一种五电平逆变器中性点电压不平衡的抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种五电平逆变器中性点电压不平衡的抑制方法，通过检测直流侧电容器上的电压幅值并进行比较判断，通过控制开关管导通与关断，让电容器与负载相连接，使本来电压高的电容进行放电，而电压低的电容进行充电控制，保证每个上下桥臂上的并联电容均能够获得平均的直流侧电压，进而保证中性电压一致处于直流侧电压的1/2处；对原有的SVPWM的矢量合成进行调整；同时三相逆变器采用三个独立的电路。本发明专利技术中性点电压的偏差在±10V以内，调整时间在0.1s之内；逆变器输出电流的THD不超过3%；逆变器直流侧电压也就是电容CS1以及CS2上的电压纹波不超过2%；逆变器的整体效率提高1-1.5左右。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要设及电力电子与新能源领域，具体说明是对运用在光伏发电系统的五 电平逆变器中性点的电压偏移控制，消除中性点偏移给逆变器自身工作带来不利影响的五 电平逆变器中性点电压不平衡的抑制方法。
技术介绍
随着传统能源的日趋紧张，W太阳能为主的光伏电源的应用规模越来越大，而五 电平逆变器有着更大功率输出、更高的电压等级W及更优的电能输出质量越来越占据更多 的市场份额。由于单个开关器件的耐压受到一定限制，只有通过串联连接的形式把多个开 关器件连接到一个桥臂才能承受到逆变器直流侧较高的电压需求。一个桥臂采取多个开关 管串联使用，虽然整体上满足耐压需求，但是由于开关器件在制作的过程中，可能存在动作 速度、寄生电容、寄生电阻、寄生电容的差异，从而在各个开关管上的分压不同，轻者影响逆 变器输出的电能质量，严重时把整个逆变器的开关管击穿，造成电源短路，损坏逆变器自身 W及相关的电气设备，造成财产损失W及对人身安全。 现有技术中最常见的问题是由于负载不同W及开关状态差异，使得直流侧电容由 于一个完整的周期内，有的在充电而有的在放电，使得电容电压不均衡，最终导致输出电平 的不平衡，从而导致Ξ相逆变器的输出电压或输出电流不平衡。由于中性电压不平衡会带 来输出电压不堆成、增加输出电能的谐波含量、在大功率传输时，导致五电平逆变器退化成 Ξ电平或两电平工作状态。 目前对中性点电流偏移研究的方法较多，但是均较为简单，一般均是根据直流侧 电容电流偏移的大小W及方向来控制电容电流，但是运种方法速度较慢，在一定程度上影 响电能输出质量。另外一种方法采取斩波电路，但其电路结构复杂，整个电路成本增加。还 有一些方法提出通过软件来逆变器开关管的SVPWM电压空间矢量来实现控制直流侧电压的 平衡，但是无论是检测逆变器输出功率的大小方向还是输出电流方向或者是瞬时电流的数 值，在逆变器输出功率比较小的情况下，通过调整输出脉冲来调整直流侧电压不平衡的效 果较差，不能实现直流侧的电压平衡。其它的如采用开关错位电路作为抑制中性点电压偏 移的措施，单纯的错位电路往往是把电压控制在某一数值附近，当直流侧电压出现波动时， 该错位电路不能根据直流侧电压数值的波动对其所限制电路电压的限制数值做出动态调 整，仍是把电容电压限制在原值左右，因此其动态响应满足不了要求。[000引因此，提供一种能够保证逆变器在各种输出功率情况下，中性点电压均控制在有 效范围之内，保证输出良好的电能质量，来把由于开关器件或脉冲不对称引起的中性电压 偏移量消除的方法，已经是一个值得研究的方法。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的不足，本专利技术提供了一种能够保证逆变器在各种输出 功率情况下，中性点电压均控制在有效范围之内，保证输出良好的电能质量，来把由于开关 器件或脉冲不对称引起的中性电压偏移量消除的五电平逆变器中性点电压不平衡的抑制 方法。 