多电平变换器中直流电容的均压控制电路及方法与流程

本发明涉及多电平变换器技术领域，具体为多电平变换器中直流电容的均压控制电路及方法。

背景技术：

二极管箝位多电平电路指的是用多个二极管对各个开关管进行箝位，再利用不同的开关状态得到不同的输出电平数。电路中二极管箝位的作用是把开关器件的端电压限制在某个直流电容的一个端电压上。其控制与两电平电路差距不大，较易实现有功功率的双向流动，同时对功率因数的控制也比较方便。

由于二极管的箝位作用，开关器件的工作电压小于并联直流电容的电压。因此各直流电容的电压范围决定了开关器件的电压工作范围。如果电压不均衡，高于均衡至的电压可能超过电容或者被箝位开关器件的耐压范围。同时也失去多电平电路的优点。

申请号2011102016335的中国专利公开了一种多电平变换器直流电容电压的均压电路及其均压方法，均压电路的组成是：二极管箝位型多电平变换器的直流侧的n个直流电容(cn，n＝1，2，...n)，均与由多个辅助开关器件组成的均压开关阵列的相应输入端连接，均压开关阵列的输出端与一辅助直流电容(c0)相连，均压开关阵列中的每个辅助开关器件的控制端均与多电平变换器的控制装置相连；所述的n为多电平变换器的电平数-1。该专利的均压原理是：控制装置通过控制均压开关阵列中各辅助开关器件的开通或关断，使得在每个脉宽调制(pwm)周期中辅助直流电容分时逐一与各个直流电容并列连通。在每个直流电容与辅助直流电容并列连通时，二者的电压将趋同而进行一次均压操作；一个完整的pwm周期辅助电容与全部直流电容完成一次均压操作。通过多个pwm周期后，全部直流电容和辅助电容的电压将趋于一致，从而实现均压的目的。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种多电平变换器中直流电容的均压控制电路及方法，解决多电平变换器中直流电容电压不一致的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

多电平变换器中直流电容的均压控制电路，包括：多电平变换器电路和控制电路，所述多电平变换器电路包括多电平变换器、滤波电路和交流电网，所述控制电路包括数字控制芯片和驱动电路，所述数字控制芯片包括数字信号处理芯片和逻辑控制电路，所述数字信号处理芯片包括采样调理模块、pwm产生模块和输入输出端口i/o；所述数字信号处理芯片采样电压和电流，产生pwm控制信号并输出给所述逻辑控制电路，所述逻辑控制电路将pwm控制信号输出给所述驱动电路，所述驱动电路输出驱动信号，控制所述多电平变换器的三相桥臂单元中开关的开通和/或关断。

优选地，所述多电平变换器为三电平变换器，所述三电平变换器包括直流端，具有直流电压，所述直流端并联第一直流电容和第二直流电容，所述第一直流电容和第二直流电容串联，中间串联点为电路中性点n，所述直流端同时与三相桥臂单元连接，所述三相桥臂单元包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂并联，所述第一桥臂包括四个同向串联的开关，其中，中间两个开关之间的串联点为a相交流端，中间两个开关的两端并联两个同向串联的二极管，二极管的中点与电路中性点n连接；所述第二桥臂包括四个同向串联的开关，其中中间两个开关之间的串联点为b相交流端，中间两个开关的两端并联两个同向串联的二极管，二极管的中点与电路中性点n连接；所述第三桥臂包括四个同向串联的开关，其中中间两个开关之间的串联点为c相交流端，中间两个开关的两端并联两个同向串联的二极管，二极管的中点与电路中性点n连接；a相交流端经a相滤波电路与a相交流电网ua连接，b相交流端经b相滤波电路与b相交流电网ub连接，c相交流端经c相滤波电路与c相交流电网uc连接，a相交流电网ua、b相交流电网ub和c相交流电网uc共同构成三相交流电，三相交流电的中性点为电路中性点n。

优选地，所述数字信号处理芯片为ti28335。

优选地，所述采样调理模块采样a相交流电网的电压va和电流ia、b相交流电网的电压vb和电流ib、c相交流电网的电压vc和电流ic；所述采样调理模块采样直流电容的电压。

多电平变换器中直流电容的均压控制方法，所述方法采用所述的均压控制电路实现，所述方法包括：采样多电平变换器直流侧串联的每个直流电容的电压，将相邻的两个直流电容的电压采样值进行相减，得到电压差值，对所述电压差值进行比例积分pi运算，生成与所述电压差值反向的零序电流参考值，结合交流电流的采样值，采用三维dq0/abc反变换得到包含零序分量的abc三相电流指令，经过电流跟踪控制环节对所述abc三相电流指令进行控制实现对直流电容的均压控制。

