用于三相三电平DAB变换器的中点电压平衡控制方法及系统

用于三相三电平dab变换器的中点电压平衡控制方法及系统
技术领域
1.本发明属于多电平直流-直流变换器领域，更具体地，涉及一种用于三相三电平dab变换器的中点电压平衡控制方法及系统。


背景技术：

2.隔离型双有源桥(dual active bridge，dab)dc-dc变换器具有电气隔离、能量双向流动、易于实现软开关等优点，广泛用于直流配网系统。与单相dab变换器相比，三相dab变换器软开关范围更广、功率等级更高、功率密度更大，对分布式储能、电动汽车、数据中心等应用场所来说优势显著。
3.三电平拓扑一方面允许采用耐压等级低、性能好的开关器件，优化开关器件损耗；另一方面引入更多的控制自由度，以优化变换器性能。在高压大功率场合，与单相dab变换器一样，将三电平拓扑引入构成三相三电平dab变换器，可以进一步提高变换器的电压、功率等级优势。然而，由于驱动电路、开关器件和直流侧电容参数差异，三相三电平dab变换器中直流母线中点电压容易出现电压偏移的现象，不利于变换器的安全可靠运行，甚至会造成器件损耗。
4.三相三电平dab变换器具有一定的中点电压自平衡能力，但在直流侧电容初始电压不等时，中点电压的偏移会导致严重的直流侧电容电压震荡，长期的电压震荡不利于变换器的稳定运行。此外，当出现驱动电路或开关器件部分差异产生的中点电压发散时，中点电压甚至会永久性不平衡，导致部分开关管承受过电压，影响变换器正常运行时限。因此，为了保证三相三电平dab变换器的可靠运行，必须保证其输入、输出侧中点电压稳定。如何快速、准确地实现三相三电平dab变换器中点电压平衡控制具有重要意义。


技术实现要素：

5.针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种用于三相三电平dab变换器的中点电压平衡控制方法及系统，其目的在于提高三相三电平dab变换器中点电压平衡控制的动态响应速度和抗干扰能力。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于三相三电平dab变换器的中点电压平衡控制方法，包括：s1，采样获取三相三电平dab变换器第一侧的直流母线上、下电容电压，并根据直流母线上、下电容电压采样值计算第一侧的中点电压，其中，第一侧为三相三电平dab变换器的任一侧；s2，判断所述中点电压是否位于符号改变死区内，若位于，继续以当前占空比控制第一侧的开关管，其中，所述符号改变死区由三相三电平dab变换器要求的稳态运行时直流侧电容电压的纹波率确定，否则，执行s3；s3，沿增大或减小的方向改变当前占空比，以变占空比控制第一侧的开关管，并在变占空比控制后的中点电压超出符号滞环区时，沿相反方向改变当前占空比，以变占空比控制第一侧的开关管，直至第一侧的中点电压位于所述符号改变死区内，其中，所述符号滞环区由三相三电平dab变换器允许的直流侧电容电压最大纹波率确定。
7.更进一步地，所述符号改变死区的范围为(-λ
ssvdc
/2，λ
ssvdc
/2)，其中，v
dc
为三相三电平dab变换器的直流侧电压，λ
ss
为三相三电平dab变换器要求的稳态运行时直流侧电容电压的纹波率。
8.更进一步地，所述符号滞环区的范围为(-λ
mvdc
/2，λ
mvdc
/2)，其中，v
dc
为三相三电平dab变换器的直流侧电压，λm为三相三电平dab变换器允许的直流侧电容电压最大纹波率。
9.更进一步地，当前占空比的单次调节量为-0.04～0.04。
10.更进一步地，三相三电平dab变换器中，另一侧i相开关管的占空比调节量与第一侧i相开关管的占空比调节量大小相等，调节方向相反，i＝a、b、c。