本专利技术的目的是运样实现的： ，通过检测直流侧电容器上的电压幅 值并进行比较判断，通过控制开关管导通与关断，让电容器与负载相连接，使本来电压高的 电容进行放电，而电压低的电容进行充电控制，从而保证每个上下桥臂上的并联电容均能 够获得平均的直流侧电压，进而保证中性电压一致处于直流侧电压的1/2处；对原有的 SVPWM的矢量合成进行调整；同时Ξ相逆变器采用Ξ个独立的电路； 所述的Ξ相逆变器采用Ξ个独立且抑制方法相同的电路，分别设置在A、B和C相中，每 相内均设置有一个由L、S和VT组成的升压电路;通过调整开关管S的占空比，使得其直流侧 电压也就是电容C1W及C2两端的电压满足在所需要的范围之内； 所述的A相内的抑制方法为：当电容CA1W及CA2处在不同的工作状态时，会造成CA1W 及CA2两端的电压不同，从而引起A1点的电压不是1/2的直流侧电压，造成逆变器输出电压 的中性点电位不为零，保证A1点的电压维持在1/2的直流侧电压是消除输出电压中性点电 位偏移主要措施，具体如下： 当在正半周期工作，某时刻电容CA1两端的电压高于电容CA2两端的电压时，通过矢量 合成保持开关管Sl-l、Sl-2、Sl-4和技li-3导通，由于电容CA1与负载连接，通过该回路进行 放电，其两端的电压会降低，同时电容CA2进行充电，其上电压会增加，直到电容两端的电压 均等于1/^2的直流侧电压，该过程结束；同样当电容〔42两端的电压高于电容〔41两端的电压 时，保持开关管自il-l、Sl-2、日1]_-4和自<1-3导通，运是由于电容CA2与负载连接，通过该回路 进行放电，其两端的电压会降低，同时电容CA1进行充电，其上电压会增加，直到电容两端的 电压均等于1/^2的直流侧电压，该过程结束，在^上两个过程中，输出电压的极性始终为正； 当电路处于负半周期工作，某时刻电容CA1两端的电压高于电容CA2两端的电压时，通 过矢量合成保持开关管Sl-2、Sl-3、Sl-4和結1-1导通，运时输出电压为-1/2的直流电压，当 上述开关管保持导通时，同样电容CA1与负载连接，通过该回路进行放电，其两端的电压会 降低，同时电容CA2进行充电，其上电压会增加，直到电容两端的电压均等于-1/2的直流侧 电压，该过程结束；同样当电容CA2两端的电压高于电容CA1两端的电压时，保持开关管自11-l、S'l-2、sil-3和S1-4导通，输出-1/2的直流侧电压，在开关管自:1:1-1、自11-2、自'1-3和S1-4导 通过程中，电容CA2与负载连接，通过该回路进行放电，其两端的电压会降低，同时电容CA1 进行充电，其上电压会增加，直到电容两端的电压均等于-1/2的直流侧电压，该过程结束。 积极有益效果：与现有的控制方法相比较本专利技术具有W下优点：1.中性点电压的 偏差在± 10VW内，调整时间在0.1 s之内；2.逆变器输出电流的THD不超过3%;3.只是采取对 SVPWM的矢量合成方式进行重新调整，并不增加硬件电路成本;Ξ相逆变器采取Ξ个独立的 电路完成，减少各项之间的禪合，控制方案更加简单、方便;4.逆变器直流侧电压也就是电 容CS1W及CS2上的电压纹波不超过2%;逆变器的整体效率提高1-1.5左右。【附图说明】 图1为五电平中性点错位的Ξ相逆变器电路图。【具体实施方式】 下面结合具体实施例，对本专利技术做进一步的说明： ，通过检测直流侧电容器上的电压幅 值并进行比较判断，通过控制开关管导通与关断，让电容器与负载相连接，使本来电压高的 电容进行放电，而电压低的电容进行充电控制，从而保证每个上下桥臂上的并联电容均能 够获得平均的直流侧电压，进而保证中性电压一致处于直流侧电压的1/2处；对原有的 SVPWM的矢量合成进行调整；同时Ξ相逆变器采用Ξ个独立的电路； 所述的Ξ相逆变器采用Ξ个独立且抑制方法相同的电路，分别设置在A、B和C相中，每 相内均设置有一个由L、S和VT组成的升压电路;通过调整开关管S的占空比，使得其直流侧 电压也就是电容C1W及C2两端的电压满足在所需要的范围之内。 理论分析：中性点电压偏移只是发生在，直流侧电容电压在1/2处直流电压处，因 为在此时，负载电流流过中性点，此时会有一只电容进行充电而另外一只电容进行放电，如 果不加干设，会导致一只电容器上的电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五电平逆变器中性点电压不平衡的抑制方法，其特征在于：通过检测直流侧电容器上的电压幅值并进行比较判断，通过控制开关管导通与关断，让电容器与负载相连接，使本来电压高的电容进行放电，而电压低的电容进行充电控制，从而保证每个上下桥臂上的并联电容均能够获得平均的直流侧电压，进而保证中性电压一致处于直流侧电压的1/2处；对原有的SVPWM的矢量合成进行调整；同时三相逆变器采用三个独立的电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高德义，李少军，郑会军，甄龙涛，马帅，
申请(专利权)人：河南昊锐电气有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41