一种基于三分区三电平逆变器中点电压的平衡方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于三分区三电平逆变器中点电压的平衡方法及系统，方法包括：将各小区域对应的虚拟空间矢量和参考电压矢量代入伏秒平衡方程，确定各小区域对应的虚拟空间矢量的作用时间；确定各小区域对应的第一偏移时间和第二偏移时间；基于虚拟空间矢量的作用时间、第一偏移时间和第二偏移时间确定各小区域对应的开关状态作用时间；根据各小区域对应的开关状态作用时间控制所述三电平逆变器，本发明专利技术对于其中的一对冗余基本小矢量引入两个时间偏差，并根据中点电位的反馈信号调节时间偏差，来协调该对冗余基本小矢量的正负类型的作用时间，进而达到抵消另一基本小矢量和基本中矢量作用时所产生的中点电流，实现虚拟中矢量作用前后不引起中点电位波动。

A balancing method and system of neutral point voltage based on Three-level Inverter

【技术实现步骤摘要】
一种基于三分区三电平逆变器中点电压的平衡方法及系统
本专利技术涉及逆变器控制
，特别是涉及一种基于三分区三电平逆变器中点电压的平衡方法及系统。
技术介绍
为应对生活生产的实际需要，及电力电子技术的快速发展，使得更多的高压大功率的逆变器投入应用。中点箝位型(NPC)拓扑结构在三电平逆变器中应用最为广泛，但是由于存在的中点电压不平衡缺陷，因此极大的限制了其发展。中点电压作为系统高效稳定运行的重要指标之一，它的稳定与否就直接影响到逆变输出的波形质量。假若中点电压存在较大的不平衡，带来最直接的影响就是增大输出电流的畸变率，产生较多的低次、偶次谐波，以及使得开关管所需承受的应力上升，危害开关管，进而导致系统无法稳定运行。因此对于研究如何控制中点电压平衡就显得尤为重要。中点电压不平衡严重制约中点箝位式(NPC)逆变器发展，现有进行中点电压不平衡控制主要分为两类：一是通过外部硬件电路来实现中点电压平衡控制，但此种方法不仅会造成经济上的浪费，还很难保证整个系统的可靠性。二是采用三电平空间矢量调制算法进行中点电压不平衡控制，但此种方法在实现高调制度和低功率因素工况下，出现严重的中点电压振荡问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于三分区三电平逆变器中点电压的平衡方法及系统，以实现中点电压平衡控制。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于三分区三电平逆变器中点电压的平衡方法，所述平衡方法包括：对虚拟矢量空间进行划分，确定六个大区域，所述大区域包括3个小区域；确定参考电压矢量所处的具体区域；利用虚拟空间矢量公式确定各所述小区域对应的虚拟空间矢量；根据最近三虚拟矢量法则，将所述虚拟空间矢量和参考电压矢量代入伏秒平衡方程，确定各所述小区域对应的各虚拟空间矢量的作用时间；确定各所述小区域对应的第一偏移时间和第二偏移时间；基于各所述小区域对应的所述虚拟空间矢量的作用时间、所述第一偏移时间和所述第二偏移时间确定各所述小区域在不同参考电压矢量状态下的开关状态作用时间；根据各所述小区域在不同参考电压矢量状态下的开关状态作用时间控制所述三电平逆变器。可选的，所述虚拟空间矢量公式为：当待确定的参考电压矢量位于Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ大区域时：当待确定的参考电压矢量位于Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ大区域时：其中，VVLx为虚拟大矢量，VVM为虚拟中矢量，VV0为虚拟零矢量，K为偏移系数，X为待确定的参考电压矢量所在的小区域，VLx、VM、V0分别为基本大矢量、基本中矢量和基本零矢量，分别为正型基本小矢量和负型小矢量，x取值为1或2。可选的，所述伏秒平衡方程为：其中，VVLx为虚拟大矢量，x取值为1或2，VVM为虚拟中矢量，VV0为虚拟零矢量，Vref为参考电压矢量，TVLx为虚拟大矢量作用的时间，TVM为虚拟中矢量作用的时间，TV0为虚拟零矢量作用的时间，Ts为采样周期。可选的，所述确定各所述小区域对应的第一偏移时间和第二偏移时间，具体包括：Ⅰ1区：Ⅰ2区：Ⅰ3区：Ⅱ1区：Ⅱ2区：Ⅱ3区：Ⅲ1区：Ⅲ2区：Ⅲ3区：Ⅳ1区：Ⅳ2区：Ⅳ3区：Ⅴ1区：Ⅴ2区：Ⅴ3区：Ⅵ1区：Ⅵ2区：Ⅵ3区：其中，Toff1为第一偏移时间，Toff2为第二偏移时间，TVM为虚拟中矢量作用的时间，Ia、Ib、Ic为不同矢量状态下中点N的电流大小。