11.更进一步地，所述s1中实时采样获取三相三电平dab变换器第一侧的直流母线上、下电容电压，根据直流母线上、下电容电压采样值计算第一侧的中点电压，并执行所述s2-s3。
12.按照本发明的另一个方面，提供了一种用于三相三电平dab变换器的中点电压平衡控制系统，包括：电压电流调制单元，用于生成控制自由度d1、d2和d，其中，d1、d2分别为一次侧、二次侧的三相三电平电路各输出电压的内移相比，d为两侧输出电压正占空比中心线间的外移相比；中点电压平衡控制单元，用于执行如上所述的用于三相三电平dab变换器的中点电压平衡控制方法，并将生成的占空比调节量实时发送至驱动信号调制单元；驱动信号调制单元，用于根据电压电流调制单元生成的d1、d2和d，以及根据中点电压平衡控制单元生成的占空比调节量，控制三相三电平dab变换器两侧的开关管的通断，直至每侧的中点电压均位于符号改变死区内。
13.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
14.(1)结合三相三电平dab变换器的工作特性，定性分析中点电压平衡调节，避免了对中点充放电电荷量的复杂数学计算，且不需要重新设计控制器，便可有效保持三相三电平dab变换器的中点电压平衡，控制方法简单、动态响应迅速、抗干扰能力强，对于实际系统适用性高，具有重大的工业应用价值；
15.(2)定向调节中点电压偏移，在分析中点电压平衡原理的基础上，将一定方向的中点电压偏移快速调节至平衡状态，滞环控制确保中点电压平衡调节的准确性，且能够满足中点电压纹波要求，性能良好；
16.(3)变占空比调节微调输出电压占空比，不影响变换器的正常运行性能，且不占用变换器自由度，避免了对变换器优化运行的电压电流调制干扰，适用性强。
附图说明
17.图1为本发明实施例提供的用于三相三电平dab变换器的中点电压平衡控制方法的流程图；
18.图2为本发明实施例提供的基于的三相三电平dab变换器的总体结构组成图；
19.图3为本发明实施例提供的基于的三相三电平dab变换器的电路拓扑图；
20.图4a、图4b、图4c分别为本发明实施例提供的基于的三相三电平dab变换器中三相变压器绕组的y-y连接方式图、y-δ连接方式图和δ-δ连接方式图；
21.图5为本发明实施例提供的基于的三相三电平dab变换器中的三电平电路连接示意图；
22.图6a、图6b、图6c分别为本发明实施例提供的内移相比0≤dj≤1/3、1/3《dj≤2/3、2/3《dj≤1(j＝1，2)电压运行模式下，y-y连接的三相三电平dab变换器的中点电压运行模式图；
23.图7a、图7b、图7c分别为本发明实施例提供的y-y连接的三相三电平dab变换器在不同电压运行模式下的中点电流充放电区域示意图；
24.图8a、图8b、图8c分别为本发明实施例提供的y-y连接的三相三电平dab变换器在不同电压运行模式下，正常运行状态的中点充放电电荷量分析示意图；
25.图9a、图9b、图9c分别为本发明实施例提供的y-y连接的三相三电平dab变换器在不同电压运行模式下，变占空比调节方向对中点充放电电荷量变化的影响示意图；
26.图10a、图10b分别为本发明实施例提供的中点电压平衡控制方法的实现过程图、实现示意图；
27.图11为本发明实施例提供的中点电压平衡控制方法的实现逻辑示意图；
28.图12a为本发明实施例提供的基于anpc的三相三电平dab变换器在一次侧直流电容初始电压不等下的仿真波形图；
29.图12b为本发明实施例提供的基于anpc的三相三电平dab变换器在二次侧直流电容初始电压不等下的仿真波形图；
30.图13为本发明实施例提供的中点电压平衡控制方法在驱动信号扰动下的仿真波形图；
31.图14a、图14b分别为本发明实施例提供的中点电压平衡控制方法在变换器正常运行下上、下电容电压的实验波形图；
