一种基于六次谐波注入的逆变器中点电压控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于六次谐波注入的逆变器中点电压控制方法，包括以下步骤，一、将实时测量得到的逆变器的实际中点电压值Unp与预设的中点电压值U*np进行比较得到中点电压误差值Unperr；二、将Unperr进行比例积分调节，得到所需注入的六次谐波幅值Uj6；三、对Uj6进行限幅，得到幅值不超过m/4的U‘j6；四，幅值不超过m/4的U‘j6与原始的调制波uj的相位进行乘法运算得到注入的六次谐波的瞬时值uj6。五、注入的uj6与uj进行相加运算得到注入六次谐波后的调制波u‘j；六、u‘j与三角波进行比较得到PWM波，PWM波对逆变器中点电压进行控制。本发明涉及参数少，只需检测中点电压，控制结构简单，实现方便。
【专利说明】-种基于六次谐波注入的逆变器中点电压控制方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种逆变器中点电压控制的方法及系统，具体的涉及一种基于六次谐 波注入的逆变器中点电压控制方法及系统。
【背景技术】
[0002] 中点电压平衡问题是二极管箝位式（NPC)三电平逆变器固有的突出问题。直流母 线电容参数不一致、负载不平衡以及不同的电路结构和调制策略都有可能引起中点电压不 平衡。中点电压的不平衡将会引起输出电压的畸变，造成开关器件承受的电压不一致，直流 侧电容电压的波动会降低电容的寿命，严重时还会损坏开关器件和滤波电容。
[0003] 解决中点电压不平衡的方法主要有基于硬件实现和基于软件算法两种，其中基于 硬件实现需要增设专门的电路，使系统变得复杂，同时也增加了成本，基于软件算法主要是 在控制策略中加入中点电压平衡算法，不需要对硬件做任何改动。中点电压平衡的软件控 制策略的主要两种，一种是基于空间矢量的SVPWM方法，另一种是基于载波的SPWM方法。因 为每对冗余小矢量对中点电压的作用相反，因此在SVPWM调制方法中，调整正负小矢量的 相对作用时间是最常用的中点电压控制方法，但是这种方法平衡能力有限，同时不利于向 更高电平逆变器扩展。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种算法简单、实现容易的基于六次谐波注入 的逆变器中点电压控制方法及系统，来实现中点电压的平衡。
[0005] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于六次谐波注入的逆变器中点 电压控制方法，包括以下步骤，
[0006] 步骤一，实时测量逆变器的实际中点电压值Unp，并将实时测量得到的逆变器的实 际中点电压值U np与预设的中点电压值U\p进行比较得到中点电压误差值Unpm ;
[0007] 步骤二，将得到的中点电压误差值Unpm进行比例积分调节，得到所需注入的六次 谐波幅值U j6 ;
[0008] 步骤三，对所需注入的六次谐波幅值Uj6进行限幅，得到幅值不超过m/4的六次谐 波幅值U 'j6;
[0009] 步骤四，幅值不超过m/4的六次谐波幅值U、与原始的调制波+的相位进行乘 法运算得到注入的六次谐波的瞬时值U j6 ;
[0010] 步骤五，注入的六次谐波的瞬时值Uj6与原始的调制波Uj进行相加运算得到注入 六次谐波后的调制波u 'j;
[0011] 步骤六，注入六次谐波后的调制波u 与三角波进行比较得到PWM波，PWM波对逆 变器中点电压进行控制。
[0012] 本发明的有益效果是：本发明通过在调制波中注入谐波幅值mz限制在 0〈mz < m/4范围内的六次谐波，来实现对中点电压的控制，具体实现为，实时测量中点电压 Unp，并且与预设值进行比较，根据比较结果来确定所需注入谐波幅值，并得到新的含六次 谐波的调制波，将调整后的调制波与三角波进行比较输出PWM信号（脉冲宽度调制信号）， 以控制逆变器的开关管工作状态，该方法涉及参数少，只需检测中点电压，控制结构简单， 实现方便。