本专利技术提供一种基于三分区三电平逆变器中点电压的平衡系统，所述平衡系统包括：划分模块，用于对虚拟矢量空间进行划分，确定六个大区域，所述大区域包括3个小区域；区域确定模块，用于确定参考电压矢量所处的具体区域；虚拟空间矢量确定模块，用于利用虚拟空间矢量公式确定各所述小区域对应的虚拟空间矢量；虚拟空间矢量的作用时间确定模块，用于根据最近三虚拟矢量法则，将所述虚拟空间矢量和参考电压矢量代入伏秒平衡方程，确定各所述小区域对应的各虚拟空间矢量的作用时间；偏移时间确定模块，用于确定各所述小区域对应的第一偏移时间和第二偏移时间；开关状态作用时间确定模块，用于基于各所述小区域对应的所述虚拟空间矢量的作用时间、所述第一偏移时间和所述第二偏移时间确定各所述小区域在不同参考电压矢量状态下的开关状态作用时间；控制模块，用于根据各所述小区域在不同参考电压矢量状态下的开关状态作用时间控制所述三电平逆变器。可选的，所述虚拟空间矢量公式为：当待确定的参考电压矢量位于Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ大区域时：当待确定的参考电压矢量位于Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ大区域时：其中，VVLx为虚拟大矢量，VVM为虚拟中矢量，VV0为虚拟零矢量，K为偏移系数，X为待确定的参考电压矢量所在的小区域，VLx、VM、V0分别为基本大矢量、基本中矢量和基本零矢量，分别为正型基本小矢量和负型小矢量，x取值为1或2。可选的，所述伏秒平衡方程为：其中，VVLx为虚拟大矢量，x取值为1或2，VVM为虚拟中矢量，VV0为虚拟零矢量，Vref为参考电压矢量，TVLx为虚拟大矢量作用的时间，TVM为虚拟中矢量作用的时间，TV0为虚拟零矢量作用的时间，Ts为采样周期。可选的，所述确定各所述小区域对应的第一偏移时间和第二偏移时间，具体包括：Ⅰ1区：Ⅰ2区：Ⅰ3区：Ⅱ1区：Ⅱ2区：Ⅱ3区：Ⅲ1区：Ⅲ2区：Ⅲ3区：Ⅳ1区：Ⅳ2区：Ⅳ3区：Ⅴ1区：Ⅴ2区：Ⅴ3区：Ⅵ1区：Ⅵ2区：Ⅵ3区：其中，Toff1为第一偏移时间，Toff2为第二偏移时间，TVM为虚拟中矢量作用的时间，Ia、Ib、Ic为不同矢量状态下中点N的电流大小。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术公开一种基于三分区三电平逆变器中点电压的平衡方法及系统，方法包括：将各小区域对应的虚拟空间矢量和参考电压矢量代入伏秒平衡方程，确定各小区域对应的虚拟空间矢量的作用时间；确定各小区域对应的第一偏移时间和第二偏移时间；基于虚拟空间矢量的作用时间、第一偏移时间和第二偏移时间确定各小区域对应的开关状态作用时间；根据各小区域对应的开关状态作用时间控制所述三电平逆变器，本专利技术对于其中的一对冗余基本小矢量引入两个时间偏差，并根据中点电位的反馈信号调节时间偏差，来协调该对冗余基本小矢量的正负类型的作用时间，进而达到抵消另一基本小矢量和基本中矢量作用时所产生的中点电流，实现虚拟中矢量作用前后不引起中点电位波动，完成对于中点电位的控制。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例基于三分区三电平逆变器中点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三分区三电平逆变器中点电压的平衡方法，其特征在于，所述平衡方法包括：/n对虚拟矢量空间进行划分，确定六个大区域，所述大区域包括3个小区域；/n确定参考电压矢量所处的具体区域；/n利用虚拟空间矢量公式确定各所述小区域对应的虚拟空间矢量；/n根据最近三虚拟矢量法则，将所述虚拟空间矢量和参考电压矢量代入伏秒平衡方程，确定各所述小区域对应的各虚拟空间矢量的作用时间；/n确定各所述小区域对应的第一偏移时间和第二偏移时间；/n基于各所述小区域对应的所述虚拟空间矢量的作用时间、所述第一偏移时间和所述第二偏移时间确定各所述小区域在不同参考电压矢量状态下的开关状态作用时间；/n根据各所述小区域在不同参考电压矢量状态下的开关状态作用时间控制所述三电平逆变器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于三分区三电平逆变器中点电压的平衡方法，其特征在于，所述平衡方法包括：
对虚拟矢量空间进行划分，确定六个大区域，所述大区域包括3个小区域；
确定参考电压矢量所处的具体区域；
利用虚拟空间矢量公式确定各所述小区域对应的虚拟空间矢量；
根据最近三虚拟矢量法则，将所述虚拟空间矢量和参考电压矢量代入伏秒平衡方程，确定各所述小区域对应的各虚拟空间矢量的作用时间；
确定各所述小区域对应的第一偏移时间和第二偏移时间；
基于各所述小区域对应的所述虚拟空间矢量的作用时间、所述第一偏移时间和所述第二偏移时间确定各所述小区域在不同参考电压矢量状态下的开关状态作用时间；
根据各所述小区域在不同参考电压矢量状态下的开关状态作用时间控制所述三电平逆变器。