32.图15为本发明实施例提供的中点电压平衡控制方法下电容电压平衡暂态过程的实验波形图；
33.图16为本发明实施例提供的中点电压平衡控制方法在变换器负载突变下的实验波形图。
具体实施方式
34.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
35.在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
36.图1为本发明实施例提供的用于三相三电平dab变换器的中点电压平衡控制方法的流程图。参阅图1，结合图2-图16，对本实施例中用于三相三电平dab变换器的中点电压平衡控制方法进行详细说明。
37.该用于三相三电平dab变换器的中点电压平衡控制方法(以下简称为中点电压平衡控制方法)适用于各种三相三电平dab变换器，如图2所示的三相三电平dab变换器。参阅图2所示三相三电平dab变换器，包括一次侧三相三电平电路、三相辅助电感及三相变压器、二次侧三相三电平电路、驱动信号调制单元、电压电流调制单元和中点电压平衡控制单元。
具体实施例下，三相三电平dab变换器的实施电路拓扑可表示为如图3所示。
38.一次侧三相三电平电路包括：m个开关管s
a1m
组成的a1相三电平电路，m个开关管s
b1m
组成的b1相三电平电路，m个开关管s
c1m
组成的c1相三电平电路，并联连接的直流侧上、下稳压电容c
p1
、c
p2
，以及一次侧直流电源v
p
。三相桥臂中各开关管的驱动信号分别表示为g
a1m
、g
b1m
、g
c1m
。
39.三相变压器可采用三相集成变压器，或者为由三个相同的单相变压器连接形成的三相变压器，依据三相变压器中绕组的不同连接方式，可分为y-y、y-δ、δ-δ三类，分别如图4a、图4b、图4c所示。具体实施例中，以图3中示出的y-y连接为例展开叙述。三相辅助电感分别为la、lb、lc，串联连接在一次侧三相三电平桥臂电压输出点与三相变压器原边的端子之间。
40.二次侧三相三电平电路包括：m个开关管s
a2m
组成的a2相三电平电路，m个开关管s
b2m
组成的b2相三电平电路，m个开关管s
c2m
组成的c2相三电平电路，并联连接的直流侧上、下稳压电容c
s1
、c
s2
，以及二次侧直流电源vs。三相桥臂中各开关管的驱动信号分别表示为g
a2m
、g
b2m
、g
c2m
。
41.驱动信号调制单元根据变换器选用的电压电流调制单元产生的控制自由度d1、d2、d，以及中点电压平衡控制单元产生的变换器两侧占空比微调量δdj(j＝1，2)，输出对应开关管的驱动信号g
i1m
和g
i2m
(i＝a，b，c)。其中，d1为一次侧三相三电平电路各输出电压的内移相比，d2为二次侧三相三电平电路各输出电压的内移相比，d为两侧输出电压正占空比中心线间的外移相比。各个开关管的开关频率均为fs，开关周期ts＝1/fs，半开关周期t
hs
＝ts/2，角频率ω＝2πfs。进一步地，依据三相结构可知，一次侧a1、b1、c1三相桥臂对应开关管的驱动信号之间依次有120
°
移相角，二次侧a2、b2、c2三相桥臂对应开关管的驱动信号之间也依次有120
°
移相角。
42.需要注意的是，一次侧电压v
p
的一端连接一次侧直流母线正极p1，另一端连接一次侧直流母线负极n1；二次侧电压vs的一端连接二次侧直流母线正极p2，另一端连接二次侧直流母线负极n2。第一电容c
p1
的一端连接一次侧直流母线正极p1，另一端连接一次侧中点o1，第二电容c
p2
的一端连接一次侧直流母线负极n1，另一端也连接一次侧中点o1。第三电容c
s1
的一端连接二次侧直流母线正极p2，另一端连接二次侧中点o2，第四电容c
s2
的一端连接二次侧直流母线负极n2，另一端也连接二次侧中点o2。