[0013] 基于上述一种基于六次谐波注入的逆变器中点电压控制方法，本发明还提供一种 基于六次谐波注入的逆变器中点电压控制系统。
[0014] 一种基于六次谐波注入的逆变器中点电压控制系统包括依次相连的比较器、比例 积分调节器、限幅器、乘法器、加法器和SPWM模块，
[0015] 所述比较器用于对实时测量得到的逆变器的实际中点电压值Unp与预设的中点电 压值u\ p进行比较得到中点电压误差值Unpm ;
[0016] 所述比例积分调节器用于对中点电压误差值Unpm经过比例积分调节，得到所需注 入的六次谐波幅值Uj 6 ;
[0017] 所述限幅器用于对所需注入的六次谐波幅值％6进行限幅，得到幅值不超过m/4的 六次谐波幅值U 'j6;
[0018] 所述乘法器用于对幅值不超过m/4的六次谐波幅值U、与原始的调制波+的相 位进行乘法运算得到注入的六次谐波的瞬时值u j6 ;
[0019] 所述加法器用于对注入的六次谐波的瞬时值u#与原始的调制波+进行相加运算 得到注入六次谐波后的调制波u 'j;
[0020] 所述SPWM模块用于对注入六次谐波后的调制波u 'j与三角波进行比较得到PWM 波。
[0021] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0022] 进一步，还包括相位模块，所述相位模块与所述乘法器相连，所述相位模块用于通 过运算得到原始的调制波的相位，并将原始的调制波相位传递给乘法器。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为所需调制的NPC型三电平逆变器的主电路的结构图；
[0024] 图2为三电平SPWM调制方案中载波与调制波的波形图；
[0025] 图2-1是以图2中的波形图为基础的开关管的第一种输出状态图；
[0026] 图2-2是以图2中的波形图为基础的开关管的第二种输出状态图；
[0027] 图2-3是以图2中的波形图为基础的开关管的第三种输出状态图；
[0028] 图2-4是以图2中的波形图为基础的开关管的第四种输出状态图；
[0029] 图2-5是以图2中的波形图为基础的输出相电压波形图；
[0030] 图3为本发明一种基于六次谐波注入的逆变器中点电压控制的方法的流程图；
[0031] 图4为本发明一种基于六次谐波注入的逆变器中点电压控制的方法改变调制波 的波形图；
[0032] 图5-1为本发明一种基于六次谐波注入的逆变器中点电压控制的方法中调制比 为〇. 8的中点电压控制效果图；
[0033] 图5-2为本发明一种基于六次谐波注入的逆变器中点电压控制的方法中调制比 为〇. 4的中点电压控制效果图；
[0034] 图6为本发明一种基于六次谐波注入的逆变器中点电压控制系统的结构框图。
【具体实施方式】
[0035] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。
[0036] 如图1所示，图1为三相NPC型三电平逆变器的主电路结构图，图中输入直流电压 为U d。，中间直流支撑电容分别为C1, C2，电容两端的电压为Ucl, υ?，中点电压为Unp，其值与Ue2 相同；在正常情况下，中点电压不发生偏移，Unp = Udc;/2,但是由于支撑电容参数的不一致， 负载不平衡以及调制策略不同等原因，会使电容充放电不平衡，导致中点电压波动，中点电 压波动值dU。定义为dU。= Uel-Uc2。
