三电平各种中点平衡方法比较

三电平各种中点平衡方法比较

ELECTRICDRIVE　2008　Vol.38　No.5电气传动　2008年　第38卷　第5

期

三电平NPC逆变器中点电位平衡的软件算法

罗永吉,尹华杰,周艳青

(华南理工大学电力学院,广东广州510640)

　　摘要:中点电位平衡问题是三电平NPC逆变器的一个固有问题。介绍了三电平NPC逆变器的重要的中点电位平衡控制方法。基于空间矢量PWM法介绍了适用于普通调制和适用于高调制系数的方案。基于注入零序电压的载波调制法介绍了一种全面、准确的控制方案和针对GTO的最小开通时间的控制方案。最后介绍了与具体的PWM调制模式分离的一种新型的滞环控制法。

关键词:三电平NPC逆变器;中点电位平衡;脉宽调制中图分类号:TM464　　　　文献标识码:A

MethodoftheNeutral2pointBalancingintheThree2levelNPCLUOYong2ji,YINHua2jie,ZHOU2qing

(TheElectricPowerCollege,SouthChinaUniversityofT,,,China)

Abstract:Theneutral2pointbalancingisaninherent2Themostim2portantcontrolstrategieswaspresented.Firstforthenormalmodulationandthehighmodulationindexullcontrolbasedoncarrierandameasureconsideredthe2Last,anewhysteresis2bandcontrolbeingindepend2entofKey:2neutral2piontclampdedinverter;neutral2pointbalancing;pulsewidthmodulation

1　引言

由于多电平逆变器[1,2]在高压大功率领域具有显著的优势,因而在过去20多年里得到了普遍关注。多电平逆变器的实现有多种拓扑结构,和其他多电平拓扑结构相比,图1所示的中点钳位(NPC)拓扑结构需要的元器件最少,只需要一个直流电源,因而得到广泛应用,是目前使用最广泛的拓扑结构。然而,

这种电路拓扑存在中点电位

波动问题,这不仅会导致输出电压、电流的波形扭

曲,还将使功率器件上的电压不平衡,带来系统不稳定等危害。

人们尝试了用不同方法来解决NPC逆变器的上述问题,这些方法有基于软件算法,或者基于硬件实现[3]。基于硬件的方法需要增加两个DC2DC逆变器,因而增加了整个逆变器的成本,本文

对其不予讨论。软件算法实现目前主要有两种思路,即基于空间矢量调制的PWM法和基于注入零序电压的载波调制法。本文将主要介绍这两种算法思路及其衍生方法,并介绍一种新型的滞环比较法。

2　基于空间矢量调制的PWM法

基于空间矢量调制的PWM法(SVPWM法)是在空间矢量调制规则基础上,保证参考电压不变,通过不同矢量的组合来控制中点电压的平衡。

图1　三电平NPC逆变器主电路图

Fig.1　Powerstageofthree2levelNPCinverter

空间矢量调制的规则为:参考矢量由周围的基本矢量合成来获得[4]。

　　基金项目:国家自然科学基金资助项目(批准号50777022)

　　作者简介:罗永吉(1979-),男,研究生,Email:luoyongji0379@http://www.77cn.com.cn

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三电平各种中点平衡方法比较

电气传动　2008年　第38卷　第5期罗永吉,等:三电平NPC

逆变器中点电位平衡的软件算法

　　由图2可知,三电平逆变器有27个开关状态,19种空间电压矢量(基本矢量),按模量大小可以分为4类:零矢量、小矢量、中矢量和大矢量。其中零矢量和大矢量对中点电位没有影响;小矢量和中矢量至少有一相与中点连接,对中点电位有影响[5]。每个中矢量只有一种开关状态,其对中点电位的影响没有选择的余地。每个小矢量有两种开关状态,它们对中点电位平衡的作用相反,可以用来调节中点电位平衡。以这一特性为基础,人们提出了3种解决中点电位平衡的方案,其中方案1适用于一般调节,方案2、3适用于高调制系数时的调节,下面分别予以介绍