43.参阅图3可知，与单相三电平dab变换器不同，三相三电平dab变换器中，三电平电路输出中点并不直接与直流侧中点相连，即相电流不再直接作用于中点电流，因此，需要根据三相拓扑结构对应分析其中点电压平衡原理及控制机理，并以此设计三相三电平dab变换器中的中点电压平衡控制方法，而不是将单相三电平dab变换器中的中点电压平衡控制简单移植。
44.变换器两侧的三相三电平电路对称，且每侧内各相三电平电路采用一致的驱动调制策略，为便于表述，下列具体实施说明以图5所示的三电平电路中的状态量为例，结合变换器的拓扑运行特性和剩余相桥臂的电压耦合关系，以此展开，详细说明变换器两侧中点电压平衡原理。
45.对于图5所示三电平电路，正常运行条件下，两个直流侧上下稳压电容c1、c2的参考电压为二分之一的直流母线电压，即v
dc
/2；该相三电平电路可以输出v
dc
/2、0、-v
dc
/2三种电
压状态，分别定义为p、o、n状态。v
dc
、v
c1
、v
c2
、v
ac
分别表示其直流侧电压、直流侧上母线电容电压、直流侧下母线电容电压、交流侧输出电压。i
np
、i
c1
、i
c2
、i
l
分别表示其中点电流、直流侧上母线电容电流、直流侧下母线电容电流、交流侧相电感电流。
46.中点电压平衡的问题可通过分析中点电流来理解，定义电流流出中点时为正方向，i
np
》0，中点电流对中点放电，中点电压下降；电流流入中点时为负方向，i
np
《0，中点电流对中点充电，中点电压上升。因此，一个开关周期内，平均中点电流i
np
的大小，能够反映中点电流对中点的充放电情况和中点电压的变化情况。为保持中点电压平衡，需要满足一个开关周期内，i
np
＝0。
47.与三相三电平逆变器类似，三相三电平dab变换器直流侧瞬时中点电流i
np
可计算为：
[0048][0049]
三相三电平dab变换器中只有当三电平电路输出点中任意一个或两个输出o状态时，对应相电流才会对中点进行充放电，从而影响中点电压。
[0050]
另一方面，如图4a所示的y-y连接下，依据三相结构相位关系，三相变压器的中性点m连接处电压vm与桥臂输出电压v
ac,a
、v
ac,b
、v
ac,c
之间，存在如下式所示的耦合关系：
[0051][0052]
进一步地，考虑三电平电路输出电压的电平状态和内移相比的取值范围，中性点电压存在三种不同的运行模式，说明如下：
[0053]
1)第一种电压运行模式：内移相比取值范围为0≤dj≤1/3，中性点电压正、负电平占空比等于dj，如图6a所示，j＝1，2。
[0054]
2)第二种电压运行模式：内移相比取值范围为1/3＜dj≤2/3，中性点电压正、负电平占空比等于(2/3-dj)，如图6b所示，j＝1，2。
[0055]
3)第三种电压运行模式：内移相比取值范围为2/3＜dj≤1，中性点电压正、负电平占空比等于(d
j-2/3)，如图6c所示，j＝1，2。
[0056]
相应的，中点电流i
np
也将呈现不同充放电状态，分别如图7a、图7b、图7c所示，具体分析如下：
[0057]
1)第一种电压运行模式：仅在各三电平电路输出p状态或n状态时，中点电流对中点进行充放电，如图7a中的阴影部分。a相对应工作区域1、4中，i
np
＝i
lb
i
lc
＝-i
la
；b相对应工作区域3、6中，i
np
＝-i
lb
；c相对应工作区域2、5中，i
np
＝-i
lc
。因此，在图7a中所示的六个工作区域中，i
np
＝-i
li
(i＝a、b、c)，对中点电压进行充放电，其中，下标i分别对应a、b、c相。在剩余的六个工作区域内，每相桥臂均输出o状态，i
np
＝i
la
i
lb
i
lc
＝0，不影响中点电压。
[0058]
