專利名稱：一種基于功率器件開關分配的級聯型逆變器電壓平衡控制方法
技術領域：
本發明涉及逆變器的控制方法，特別是一種基于功率器件開關分配的級聯型逆變器電壓平衡控制方法。
背景技術：
級聯型逆變器主電路結構以單相全橋逆變電路為級聯單元，由多個級聯単元在 交流端直接串聯，再經連接電抗器與電網相接，具有以下優點所需器件數量少，不需要鉗位器件；容易實現模塊化，易于擴展，適用不同的電壓等級，可應用于中高壓電網無功補償、諧波治理和大功率新能源并網。目前，級聯型逆變器廣泛采用電壓電流雙閉環控制方法，生成電壓調制信號；調制方法為載波移相脈寬調制，由一組移相的三角載波與調制信號相比較，生成多路PWM波，用于控制級聯單元中功率器件的通斷，載波移相脈寬調制能夠保證各功率器件負荷平衡，以較低的開關頻率實現補償電流輸出。理論上，級聯型靜止同步補償器和有源濾波器與電網只進行無功功率的交換，一個電網周期內交換的能量為零，但是由于功率器件并非理想器件，存在開關損耗，靜止同步補償器和有源濾波器需從電網獲得一定的有功功率維持直流側電壓穩定，級聯型逆變器各個級聯単元直流側電容相互獨立，參數的分散性、開關損耗的不同以及脈沖延時的差異會造成直流側電壓不平衡。直流側電壓不平衡現象，一方面，會影響裝置輸出電壓和并網電流的諧波特性；另一方面，不平衡現象特別嚴重時，會造成一些級聯単元直流側電壓過高，超出器件的電壓應力，威脅到整個裝置的安全運行。針對直流側電壓不平衡，專利200310115393. 2通過增加外部設備實現直流側電壓平衡控制，増加了投入和維護費用；專利200910062883. 8提出一種分層控制的方法，上層控制實現總的功率控制，下層控制通過在上層控制的基礎上疊加一個與電流方向平行的純有功矢量，從而對各個級聯單元進行有功功率再分配，使得各級聯單元直流側電壓趨于平衡，但該方法控制參數多，難以調整，且直流側平衡控制采用比例控制，無法完全消除直流側電壓不平衡現象。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種基于功率器件開關分配的級聯型逆變器電壓平衡控制方法，消除各級聯單元直流側電壓不平衡現象。為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是一種基于功率器件開關分配的級聯型逆變器電壓平衡控制方法，包括級聯型逆變器，級聯型逆變器分為單相級聯型逆變器和三相級聯型逆變器，単相級聯型逆變器包括若干個級聯單元組成的逆變模塊，相鄰的級聯單元之間兩兩連接，第一個級聯単元通過電感接入交流電源，最后ー個級聯単元接入交流電源；三相級聯型逆變器包括三個并聯的逆變模塊，三個逆變模塊分別通過電感接入三相電源；所述級聯単元包括左右兩個并聯橋臂和ー個直流側電容值支路，直流側電容支路與橋臂并聯；所述橋臂包括兩個串聯的功率器件，該方法的步驟如下I)根據指令電流信號瞬時值i/和并網電流瞬時值i。，由電流跟蹤控制方法決定逆變器輸出電壓的升降，生成開關動作指令urap，Ucup的判定依據如下如果ic(0) >れ((1廣，那么Ucup=I ;如果^ftl) ( 那么Urap=O,其中Upi。‘為本次采樣時刻的并網電流瞬時值和指令電 流瞬時值；；2)對將執行開關動作的級聯單元直流側輸入功率進行預測，生成預測信息Udcup,Udcup 的判定依據如下如果 Sign(iC)=I 且 Ucup=L 那么 Udcup=I ;如果 sign( ic)=0 且 Ucup=I,那么 Udeup=O ;如果 sign (i。)=1 且 Ueup=O,那么 Udeup=O ;如果 sign (i。)=0 且 Ueup=O,那么Udcup=I ；sign ()為符號函數。3)若直流側輸入功率預測信息Udcup為I，則級聯單元按直流側電壓UdJn]的升序排列；若直流側輸入功率預測信息Udcup為0，則級聯單元按直流側電壓UdJn]的降序排列；4)由各級聯單元動作標志位RorL[n]決定同一級聯單元中左、右橋臂的排序，若第i個級聯単元動作標志位RorL[i]為I，則該級聯單元右橋臂排序先于左橋臂;若第i個級聯單元動作標志位RorL[n]為O,則該級聯單元左橋臂排序先于右橋臂,其中，i=l, 2…η ；5)級聯型逆變器各橋臂按上述排列順序依次判定，若開關動作指令Ueup為1，則第一個開關狀態為O的橋臂翻轉為1，其余開關狀態不變；若開關動作指令Urap為0，則第一個開關狀態為I的橋臂翻轉為0，其余開關狀態不變；若翻轉的開關狀態對應右橋臂，則該級聯單元的動作標志位RorL[η]設置為O ;若翻轉的開關狀態對應左橋臂，則該級聯單元的動作標志位RorL[η]設置為I。本發明的有益效果在干本發明采用定時比較控制，控制參數少，易于數字實現，相對于載波移相調制方式，無需產生多路三角載波信號，逆變器并網電流跟蹤效果良好，各級聯單元直流側電壓平衡，各功率器件動作次數均衡，最高開關頻率為控制時鐘頻率的1/4。
