三电平NPC变流器中点平衡控制方法、装置及设备与流程

本发明实施例涉及电力电子，具体涉及一种三电平npc变流器中点平衡控制方法、装置及设备。

背景技术：

1、三电平中点钳位(neutral point clamped，npc)变流器与传统的两电平变流器相比，具有其单管承受的电压较低，输出的电压波形较好，并具有等效开关频率高、更为优异的谐波特性等优点，从而被广泛地应用在新能源发电、柔性直流输电(flexible actransmission system，facts)、电力电子变压器、大功率电源以及大功率整流器等场合。

2、三电平npc变流器的直流侧连接有两个串联的电容，通常两个电容间的中性点会有导线引出。npc正常工作时，其交流输出三电平的相电压和五电平的线电压。一般而言，直流侧两个串联的电容具有对称的结构，其电压也保持一致，等于直流母线电压的一半，但是实际的电路结构并非理想，由于电容参数的不一致以及负载的不平衡，常常造成两个电容电压间出现偏差，引发中点不平衡问题。中点不平衡会带来低频谐波，拉低电能质量，使npc中的功率开关器件长期承受不同的电压应力，容易导致器件坏损，影响变流器正常工作。因此对于中点平衡控制方法的研究是三电平npc变流器的一项重点工作。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种三电平npc变流器中点平衡控制方法、装置及设备，针对三电平npc变流器在实际应用中常见的中点不平衡问题，提出了一种基于单载波的三电平npc变流器中点平衡控制方法，通过引入中点电流方向判据，结合中点平衡控制算法，将其影响施加到调制方式中去，实现了对中点电压平衡控制的效果。

2、第一方面，本发明实施例提供一种三电平npc变流器中点平衡控制方法，包括：

3、基于单载波脉宽调制对三电平npc变流器进行调制；

4、在基于单载波脉宽调制进行调制的过程中，根据预先建立的单载波脉宽调制与空间矢量脉宽调制之间的等效关系，对单载波脉宽调制的调制波进行修正，以实现中点平衡。

5、一种实施例中，基于单载波脉宽调制对三电平npc变流器进行调制包括：

6、针对三电平npc变流器中的每一相：

7、当调制波为正时，将调制波与三角载波进行比较，生成第一功率开关与第三功率开关的开关信号，第二功率开关的开关信号为1，第四功率开关的开关信号为0；

8、当调制波为负时，第一功率开关的开关信号为0，第三功率开关的开关信号为1，从1中减去调制波后与三角载波进行比较，生成第二功率开关与第四功率开关的开关信号。

9、一种实施例中，预先建立的单载波脉宽调制与空间矢量脉宽调制之间的等效关系包括：

10、当参考矢量位于第一、第三或者第五大扇区时，单载波脉宽调制与空间矢量脉宽调制调制波之间的差值为：

11、当参考矢量位于第一小扇区的第一区域时，调制波之间的差值记为ue1-1，按照如下表达式确定：

12、ue1-1＝k4us_max-us_max-k4us_mid；

13、当参考矢量位于第一小扇区的第二区域时，调制波之间的差值记为ue1-2，按照如下表达式确定：

14、ue1-2＝k5us_mid-us_mid-k5us_min；

15、当参考矢量位于第二小扇区的第一区域时，调制波之间的差值记为ue2-1，按照如下表达式确定：

16、ue2-1＝k2us_min-us_min-k2us_mid+k2-1；

17、当参考矢量位于第二小扇区的第二区域时，调制波之间的差值记为ue2-2，按照如下表达式确定：

18、ue2-2＝k3us_mid-us_mid-k3us_max+k3；

19、当参考矢量位于第三或者第四小扇区时，调制波之间的差值记为ue3、4，按照如下表达式确定：

20、ue3、4＝k1us_min-us_min-k1us_max+2k1-1；

21、其中，us_max、us_mid、us_min分别表示某一时刻三相调制波中的最大值、中间值与最小值，k1、k2、k3、k4和k5为比例系数，取值范围在0到1之间。

22、一种实施例中，预先建立的单载波脉宽调制与空间矢量脉宽调制之间的等效关系包括：

23、当参考矢量位于第二、第四或者第六大扇区时，单载波脉宽调制与空间矢量脉宽调制调制波之间的差值为：

24、当参考矢量位于第一小扇区的第一区域时，调制波之间的差值记为ue1-1，按照如下表达式确定：

25、ue1-1＝k4us_mid-us_mid-k4us_min；

26、当参考矢量位于第一小扇区的第二区域时，调制波之间的差值记为ue1-2，按照如下表达式确定：

27、ue1-2＝k5us_max-us_max-k5us_mid；

28、当参考矢量位于第二小扇区的第一区域时，调制波之间的差值记为ue2-1，按照如下表达式确定：

29、ue2-1＝k2us_mid-us_mid-k2us_max+k2；

30、当参考矢量位于第二小扇区的第二区域时，调制波之间的差值记为ue2-2，按照如下表达式确定：

31、ue2-2＝k3us_min-us_min-k3us_mid+k3-1；

32、当参考矢量位于第三或者第四小扇区时，调制波之间的差值记为ue3、4，按照如下表达式确定：

33、ue3、4＝k1us_min-us_min-k1us_max+2k1-1；

34、其中，us_max、us_mid、us_min分别表示某一时刻三相调制波中的最大值、中间值与最小值，k1、k2、k3、k4和k5为比例系数，取值范围在0到1之间。

35、一种实施例中，对单载波脉宽调制的调制波进行修正，包括按照如下表达式确定最终的调制信号：

36、

37、其中，usn_real表示最终的调制信号，sign表示取符号，usn表示调制波，i0表示中点电流，uba表示中点平衡比例积分控制器输出的控制量，δ表示分界时间点，r表示调制比例，ωt表示时间轴。

38、一种实施例中，调制比例按照如下表达式确定：

39、

40、其中，uref表示参考矢量，vsα和vsβ是三相调制波的克拉克变换，udc表示直流侧总电压。

41、一种实施例中，分界时间点按照如下表达式确定：

42、

43、其中，m表示调制比。

44、第二方面，本发明实施例提供一种三电平npc变流器中点平衡控制装置，包括：

45、调制模块，用于基于单载波脉宽调制对三电平npc变流器进行调制；

46、控制模块，用于在基于单载波脉宽调制进行调制的过程中，根据预先建立的单载波脉宽调制与空间矢量脉宽调制之间的等效关系，对单载波脉宽调制的调制波进行修正，以实现中点平衡。

47、第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：

48、至少一个处理器和存储器；

49、存储器存储计算机执行指令；

50、至少一个处理器执行存储器存储的计算机执行指令，使得至少一个处理器执行如第一方面任一项所述的三电平npc变流器中点平衡控制方法。

51、第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，计算机执行指令被处理器执行时用于实现如第一方面任一项所述的三电平npc变流器中点平衡控制方法。

52、本发明实施例提供的三电平npc变流器中点平衡控制方法、装置及设备，基于单载波脉宽调制对三电平npc变流器进行调制；在基于单载波脉宽调制进行调制的过程中，根据预先建立的单载波脉宽调制与空间矢量脉宽调制之间的等效关系，对单载波脉宽调制的调制波进行修正，实现了对中点电压平衡控制的效果。