2)第二种电压运行模式：一个开关周期内，12个工作区域相电流均对中点进行充放电，如图7b中的阴影部分。总的来说，a、b、c相均存在两种不同的中点充放电情况：第一种情况，对应工作区域2、4、6、8、10、12中，i
np
＝-i
li
；第二种情况，对应工作区域1、3、5、7、9、11中，i
np
＝i
li
，其中，下标i＝a、b、c，分别对应a、b、c相。
[0059]
3)第三种电压运行模式：仅在各三电平电路输出o状态时，中点电流对中点进行充放电，如图7c中的阴影部分。a相对应工作区域3、6中，i
np
＝i
la
；b相对应工作区域2、5中，i
np
＝i
lb
；c相对应工作区域1、4中，i
np
＝i
lc
。因此，在图中所示的六个工作区域中，i
np
＝i
li
(i＝a、b、c)，对中点电压进行充放电，其中，下标i分别对应a、b、c相。在剩余的六个工作区域内，每相桥臂都输出p或n状态，i
np
＝0，不影响中点电压。
[0060]
假设存在稳定的电压偏移，下电容电压小于v
dc
/2时，以第一种电压运行模式为例，分析变换器的中点电压平衡机制。此时，一个开关周期内，三电平电路输出电压平均值v
ac
》0，a相对应工作区域1、4内，相电流i
la
产生的总电荷量为正，而i
np
＝-i
la
，即一个开关周期内，a相流入中点的总电荷量为正，对下电容c2充电，中点电压上升接近平衡值v
dc
/2，有恢复中点电压平衡状态的趋势。其余两相下的分析结论一致，三相三电平dab变换器中，中点电压存在自平衡趋势。
[0061]
然而，实际系统中由于变换器的不理想性，中点电压发生偏移时，为使变换器快速恢复至平衡运行状态，应对图7a-图7c所示的各充放电工作区域进行外加修正，采用变占空比调节以恢复中点电压平衡，且保证不额外给变压器引入直流分量。一般变占空比调节量δdj取值范围为-0.04～0.04，不影响变换器正常的运行调制与功率传输。
[0062]
在分析中，考虑相电感电流的基波分量i
l,1
，将其解耦为与相交流输出电压v
ac
同相的电流分量i
p,l,1
，和与v
ac
正交的电流分量i
q,l,1
，满足下式关系：
[0063]il,1
＝i
p,l,1
i
q,l,1
＝i
p,l,1
·
sin(ωt) i
q,l,1
·
cos(ωt)
[0064]
其中，i
p,l,1
和i
q,l,1
分别为一个开关周期内相应电流分量的平均电流值。
[0065]
进一步地，以a相为例，上述三种电压运行模式下，i
p,l,1
、i
q,l,1
与v
ac
相位关系显示如图8a、图8b、图8c所示。其中，阴影区域表示各电流分量注入(正号)或流出(负号)中点的充放电电荷量。由于v
ac
的奇对称性及半波对称性，在一个开关周期内，两个电流分量注入中点的总电荷量为零，中点电压保持平衡。
[0066]
在此基础上，当系统中某侧中点电压出现小扰动时，需进行中点电压平衡控制。以δdj《0为例，采取的变占空比调节，改变了电平切换时刻，如图9a-图9c中的黑色虚线所示。引入δdj的占空比调节量，也会带来中点充放电电荷量的变化，如图9a-图9c中的黑色斜线阴影部分所示。以a相为例，基于图8b、图9b所示的第二种电压运行模式，具体分析变占空比调节下的中点电压平衡控制思想。
[0067]
变占空比δdj《0时，a相工作区域5的宽度不变，工作区域11的宽度减小了2|δdj|，工作区域2、8的宽度对应增加了|δdj|。由于电压和电流的奇对称性和半波对称性性，电流i
p,l,1
在工作区域2、8内电流方向相反且电荷量相等，在工作区域11内电流产生电荷量相抵消，因而一个开关周期内i
p,l,1
在调节前后均不会产生平均中点电流。另一方面，对于i
q,l,1