圖I為三相級聯型逆變器主電路結構圖；圖2為級聯單元結構示意圖；圖3為級聯型有源濾波器的控制方法示意圖；圖4為負載電流和有源濾波器投入后電網電流波形圖；圖5為逆變器輸出電壓與電網電壓波形圖；圖6為10個級聯單元直流側電壓波形圖；圖7為同一級聯單元左、右橋臂動作次數示意圖。
具體實施例方式圖I為三相級聯型逆變器主電路結構圖，以單相全橋逆變電路為級聯單元，由η個級聯單元在交流端直接串聯組成ー相鏈接，三相鏈接采用Y型連接，再經連接電抗器與電網相接，単相全橋逆變電路包括左右兩個并聯的橋臂和ー個直流側電容支路，每個橋臂由兩個IGBT串聯組成，電容支路與橋臂并聯，每個級聯單元經電壓檢測電路輸出一路直流側電壓信號，輸入兩路來自控制系統的PWM信號，三相級聯型逆變器可對非線性負載進行高壓動態無功補償和諧波治理，改善配電網電能質量。圖2為級聯単元結構示意圖，每個級聯單元由兩個半橋電路和直流側電容組成，每個級聯單元接受來自控制系統的兩路PWM信號PWM[2i-l]、PWM[2i]，左橋臂兩開關由PWM[2i-l]互補驅動，當PWM[2i-l]=l時，上管開通，下管截止；當PWM[2i_l]=0時，上管截止，下管開通；右橋臂兩開關由PWM[2i]互補驅動，當PWM[2i]=l時，下管開通，上管截止；當PWM[2i]=0時，下管截止，上管開通。其中，i=l，2…η;每個級聯單元的直流側電壓經電壓檢測電路輸出至控制系統。任取一相級聯逆變模塊作為研究対象，圖3為ー種適用于級聯型有源濾波器的控制方法示意圖，該控制方法同樣適用于其他兩相鏈接控制方法，只需將輸入信號與輸出信號作相應調整。該控制方法由指令電流生成部分、電流跟蹤控制部分和電壓平衡控制部分組成。I、指令電流生成部分比較各級聯單元直流側電壓之和
權利要求
1. 一種基于功率器件開關分配的級聯型逆變器電壓平衡控制方法，包括級聯型逆變 器，級聯型逆變器分為單相級聯型逆變器和三相級聯型逆變器，單相級聯型逆變器包括若 干個級聯單元組成的逆變模塊，相鄰的級聯單元之間兩兩連接，第一個級聯單元通過電感 接入交流電源，最后一個級聯單元接入交流電源；三相級聯型逆變器包括三個并聯的逆變 模塊，三個逆變模塊分別通過電感接入三相電源；所述級聯單元包括左右兩個并聯橋臂和 一個直流側電容支路，直流側電容支路與橋臂并聯；所述橋臂包括兩個串聯的功率器件，其 特征在于，該方法的步驟如下1)根據指令電流信號瞬時值G和并網電流瞬時值i。，由電流跟蹤控制方法決定逆變 器輸出電壓的升降，生成開關動作指令U-’U-的判定依據如下如果，那么Urap=l; 如果i。( i/，那么urap=0，其中i。、i；為本次采樣時刻的逆變器并網電流和指令電流瞬時 值；2)對將執行開關動作的級聯單元直流側輸入功率進行預測，生成預測信息Udcup，Udcup的 判定依據如下如果sign (ic)=l且Ueup=l,那么Udeup=l ;如果sign (ic)=0且Ueup=l,那么 Udcup=0 ;如果 sign (ic)=l 且 Ueup=0,那么 Udeup=0 ;如果 sign (ic)=0 且 Ueup=0,那么 Udeup=l ； sign ()為符號函數。3)若直流側輸入功率預測信息Udc;upS1，則級聯單元按直流側電壓Udc;[n]的升序排列； 若直流側輸入功率預測信息Udc;upS0，則級聯單元按直流側電壓Udc;[n]的降序排列；4)由各級聯單元動作標志位RorL[n]決定同一級聯單元中左、右橋臂的排序，若第i個 級聯單元動作標志位RorL[i]為1，則該級聯單元右橋臂排序先于左橋臂；若第i個級聯單 元動作標志位RorL[n]為0,則該級聯單元左橋臂排序先于右橋臂,其中，i=l, 2…n ；5)級聯型逆變器各橋臂按上述排列順序依次判定，若開關動作指令為1，則第一個 開關狀態為0的橋臂翻轉為1，其余開關狀態不變；若開關動作指令仏_為0，則第一個開關 狀態為1的橋臂翻轉為0，其余開關狀態不變；若翻轉的開關狀態對應右橋臂，則該級聯單 元的動作標志位RorL[n]設置為0 ;若翻轉的開關狀態對應左橋臂，則該級聯單元的動作標 志位RorL[n]設置為1。
全文摘要
本發明公開了一種基于功率器件開關分配的級聯型逆變器電壓平衡控制方法，根據指令電流信號瞬時值ic*和并網電流瞬時值ic，由電流跟蹤控制決定逆變器輸出電壓的升降，生成開關動作指令Ucup；根據并網電流瞬時值ic和開關動作指令Ucup，預測開關動作對級聯單元直流側輸入功率的影響，生成直流側輸入功率預測信息Udcup；對直流側電壓Udc[n]進行采樣，根據各級聯單元直流側電壓的大小和直流側輸入功率預測信息，決定開關動作分配的優先權，將開關動作優先分配至直流側電壓最大或最小的級聯單元，最終形成開關狀態PWM[2n]；本發明能夠消除各級聯單元間直流側電壓不平衡現象，可提高裝置可靠性，改善并網電流的電能質量。
文檔編號H02J3/18GK102664549SQ201210171590
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月29日 優先權日2012年5月29日
發明者劉蕓, 劉雷, 周發云, 寇磊, 熊橋坡, 羅安, 馬伏軍, 黎小聰 申請人:湖南大學