橋臂開關狀態，同時假定一個控制周期Ts內三相負載電流不變，分別為Ia、Ib、I。，則可以得出當參考矢量位于第①扇區C三角形中時，一個控制周期里平均中點電流為:Inp = -(Vac.Ia-Vbc.Ib-Vcc.Ic) (17)且有:vac = va*+v0(18)vbc = vb*+v0(19)vcc = vc*+v0(20)根據上一節的分析，將式(18)、(19)、(20)代入式(17)并令Inp = 0，可得到:
權利要求
1.一種用于三相三電平光伏并網逆變器的零序分量注入抑制中點電位波動方法，其特征在于對三角載波型PWM疊加適當的零序分量的具體實現過程: . 1、三電平逆變器主電路結構如
圖1所示，其三相開關狀態可用圖2所示空間矢量圖說明，在此基礎上將整個空間矢量圖按六個中矢量(即空間矢量圖中幅值介于大矢量和小矢量之間的電壓矢量，如PON，OPN等)進行區域劃分，可以分為六個矢量工作扇區，如圖3所/Jn ο. 2、設任意一個三角載波PWM周期內的工作情況如圖4所示，其中，va%vb*, V；為三相參考調制波，vcl, Vc2為三角載波，根據三角載波和參考調制波的比較關系，可以得到三相橋臂的開關狀態，也即對應于三相橋臂的動作時序。從SVPWM的角度分析這個三相橋臂的動作時序，可以發現該模式對應于圖3所示第①扇區的C1三角形的空間矢量合成時序。 . 3、設合成目標參考矢量的三個空間矢量POO(ONN)>PON, OON的作用時間分別是21^21^和2T2，T = Ts/2，系數k是Ttl的分配因子。在上述參量已知情況下可以得出SVPWM的隱含三相調制波函數: V； = (k.VT1)/T(I) vb* = (k.WT2VT-1 (2) V； = k.T0/T-l(3) 設va、vb和V。為載波PWM模式下參考給定電壓信號，根據規則采樣及伏秒平衡原則，可以得出: Ti = (Va-Vc-1).T⑷ T2 = (l-va+vb).T(5)T0 = T-T1-T2 = (l-vb+vc).T (6) 將式⑷、(5)、(6)代入式⑴、⑵、(3)，可以得到: Va* = Va+Vz ⑵ vb* = Vb+Vz ⑶ V。* = Vc+Vz O) 其中vz = (k-1).vc-k.va+2k-l (10) 由式(10)可以看出，分配因子k在O I之間變化，對應于三角載波中零序分量\的變化，k可以是個定值，也可以是隨時間變化的量，隨著k取不同的值，產生的PWM模式也不同。
.4、假定參考電壓矢量位于第①扇區的C三角形中，其等效參考調制波、相應的開關狀態及電壓矢量如圖4所示。假設此時系統控制需要疊加正的零序分量，若零序分量值較大，則可能使得三相參考調制波中的B相分量Vb*發生極性的變化，即由負變為正，則此時參考調制波、相應開關狀態及電壓矢量用也將發生相應的變化，具體的時序狀態如圖5所示。
設vaz、vbz和Vra為疊加了系統控制所需零序分量后的參考給定電壓信號，由規則采樣及伏秒平衡原則，可以得出: Tiz = (l-vbz+vj.T(11) T2z = (vaz-vcz-l).T(12)T0z = T-T1-T2 = (l-vaz+vbz).T (13)并有 Vaz = va+vzc (14) vbZ = vb+vzc (15) vCZ = Vc+Vzc(16) 其中，Vzc是根據系統控制需要而注入的零序分量，Tlz, T2z, T0z為注入的零序分量后的相應電壓矢量作用時間。
將式(14)、(15)、(16)代入式(11)、(12)、(13)，可以得到: Tlz = (l-vb+vc).T(17) T2z = (va-vc-l).T(18)T0z = T-T1-T2 = (l-va+vb).T (19) 很顯然，這里的矢量作用時間Tlz、T2z、Ttlz不同于式(4) (5) (6)給出的作用時間。但仔細比較這兩種作用時間表達式，可以發現有如下規律:T1 = T2z = (Va-Vc-1).T (20)T2 = T0z = (l-va+vb).T (21)T0 = Tlz = (l-vb+vc).T (22) .5、通過對三電平逆變器中點電流的分析，我們知道欲使每個控制周期中直流電壓的變化為零，則需在一個控制周期Ts中控制流經中點的平均中點電流為零，考慮圖4所示三相橋臂開關狀態，同時假定一個控制周期Ts內三相負載電流不變，分別為Ia、Ib、Ic，則可以得出當參考矢量位于第①扇區C三角形中時，一個控制周期里平均中點電流為:Inp = -(Vac.Ia-Vbc.Ib-Vcc.U (23) 且有: Vac = v:+v0 (24)Vbc = vb*+v0 (25) Vcc = v:+v0 (26) 根據上一節的分析，將式(24)、(25)、(26)代入式(23)并令Inp = 0，可得到:
全文摘要
本發明涉及一種三相三電平光伏并網逆變器中點電位平衡控制技術。在空間電壓矢量圖區域劃分的基礎上，提出了一種基于矢量分區概念的三電平SVPWM零序分量分析方法。研究結果表明對三電平SVPWM選擇適當的冗余電壓矢量可以通過對三角載波型PWM疊加適當的零序分量等效實現，并在此基礎上提出了一種新的基于零序分量疊加的中點電壓控制方法。所提出的零序分量分析方法直觀有效，物理意義清晰，實現方法簡單，不需要增加額外的硬件電路。
文檔編號H02M7/487GK103138619SQ20111039357
公開日2013年6月5日 申請日期2011年12月1日 優先權日2011年12月1日
發明者曹大鵬, 徐小勇, 趙磊 申請人:蘇州歐姆尼克新能源科技有限公司