三電平電力變換器中點電位綜合控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種三電平電力變換器的控制方法，具體涉及一種三電平電力變換器中點電位綜合控制方法。
【背景技術】
[0002]與傳統兩電平變換器相比，三電平電力變換器具有功率器件承受電壓應力小、電壓變化率dv/dt小、輸出波形諧波特性好、開關頻率低和效率高等優點，特別適用于高壓大容量功率變換場合。但是，三電平電力變換器在運行過程中，其直流電容的中點電位會發生波動，若不加以適當的限制，中點電位的波動會導致三電平電力變換器輸出性能的降低、甚至是引發三電平電力變換器的功率模塊過壓燒毀等嚴重故障。因此，需要對三電平電力變換器的中點電位波動進行適當控制。
[0003]目前，對于基于空間矢量控制的三電平電力變換器的中點電位平衡控制問題，文獻 1 (A New Simplified Space-Vector PWM Method for Three-Level Inverters, IEEETrans.Power Electronics, Vol.16, N0.4, July 2001)指出可以米用改變開關順序(Changing the Switching Sequence)和重新排列冗余電壓矢量的時間分布(Rearrangingthe time distribut1n of redundant voltage vectors)兩種方法對三電平電力變換器的中點電位進行平衡控制。第一種方法是通過改變由三電平電力變換器的期望輸出電壓構成的參考電壓矢量所在主扇區編號來改變最終的輸出電平組合(即輸出電平組合的改變是通過改變開關序列來實現)；第二種方法根據三電平電力變換器的中點電位偏移情況對三電平電力變換器的小矢量作用時間進行調整，使得在對應于小矢量的中點電流的作用下三電平電力變換器的中點電位偏移得到抑制。但這兩種方法都存在移動的適用條件，當不滿足這些條件是，無法應用其對三電平電力變換器的中點電位平衡進行控制。
[0004]文獻2 (周京華，混合式三電平中點電位平衡控制策略，中國電機工程學報，2013年，8月25日，第33卷24期，82-89頁)進一步提出了基于上述兩種方法的混合式三電平中點電位平衡控制策略，其實質是根據占空比(m)的大小來選擇不同的三電平中點電位平衡控制方法，具體為:當0 < m < 0.5時選擇上述第一種方法,當0.5 < m < 1時選擇上述第二種方法。顯然，文獻2的控制策略僅僅是對文獻1中兩種方法的簡單組合應用，因而并未克服兩種方法因適用條件所導致的缺點。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種基于上述兩種三電平電力變換器中點電位平衡控制方法的綜合控制方法，該方法通過綜合應用上述兩種三電平電力變換器中點電位平衡控制方法，克服了兩種方法以及基于二者簡單組合的所謂混合式控制策略的不足，因而能夠對三電平電力變換器中點電位平衡進行有效控制。
[0006]為解決上述技術問題，本發明的三電平電力變換器中點電位綜合控制方法為:包括如下步驟:步驟1:檢測電壓并根據檢測結果確定三電平電力變換器的中點電位偏移量；步驟2:判斷參考電壓矢量是否位于相鄰小六邊形的重疊區域內；若是，轉入步驟3，否則，轉入步驟6 ;步驟3:判斷小六邊形的編號變更條件是否成立；成立則轉入步驟4，否則轉入步驟6 ;步驟4:變更小六邊形的編號；步驟5:按照新編號對三電平電力變換器進行空間矢量調制；之后轉入步驟9 ;步驟6:按照空間矢量調制策略計算包括冗余開關狀態在內的所有開關狀態的作用時間；步驟7:根據三電平電力變換器的中點電位偏移量對冗余開關狀態的作用時間進行調整；步驟8:按照調整后的冗余開關狀態的作用時間及其它作用時間對三電平電力變換器進行開關控制；步驟9:結束。其中，小六邊形是指在由三電平電力變換器的空間矢量構成的空間矢量圖中，以某一小矢量為中心點、以零矢量以及與該作為中心點的小矢量相鄰的2個小矢量、2個中矢量和1個大矢量為頂點連線組成的小六邊形；重疊區域是指由相鄰的兩個小六邊形的重疊區域形成的、以零矢量、某一中矢量和與該中矢量相鄰的2個小矢量為頂點連線組成的菱形區域；另外，步驟1與步驟2間還包括步驟:當所述中點電位偏移超過一定閾值時，轉入步驟2，否則轉入步驟9 ;步驟5與步驟6間還包括步驟:當對應于非冗余輸出電平組合的中點電流超過一定閾值時，轉入步驟6，否則轉入步驟9 ;非冗余輸出電平組合是指在一個輸出電平組合序列中與同一小矢量對應的兩個輸出電平組合中唯一出現的輸出電平組合。