，工作区域5、11电流方向相反，相比调节前，正向电荷量减少；工作区域2、8内，由于宽度增加，正向电荷量也增加；总的正向电荷量改变。另一方面，当引入的占空比调节量δdj》0时，中点充放电电荷量的改变与δdj《0下的调节作用相反。可知，变占空比调节下，引入的中点充放电电荷量符号会随着δdj的符号不同而反向变化，为所述中点电压平衡控制提供了理论基础。剩余两种电压运行模式下的分析结论与之相同。
[0068]
考虑变换器正常运行中，相电流流出输入侧中点，则相对流入了输出侧中点，因而，在同一相电流的运行下，为调节中点电压平衡，变换器两侧桥臂引入的占空比调节量需满足δd2＝-δd1。
[0069]
然而，当系统中某侧中点电压出现大扰动时，变换器也将较大得偏离正常运行状
态，其典型电压、电流波形与中点电流充放电状态不再符合正常运行下的平衡作用关系，以上的分析方法不太适用。然而，为实现中点电压平衡控制的可靠运行，应进行更加完备的控制方法。
[0070]
依据傅里叶级数分解结果，考虑对应桥臂的输出交流电压及相电流基波分量，可得到以下变换器的输出电压、电流表达式：
[0071][0072][0073]
基于上述表达式可知，相电流i
l,1
可表示为变换器基础运行的3个控制自由度及电压转换比k的函数关系式：
[0074]il,1
＝f1(d1,d2,d,k)
[0075]
进一步地，当使能中点电压平衡的占空比调节(δdj≠0)时，由各相电流i
l,1
产生的额外的中点充放电电荷量δq
np
同样可以表示为：
[0076][0077]
其中，tc为占空比调节对应中点电流对中点的实际充放电作用时间。
[0078]
显然，中点充放电电荷量δq
np
不仅与作用时间tc有关，而且也会被变换器的控制自由度取值和电压运行状态影响，其中，控制自由度依变换器的正常运行电压、电流调制方法变化，变换器的电压变换比k由其电压运行要求所定。因而，若从中点充放电电荷量计算的角度考虑控制器设计，基于上述δq
np
的计算公式，三相三电平dab变换器中中点电压平衡控制器的具体参数设计较难。基于此，本实施例中提出一种实际可行的中点电压平衡控制方法。
[0079]
本实施例中，用于三相三电平dab变换器的中点电压平衡控制方法包括操作s1-操作s3。
[0080]
操作s1，采样获取三相三电平dab变换器第一侧的直流母线上、下电容电压，并根据直流母线上、下电容电压采样值计算第一侧的中点电压，其中，第一侧为三相三电平dab变换器的任一侧。
[0081]
操作s2，判断中点电压是否位于符号改变死区内，若位于，继续以当前占空比控制第一侧的开关管，其中，符号改变死区由三相三电平dab变换器要求的稳态运行时直流侧电容电压的纹波率确定，否则，执行操作s3。
[0082]
根据本发明的实施例，符号改变死区的范围为(-λ
ssvdc
/2，λ
ssvdc
/2)，其中，v
dc
为三相三电平dab变换器的直流侧电压，λ
ss
为三相三电平dab变换器要求的稳态运行时直流侧电容电压的纹波率。
[0083]
操作s3，沿增大或减小的方向改变当前占空比，以变占空比控制第一侧的开关管，并在变占空比控制后的中点电压超出符号滞环区时，沿相反方向改变当前占空比，以变占空比控制第一侧的开关管，直至第一侧的中点电压位于符号改变死区内，其中，符号滞环区由三相三电平dab变换器允许的直流侧电容电压最大纹波率确定。
[0084]
根据本发明的实施例，符号滞环区的范围为(-λ
mvdc
/2，λ
mvdc
/2)，其中，v
dc
为三相三
电平dab变换器的直流侧电压，λm为三相三电平dab变换器允许的直流侧电容电压最大纹波率。
[0085]
根据本发明的实施例，当前占空比的单次调节量为-0.04～0.04。
[0086]
根据本发明的实施例，三相三电平dab变换器中，另一侧i相开关管的占空比调节量与第一侧i相开关管的占空比调节量大小相等，调节方向相反，i＝a、b、c。