2.根据权利要求1所述的基于三分区三电平逆变器中点电压的平衡方法，其特征在于，所述虚拟空间矢量公式为：
当待确定的参考电压矢量位于Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ大区域时：






当待确定的参考电压矢量位于Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ大区域时：






其中，VVLx为虚拟大矢量，VVM为虚拟中矢量，VV0为虚拟零矢量，K为偏移系数，X为待确定的参考电压矢量所在的小区域，VLx、VM、V0分别为基本大矢量、基本中矢量和基本零矢量，分别为正型基本小矢量和负型小矢量，x取值为1或2。


3.根据权利要求1所述的基于三分区三电平逆变器中点电压的平衡方法，其特征在于，所述伏秒平衡方程为：



其中，VVLx为虚拟大矢量，x取值为1或2，VVM为虚拟中矢量，VV0为虚拟零矢量，Vref为参考电压矢量，TVLx为虚拟大矢量作用的时间，TVM为虚拟中矢量作用的时间，TV0为虚拟零矢量作用的时间，Ts为采样周期。


4.根据权利要求1所述的基于三分区三电平逆变器中点电压的平衡方法，其特征在于，所述确定各所述小区域对应的第一偏移时间和第二偏移时间，具体包括：
Ⅰ1区：Ⅰ2区：Ⅰ3区：
Ⅱ1区：Ⅱ2区：Ⅱ3区：
Ⅲ1区：Ⅲ2区：Ⅲ3区：
Ⅳ1区：Ⅳ2区：Ⅳ3区：
Ⅴ1区：Ⅴ2区：Ⅴ3区：
Ⅵ1区：Ⅵ2区：Ⅵ3区：
其中，Toff1为第一偏移时间，Toff2为第二偏移时间，TVM为虚拟中矢量作用的时间，Ia、Ib、Ic为不同矢量状态下中点N的电流大小。


5.根据权利要求1所述的基于三分区三电平逆变器中点电压的平衡方法，其特征在于，所述基于各所述小区域对应的所述虚拟空间矢量的作用时间、所述第一偏移时间和所述第二偏移时间确定各所述小区域在不同参考电压矢量状态下的开关状态作用时间，具体包括：
Ⅰ1区：Ⅰ2区：
Ⅰ3区：Ⅱ1区：
Ⅱ2区：Ⅱ3区：
Ⅲ1区：Ⅲ2区：
Ⅲ3区：Ⅳ1区：
Ⅳ2区：Ⅳ3区：
Ⅴ1区：Ⅴ2区：
Ⅴ3区：Ⅵ1区：
Ⅵ2区：Ⅵ3区：
其中，TVLx为虚拟大矢量作用的时间，x取值为1或2，TVM为虚拟中矢量作用的时间，TV0为虚拟零矢量作用的时间，Toff1为第一偏移时间，Toff2为第二偏移时间。


6.一种基于三分区三电平逆变器中点电压的平衡系统，其特征在于，所述平...

【专利技术属性】
技术研发人员：房俊龙，汪光亚，赵文忠，李然，傅美霓，林俊儒，张婷婷，郝一鸣，
申请(专利权)人：东北农业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23