用于零序阻尼和电压平衡的方法和设备技术

提供一种用于零序阻尼和电压平衡的方法和设备。一种用于装置的方法和一种实现该方法的设备，该装置包括：三相多电平逆变器；将逆变器连接至电网的输出LCL滤波器；以及在LCL滤波器与DC链的中性点之间的虚拟地连接。该方法包括：确定LCL滤波器逆变器侧电流的零序分量；基于LCL滤波器逆变器侧电流的零序分量和在DC链的两半上的电压来计算零序阻尼和平衡电压项；以及将零序阻尼和电压平衡项加至输出电压参考。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】提供一种用于零序阻尼和电压平衡的方法和设备。一种用于装置的方法和一种实现该方法的设备，该装置包括：三相多电平逆变器；将逆变器连接至电网的输出LCL滤波器；以及在LCL滤波器与DC链的中性点之间的虚拟地连接。该方法包括：确定LCL滤波器逆变器侧电流的零序分量；基于LCL滤波器逆变器侧电流的零序分量和在DC链的两半上的电压来计算零序阻尼和平衡电压项；以及将零序阻尼和电压平衡项加至输出电压参考。【专利说明】用于零序阻尼和电压平衡的方法和设备
本公开内容涉及多电平逆变器，具体地涉及将共模电压以及直流(DC)链电压的不平衡最小化。
技术介绍
电容器电压的平衡为如下问题:该问题可以在多电平拓扑结构中自然出现，或每当DC链电压为了特定目的(例如，为了允许连接至中性电网点)而被分为特定拓扑结构时出现。针对该问题的解决方案已在文献和中大量报告。在文献中，作者提议使用通过对多电平转换器的冗余控制向量进行估计而被实时最小化的能量函数。在文献中遵循类似的构思，其中作者开发了同样基于冗余度的使用并且将电压不平衡方面的代价函数最小化的两种策略。在文献中，对于五电平转换器使用冗余状态来平衡电容器电压。在文献中，提出用于保证DC链电容器电压的平衡的调制策略。在文献中所提议的策略基于经修改的不连续脉宽调制(PWM)。三相逆变器的另一问题为共模电压(CMV)的生成。该问题近来已引起关注，原因是其已经变得较明显，特别是在其中没有电流隔离可用的无变压器应用中(文献)。CMV是可能与所使用的调制算法和逆变器拓扑结构相关联的问题。CMV可以例如由逆变器自身引起，并且然后可以被传播至连接到逆变器的设备，导致严重的不利影响。CMV可以将其自身表现为相对于地的零序电压波动。根据应用，零序电压波动尤其可能导致间接的电网电流失真、另外的损耗和安全问题(文献)。例如，电力驱动中的CMV可能会创建可以对发电机造成物理损害的轴承电流。CMV还可以导致相当大的泄漏电流流过向逆变器供电的光伏(PV)板的寄生电容。CMV问题的常规解决方案在于将逆变器的DC链分为两半，并且将DC链的中点连接至电网的中性点(文献)。在此修改之后，逆变器电桥中的每个桥臂(leg)均独立受控，仿佛它们是三个独立的单相系统一样。然而，此修改降低DC电压的使用，即其限制调制指数。此外，可能需要另外的平衡策略来保证DC链中的两半保持相同电压。在多电平逆变器中，还可能存在通过对生成CMV的某些切换控制向量进行避免来消除CMV的可能性。在文献中，示出具有奇数电平的逆变器可以通过在某些可用状态之间进行切换来避免生成共模电压。然而，当切换状态受限制时，就不再可能保证电容器电压的平衡。在不具有硬件修改的情况下不能同时实现DC链电压平衡(或中性点平衡)和CMV取消(文献)。因而，一些作者已经提议插入第四桥臂来处理DC链电压平衡问题(文献至)。然而，所增加的第四桥臂可能增加逆变器的复杂度并且降低其成本效益。在文献中公开了另一方法，其中提议将滤波器用于三相可调速电机驱动器。该滤波器存在于两电平逆变器的输出端处的三相LRC网络，其中滤波器星点电连接至DC链的中点，因而电容性地形成人工电源中性星点。类似的构思被用在文献的整流系统中。滤波器可以无源地减小差与CMV两者而不用增加第四桥臂。另一方面，滤波器中的电阻器引入系统的另外损耗，因而降低系统的效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种方法和一种设备以减轻以上缺点。本专利技术的目的通过以独立权利要求中所陈述的内容为特征的方法和设备来实现。本专利技术的优选实施方式在从属权利要求中公开。为了减轻上述缺点，本公开内容考虑通过LCL滤波器连接至电网的多相逆变器。逆变器拓扑结构包括在本公开中被称为虚拟地(VG)连接的人工电源中性星点连接。