[0087]
根据本发明的实施例，操作s1中实时采样获取三相三电平dab变换器第一侧的直流母线上、下电容电压，根据直流母线上、下电容电压采样值计算第一侧的中点电压，并执行操作s2-操作s3。
[0088]
本发明实施例提供的中点电压平衡控制方法，结合变占空比调节与带死区的符号滞环控制实现，包含符号滞环区(-h，h)和符号改变死区(-hd，hd)，h＝λ
mvdc
/2，hd＝λ
ssvdc
/2。其中，符号改变死区内，不进行变占空比调节的使能控制，不进行δdj的符号改变判断。当中点电压超出(-hd，hd)的死区范围，需依据电荷量分析使能变占空比调节，反之，不进行中点电压平衡控制；进一步地，当初步变占空比调节后，中点电压超出符号判断滞环上下限(-h，h)，则执行占空比的符号改变控制指令，以确保正确的调节方向，否则，不改变δdj符号。通过符号判断滞环控制和死区宽度的设置与配合作用，变换器中点电压维持在平衡状态，保证了变换器的稳定运行。
[0089]
需要说明的是，本发明实施例中也可以直接基于上电容电压采样值或下电容电压采样值判断是否进行变占空比调节，无需根据上、下电容电压采样值计算中点电压。此时，符号改变死区需相应调整为(v
dc
/2-λ
ssvdc
/2，v
dc
/2 λ
ssvdc
/2)，符号滞环区需相应调整为(v
dc
/2-λ
mvdc
/2，v
dc
/2 λ
mvdc
/2)。
[0090]
具体地，采样获取三相三电平dab变换器第一侧的直流母线上电容电压(或下电容电压)，若上电容电压采样值(或下电容电压采样值)位于符号改变死区(v
dc
/2-λ
ssvdc
/2，v
dc
/2 λ
ssvdc
/2)内，继续以当前占空比控制第一侧的开关管，否则，沿增大或减小的方向改变当前占空比，以变占空比控制第一侧的开关管，并在变占空比控制后的上电容电压采样值(或下电容电压采样值)超出符号滞环区(v
dc
/2-λ
mvdc
/2，v
dc
/2 λ
mvdc
/2)时，沿相反方向改变当前占空比，以变占空比控制第一侧的开关管，直至第一侧的上电容电压采样值(或下电容电压采样值)位于符号改变死区(v
dc
/2-λ
ssvdc
/2，v
dc
/2 λ
ssvdc
/2)内。
[0091]
参阅图10a和图10b示出的中点电压平衡控制方法的示意图，主要包含死区控制、符号滞环控制和使能选择输出环节。死区控制依据电压差值e
vc
，生成变占空比调节使能信号s
dz
，死区特性dz(
·
)满足下式：
[0092][0093]
其中，使能信号s
dz
＝0时，不进行变占空比调节，且使能选择输出开关k接触“0”端子，输出δdj＝0；使能信号s
dz
＝1时，在使能变占空比调节下，使能符号滞环控制，以确保准确的中点电压平衡调节方向，且使能选择输出开关k接触“1”端子。变占空比δdj输出由符号滞环控制决定，滞环特性h(
·
)满足下式：
[0094]
[0095]
在图10b所示实例示意图中，t0时刻施加该发明所述的中点电压平衡控制，由于此时电容电压超出死区范围，满足中点电压平衡控制使能要求，应给定初始占空比调节量δdj，t1时刻依据电压采样值判定了中点电压平衡控制方向，由于超出符号滞环上限，应改变δdj符号，控制实现中点电压稳定在死区允许波动范围内，其具体实现逻辑流程如图11所示。
[0096]
进一步地，对图11所示实现过程描述如下：
[0097]
首先，实时采样直流稳压电容电压v
c1
、v
c2
。
[0098]
其次，以上电容电压v
c1
为例，得到中点电压平衡控制使能及占空比调节方向的判断：
[0099]
(1)当上电容电压v
c1
超出相应的死区上下限，即|v
c1-v
dc