[0007]本發明可以達到的技術效果是:
[0008]本發明在深入分析上述兩種三電平電力變換器中點電位平衡控制方法本質的基礎上，通過合理設定兩種三電平電力變換器中點電位平衡控制方法的選用條件，從而能夠充分發揮兩種方法的各自優點、使二者相得益彰，最終獲得優于僅是應用單一方法或如文獻2那樣簡單組合的所謂混合式策略的控制性能，最終實現對三電平電力變換器中點電位的有效控制。
【附圖說明】
[0009]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明:
[0010]圖1是三電平電力變換器的空間矢量圖；
[0011]圖2是本發明的三電平電力變換器中點電位綜合控制策略實施步驟示意圖。
【具體實施方式】
[0012]圖1給出了三電平電力變換器的空間矢量圖，可見，三電平電力變換器的空間矢量共計19個，包括1個零矢量(V。)、6個小矢量％?V6)、6個中矢量(V7?V12)、6個大矢量(V13?V19)。零矢量(V。)對應3個輸出電平組合，每個小矢量對應2個輸出電平組合，每個中矢量和每個大矢量均對應1個輸出電平組合，共計27種輸出電平組合。例如:對應于小矢量的輸出電平組合為0ΝΝ和P00，此處的P、0和N是指三電平電力變換器的交流側三相(X相、Y相和Z相)輸出的正電壓P、零電壓0和負電壓N。
[0013]為了對三電平電力變換器進行SVPWM(空間矢量脈寬調制，Space Vector PulseWidth Modulat1n)，通常是將圖1所示的、由三電平電力變換器的空間矢量構成的空間矢量圖進行區域劃分。例如，將由以零矢量V。為中心、6個大矢量為頂點的六邊形劃分成6個小六邊形，每個小六邊形都是由以某一小矢量為中心點、以零矢量以及與該作為中心點的小矢量相鄰的2個小矢量、2個中矢量和1個大矢量為頂點連線組成的六邊形。6個小六邊形依次編號為1?6，稱之為主扇區編號，以小矢量Vi為中心的小六邊形編號為1，以小矢量V2為中心的小六邊形編號為2，以此類推。顯然，相鄰小六邊形存在重疊區域。對于編號為1和2的小六邊形，其重疊區域為由頂點m和v2為頂點的菱形區域，其它重疊區域的確定可參照進行。
[0014]A、第1種方法
[0015]當由三電平電力變換器的期望輸出電壓構成的參考電壓矢量V?f位于重疊區域時，其所屬小六邊形有兩種選擇。所選擇的小六邊形不同，對應的輸出電平組合序列也不相同，對應于輸出電平組合的中點電流及其對中點電位的影響也不相同。文獻1所述第一種方法就是通過選擇更有利于減小中點電位偏移的小六邊形實現對三電平電力變換器的中點電位平衡控制。
[0016]例如，當參考電壓矢量Vraf位于由頂點VpVpVdP V2為頂點的重疊區域時，既可認為參考電壓矢量V?f位于以wUmi和v2為頂點的第1小六邊形區域中，進而按照該小六邊形進行后續的SVPWM，又可認為參考電壓矢量Vraf位于以V。、H v14、v8和v3為頂點的第2小六邊形區域中，從而按照該小六邊形進行后續的SVPWM。
[0017]當認為V?f位于第1小六邊形區域中時，對應的輸出電平組合序列為:0ΝΝ — 00N — Ρ0Ν — P00 (對應中心對稱調制的半個周期)。當認為位于第2小六邊形區域中時，對應的輸出電平組合序列為:00N — PON — POO — ΡΡ0 (對應中心對稱調制的半個周期)。
[0018]對于第1小六邊形，與輸出電平組合序列對應的中點電流分別是山、_L、ib、_ia，顯然，當采用常規的中心對稱SV