VG表示用于CMV的最小化的良好选择。为了形成VG，由LCL滤波器的电容器形成的星点被连接至DC链的中点。虚拟地的使用还允许DC链电压的最大利用。DC链电压可以通过使用三次谐波参考注入法而降低。因而，逆变器的逆变器电桥中的半导体器件可以暴露于较低电压，这转而可以降低损耗。由于DC链中的电容器被分开，并且DC链具有VG连接，所以可能出现电压平衡问题。本公开公开了以平均方式保证电压平衡的方法。通过DC链电容器电压不平衡和LCL滤波器的逆变器侧电流和电压的零序分量还可能引起另外的谐振。所公开的方法通过有源插入适当的阻尼来减弱零序谐振。与必须在LCL滤波器中插入电阻器的无源阻尼方法相比较，使用有源阻尼方法使得能够降低损耗。【专利附图】【附图说明】下面将参照附图通过优选实施方式更详细地描述本专利技术，在附图中:图1示出包括三相三电平逆变器和将逆变器连接至电网的输出LCL滤波器的示例性装置；图2示出用于生成零序阻尼和平衡电压项的示例性控制器实现的示例性框图；图3示出以三次谐波进行调谐的示例性陷波滤波器；图4示出用于计算三次谐波分量的示例性装置；图5示出整体零序阻尼和电压平衡控制器的示例性方案；图6a和图6b示出在第一仿真期间DC链电容器电压的和与差的瞬态响应；图7a和图7b示出在第二仿真中DC链电压的和与差的瞬态响应，其中，在第二仿真中未启用阻尼和电压平衡控制方案；图8a和图Sb示出在第一仿真期间逆变器侧电感器电流的零序分量和LCL滤波器的电容器电压的零序分量的瞬态响应；图9a和图9b示出基于所公开的方法的相电压生成；图1Oa和图1Ob示出在第一仿真中三次谐波注入的影响；图1la和图1lb示出在第一仿真期间用三次谐波注入构建相电压参考的示例；以及图12示出在第一仿真期间SRF-PLL的瞬态响应。【具体实施方式】如之前所提及的，虚拟地连接是用于消除CMV的良好选择。具有输出LCL滤波器的三相多电平逆变器可以被设置有将DC链分为两半的中性点。然后，逆变器可以设置有在LCL滤波器与中性点之间的虚拟地连接。虚拟地连接创建高频谐波分量可以流通的低阻抗路径，从而避免它们朝向电网的流通。高频谐波分量可以例如通过逆变器电桥中器件的切换来引起。由虚拟地连接提供的低阻抗路径可以将高频分量对在逆变器输入端处的电源与地之间的DC或低频电压的影响最小化。实际上，高频分量能够流过低阻抗路径。此外，与基于增加第四桥臂的方法相比较，虚拟地方法显著减小了在切换频率下的CMV分量。在其中DC链被分为上半部和下半部并且使用VG连接的多电平中性点钳位型(NPC)拓扑结构中，可能出现电压平衡问题。本公开提供一种方法和一种实现该方法的设备，以平衡DC链电压(或等同地，调节中性点)。 在包括LCL滤波器的应用中可能出现的另一问题为在LCL滤波器的谐振频率下的谐振的阻尼。到目前为止已提出了用于LCL滤波器中的有源阻尼注入的若干种方法(文献至)。然而，DC链的不平衡以及LCL滤波器逆变器侧电流和电压的零序分量可能生成另外的谐振。所公开的方法通过有源插入适当阻尼来减弱该谐振。所公开的方法可以与主控制回路独立操作。主控制回路可以例如控制电力从光伏(PV)阵列经过LCL滤波器到电网的传输。主控制回路还可以结合用于对LCL滤波器的谐振频率下的谐振进行阻尼的方法。当主控制回路使用电压参考来控制输出电压时，所公开的方法可以用于计算零序阻尼和电压平衡项，然后该零序阻尼和电压平衡项可以被加至电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于装置的方法，所述装置包括：三相多电平逆变器，所述三相多电平逆变器包括具有中性点的直流链，所述中性点将所述直流链分为两半，其中，基于输出电压参考来控制所述逆变器的输出电压；将所述逆变器连接至电网的输出LCL滤波器；以及在所述LCL滤波器与所述直流链的所述中性点之间的虚拟地连接，其中，所述方法包括：确定LCL滤波器逆变器侧电流的零序分量；基于所述LCL滤波器逆变器侧电流的零序分量和在所述直流链的所述两半上的电压来计算零序阻尼和电压平衡项；以及将所述零序阻尼和电压平衡项加至所述输出电压参考。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：格拉尔多·埃斯科巴尔，萨米·彼得松，何艺文，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：