/2|》hd时，使能中点电压平衡控制，设置初始占空比调节量δdj，初步运行数周期后，再开启占空比调节方向检测，执行(2)；否则，认为中点电压处于中点电压平衡控制的允许波动范围内，不进行变占空比调节，δdj＝0，执行(3)。
[0100]
(2)进一步地，判断中点电压平衡控制下的变占空比δdj调节符号是否正确。当上电容电压v
c1
超出相应的控制符号滞环上下限，即|v
c1-v
dc
/2|》h时，判断认为初始的变占空比调节方向错误，需改变δdj的符号，以保证中点电压平衡控制的准确运行；否则，认为变占空比调节方向正确，不改变δdj的符号，运行数周期后，执行(3)；
[0101]
(3)实时采样电容电压值，并进行(1)的判断，在持续的中点电压平衡控制使能判断及符号滞环调节下，不仅避免了每开关周期内的占空比改变，且有效保证了变换器中点电压平衡的稳定运行。
[0102]
通过仿真软件及实验进行上述发明所述方法的验证，参数如表1所示。
[0103]
表1
[0104][0105]
在一次侧电容初始电压不等时的仿真波形如图12a所示，三相三电平dab变换器具有一定的自平衡能力，但中点电压的偏移导致了长期的电容电压震荡，不利于变换器的可靠运行，中点电压平衡控制具有必要性。
[0106]
在二次侧开关管驱动信号存在扰动时的仿真波形如图12b所示，三相三电平dab变换器偏离正常运行状态，两侧电容电压在长期震荡后，出现稳定的中点电压偏移情况，同样
不利于变换器的可靠运行，中点电压平衡控制具有必要性。
[0107]
图13给出了加入中点电压平衡控制下的仿真波形。其中，在0.2s时使能中点电压平衡控制，经过中点电压平衡调节方向判断，预设的不正确的初始电压调节方向可以被很好的纠正，且0.22s时能够将两侧电容电压较快稳定在参考值附近，控制效果好，纹波限制在1v以内，中点电压平衡控制控制性能好、响应迅速。
[0108]
图14a示出了3.6kw下变换器的正常运行波形，图14b示出了3.6kw下变换器的两侧上电容电压实验波形图。波形显示三相三电平dab变换器中，电感两端电压及电感电流波形正弦度很高，另一方面，电容电压在正常运行过程中均能很好的稳定在参考值附近，本发明所述的中点电压平衡控制方法控制有效。
[0109]
图15给出了使能中点电压平衡控制方法下的电容电压平衡的暂态过程实验波形，本发明实施例中的中点电压平衡控制方法能够在15ms内将中点电压恢复平衡，且稳定实现其平衡运行，本发明实施例中的中点电压平衡控制方法控制迅速有效。
[0110]
图16给出了负载从900w到3.6kw切换下的动态性能实验波形，验证了本发明实施例中的中点电压平衡控制方法具有较好的动态响应性能，维持三相三电平dab变换器的安全可靠运行。
[0111]
本发明实施例还提供了一种用于三相三电平dab变换器的中点电压平衡控制系统，包括：电压电流调制单元、中点电压平衡控制单元和驱动信号调制单元。
[0112]
电压电流调制单元用于生成控制自由度d1、d2和d，其中，d1、d2分别为一次侧、二次侧的三相三电平电路各输出电压的内移相比，d为两侧输出电压正占空比中心线间的外移相比。
[0113]
中点电压平衡控制单元用于执行上述图1-图16所示实施例中用于三相三电平dab变换器的中点电压平衡控制方法，并将生成的占空比调节量实时发送至驱动信号调制单元。
[0114]
驱动信号调制单元用于根据电压电流调制单元生成的d1、d2和d，以及根据中点电压平衡控制单元生成的占空比调节量，控制三相三电平dab变换器两侧的开关管的通断，直至每侧的中点电压均位于符号改变死区内。
[0115]
本实施例中未尽之细节，请参阅上述图1-图16所示实施例中用于三相三电平dab变换器的中点电压平衡控制方法，此处不再赘述。
[0116]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。