[0037] 图2为传统的三电平SPWM调制方法中载波与调制波示意图，图2-1、2-2、2-3、2_4 均是以图2中的波形为基础的开关管的输出状态，图2-5是以图2中的波形图为基础的输 出相电压波形图。每相输出有"？"、"0"、"^'三种状态。以3相为例，当5 31，532开通，533,534 关断时，Uatj = Udc;/2,用状态"P"表示；当Sa2, Sa3开通，Sal，Sa4关断时，Uatj = 0,用状态"0" 表示；当Sa3，Sa4开通，Sal，S a2关断时，Uatj = -Udc;/2,用状态"N"表示。开关管Sal，Sa3的控制 信号互补，开关管S a2, Sa4的控制信号互补。在中点电压偏移时，传统的SPWM调制方法不能 消除或者抑制中点电压偏移。
[0038] 本发明的基于六次谐波注入的三电平逆变器中点电压控制方法，可以有效实现中 点电压控制。图3给出了本发明一种基于六次谐波注入的逆变器中点电压控制方法的流程 图，控制方法步骤如下：
[0039] 步骤一，实时测量逆变器的实际中点电压值Unp，并将实时测量得到的逆变器的实 际中点电压值U np与预设的中点电压值U\p进行比较得到中点电压误差值Unpm ;
[0040] 步骤二，将得到的中点电压误差值Unpm进行比例积分调节，得到所需注入的六次 谐波幅值Uj 6 ;
[0041] 在步骤二中，为构建出用于闭环控制的注入六次谐波的调制法来实现对中点电压 的控制，注入的六次谐波分量相位与原始的调制波相位相同，构建的六次谐波表达式可由 下式确定：
[0042] uz = UaXubXucX (Ua-Ub) X (Ub-Uc) X (Uc-Ua) (1)
【权利要求】
1. 一种基于六次谐波注入的逆变器中点电压控制方法，其特征在于：包括以下步骤， 步骤一，实时测量逆变器的实际中点电压值unp，并将实时测量得到的逆变器的实际中 点电压值unp与预设的中点电压值u\p进行比较得到中点电压误差值UnpOT ; 步骤二，将得到的中点电压误差值unp_进行比例积分调节，得到所需注入的六次谐波 幅值Uj6 ; 步骤三，对所需注入的六次谐波幅值U#进行限幅，得到幅值不超过m/4的六次谐波幅 值 U 'J6; 步骤四，幅值不超过m/4的六次谐波幅值U、与原始的调制波+的相位进行乘法运 算得到注入的六次谐波的瞬时值uj6 ; 步骤五，注入的六次谐波的瞬时值与原始的调制波+进行相加运算得到注入六次 谐波后的调制波u 'j; 步骤六，注入六次谐波后的调制波u 与三角波进行比较得到PWM波，PWM波对逆变器 中点电压进行控制。
2. 根据权利要求1所述的一种基于六次谐波注入的逆变器中点电压控制方法，其特征 在于：所述所需注入的六次谐波的相位与所述原始的调制波相位相同。
3. -种基于六次谐波注入的逆变器中点电压控制系统，其特征在于：包括依次相连的 比较器、比例积分调节器、限幅器、乘法器、加法器和SPWM模块， 所述比较器用于对实时测量得到的逆变器的实际中点电压值Unp与预设的中点电压值 U\p进行比较得到中点电压误差值Unpe" ; 所述比例积分调节器用于对中点电压误差值队%^经过比例积分调节，得到所需注入的 六次谐波幅值Uj6 ; 所述限幅器用于对所需注入的六次谐波幅值％6进行限幅，得到幅值不超过m/4的六次 谐波幅值U 'j6; 所述乘法器用于对幅值不超过m/4的六次谐波幅值U、与原始的调制波+的相位进 行乘法运算得到注入的六次谐波的瞬时值uj6 ; 所述加法器用于对注入的六次谐波的瞬时值+_6与原始的调制波进行相加运算得到 注入六次谐波后的调制波u 'j; 所述SPWM模块用于对注入六次谐波后的调制波u 与三角波进行比较得到PWM波。
4. 根据权利要求3所述的一种基于六次谐波注入的逆变器中点电压控制系统，其特征 在于：还包括相位模块，所述相位模块与所述乘法器相连，所述相位模块用于通过运算得到 原始的调制波的相位，并将原始的调制波相位传递给乘法器。
【文档编号】H02M7/487GK104333252SQ201410584379
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】姜向龙, 段三丁, 程善美 申请人:合康变频科技（武汉）有限公司