。

时甚至需要4个开关步骤,这样一来,开关频率将不再保持不变。

方法2,V1用两种开关状态,即V1=V1(POO)+

)T1(其中0<α<1),αT1V1(ONN),T1=αT1+(1-α

)T1为ONN的导通为POO的导通时间,(1-α

时间。则开关状态顺序为POO2PON2PNN2

ONN//ONN2PNN2PON2POO。通过检测中点电流iO的方向和两个电容的电压UC1,UC2,来决定α的大小,使中点电位朝着有利于平衡的方向变化。

当参考电压落在图2中的区域A或C时,为了加强对中点电位的平衡控制,可以同时利用两对冗余小矢量,这样可以有效地使中点电位向着平衡方向移动。

这种方法解决了方法,但其。2.22[7,8]

,iO为零。当调制系数比较高或功率因数比较小时,方案1就难以达到这种控制目的。其主要原因在于,此时小矢量作用的时间远小于中矢量作用的时间,导致小矢量

图2　三电平NPC逆变器空间电压矢量图

Fig.2　Spacevoltagevectorwiththeirswitching

statesforthree2levelNPCinverter

产生的中点电流iO不能完全补偿中矢量产生的中

点电流iO,因而不能很好地控制中点电位平衡。

为了解决上述问题,S.Busquets2Monge等提出了一种新的方法,通过对基本矢量进行重新组合,使每个开关周期中流过中点的电流为零。下面参照图2,来说明新基本矢量的组合方法。

对于小矢量V2,重新组合的小矢量为

Vs2=

2.1　SVPWM中点电位平衡控制方案1[4～6]

在空间矢量调制中,最传统的调制方法是NTV(three2nearest2vector)调制方法,即在一个调制周期内,用离参考矢量最近的3个基本矢量去合成需要的参考矢量。如图2所示的参考电压矢量Vf可以用基本的空间电压矢量V1,V7,V8来调制合成。小矢量V1有两种开关状态POO,ONN。

方法1,V1只用一种开关状态,即V1(POO)或V1(ONN),则开关状态顺序有两种选择:POO2PON2

PNN或者ONN2PNN2PON。具体选择哪种开

V2(PPO)+V2(OON)22

其产生的中点电流为iO=ic+(-ic)=0

22

因此新基本小矢量不影响中点电位的平衡。对于中矢量V8,重新组合的中矢量为

Vs8=

关状态顺序取决于中点电位的平衡情况和各相电流的方向,使得中点电位向着有利于平衡的方向进行。

这种方法在一个调制周期内只用3个矢量,比较简单,但它存在两个不足:一是电容电压存在着明显的开关频率纹波;二是当改变区域或选择不同的小矢量时,需改变开关顺序,这将需要至少2个开关步骤(两相桥臂必须转换1个电平),有4

V2(PPO)+V8(PON)+V1(ONN)333

ic+ib+ia=0333

其中点电流为

iO=

因此新基本中矢量也不影响中点电位的平衡。对

于零矢量和大矢量,由于它们不直接与中点连接,所以对中点电位没有影响。

图3为按以上方法重新组合得到的新基本矢

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罗永吉,等:三电平NPC逆变器中点电位平衡的软件算法电气传动　2008年　第38卷　第5期

量图。这个方法仍采用NTV调制,它在任何开

关周期内,都可以完全控制中点电流iO为零,很好地解决了方案1在高调制系数时不能控制中点电位平衡的问题。但它增加了开关频率和开关损耗;当负荷不平衡时,即iO=ic+ib+ia≠0时,它无法使中点电位平衡

。

当m<0.907时,SV法的开关损耗比NV法

大;当m>0.907后,由于没有中点电位作用,SV法控制中点电位平衡能力比NV法好。

3　基于注入零序电压的载波调制法

上面介绍的SVPWM法,其控制中点电位平衡的本质,就是通过调整平均输出电压中的零序分量,来控制中点电位的平衡。通过零序电压分量来分析和控制中点电位的平衡,是更为本质的方法,在控制上也更为全面、准确,因此下面就这种方法进行全面介绍。…… 此处隐藏：7651字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……