优选地，所述均压控制电路包括多电平变换器电路和控制电路。

优选地，所述多电平变换器电路包括多电平变换器、滤波电路和交流电网，所述多电平变换器为三电平变换器，所述三电平变换器包括直流端，具有直流电压，所述直流端并联第一直流电容和第二直流电容，所述第一直流电容和第二直流电容串联，中间串联点为电路中性点n，所述直流端同时与三相桥臂单元连接，所述三相桥臂单元包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂并联，所述第一桥臂包括四个同向串联的开关，其中，中间两个开关之间的串联点为a相交流端，中间两个开关的两端并联两个同向串联的二极管，二极管的中点与电路中性点n连接；所述第二桥臂包括四个同向串联的开关，其中中间两个开关之间的串联点为b相交流端，中间两个开关的两端并联两个同向串联的二极管，二极管的中点与电路中性点n连接；所述第三桥臂包括四个同向串联的开关，其中中间两个开关之间的串联点为c相交流端，中间两个开关的两端并联两个同向串联的二极管，二极管的中点与电路中性点n连接；a相交流端经a相滤波电路与a相交流电网ua连接，b相交流端经b相滤波电路与b相交流电网ub连接，c相交流端经c相滤波电路与c相交流电网uc连接，a相交流电网ua、b相交流电网ub和c相交流电网uc共同构成三相交流电，三相交流电的中性点为电路中性点n。

优选地，所述控制电路包括数字控制芯片和驱动电路，所述数字控制芯片包括数字信号处理芯片和逻辑控制电路，所述数字信号处理芯片包括采样调理模块、pwm产生模块和输入输出端口i/o。

优选地，所述数字信号处理芯片为ti28335。

优选地，所述采样调理模块采样a相交流电网的电压va和电流ia、b相交流电网的电压vb和电流ib、c相交流电网的电压vc和电流ic；所述采样调理模块采样直流电容的电压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采样多电平变换器直流侧串联的每个直流电容的电压，将相邻的两个直流电容的电压采样值进行相减，得到电压差值，对所述电压差值进行比例积分pi运算，生成与所述电压差值反向的零序电流参考值，结合交流电流的采样值，采用三维dq0/abc反变换得到包含零序分量的abc三相电流指令，经过电流跟踪控制环节对所述abc三相电流指令进行控制实现对直流电容的均压控制；本发明经过电流跟踪控制环节对零序电流进行控制便能实现对直流电容的均压控制，控制简单易实现。

附图说明

图1为本发明多电平变换器中直流电容的均压控制电路的结构示意图；

图2为本发明多电平变换器中直流电容的均压控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种多电平变换器中直流电容的均压控制电路，包括：多电平变换器电路和控制电路，所述多电平变换器电路包括多电平变换器、滤波电路和交流电网，所述控制电路包括数字控制芯片12和驱动电路13，所述数字控制芯片12包括数字信号处理芯片和逻辑控制电路，所述数字信号处理芯片包括采样调理模块、pwm产生模块和输入输出端口i/o；所述数字信号处理芯片采样电压和电流后，利用本发明提供的均压控制方法计算并产生pwm控制信号，然后将pwm控制信号输出给所述逻辑控制电路，所述逻辑控制电路将pwm控制信号输出给所述驱动电路13，所述驱动电路13输出驱动信号，控制所述多电平变换器中开关的开通和/或关断。

具体地，所述多电平变换器为三电平变换器，所述三电平变换器包括直流端dc，具有直流电压udc，所述直流端dc并联第一直流电容c1和第二直流电容c2，所述第一直流电容c1和第二直流电容c2串联，中间串联点为电路中性点n，直流端dc同时与三相桥臂单元11连接，所述三相桥臂单元11包括第一桥臂111、第二桥臂112和第三桥臂113，所述第一桥臂111、第二桥臂112和第三桥臂113并联，所述第一桥臂111包括开关s11、s12、s13和s14，所述开关s11、s12、s13和s14依次同向串联，开关s12和s13之间的串联点为a相交流端pa，开关s12和s13的两端并联同向串联的二极管d1和d2，二极管d1和d2的中点与电路中性点n连接；所述第二桥臂112包括开关s21、s22、s23和s24，所述开关s21、s22、s23和s24依次同向串联，开关s22和s23之间的串联点为b相交流端pb，开关s22和s23的两端并联同向串联的二极管d3和d4，二极管d3和d4的中点与电路中性点n连接；所述第三桥臂113包括开关s31、s32、s33和s34，所述开关s31、s32、s33和s34依次同向串联，开关s32和s33之间的串联点为c相交流端pc，开关s32和s33的两端并联同向串联的二极管d5和d6，二极管d5和d6的中点与电路中性点n连接。a相交流端pa经滤波电路la与a相交流电网ua连接，b相交流端pb经滤波电路lb与b相交流电网ub连接，c相交流端pc经滤波电路lc与c相交流电网uc连接，a相交流电网ua、b相交流电网ub和c相交流电网uc共同构成三相交流电，三相交流电的中性点为电路中性点n。

进一步地，所述的开关s11、s12、s13、s14、s21、s22、s23、s24、s31、s32、s33和s34均由二极管和npn三极管构成。

具体地，数字控制芯片12与驱动电路13共同构成控制电路，用于为三相桥臂单元11中开关提供驱动控制信号，控制所述开关s11、s12、s13、s14、s21、s22、s23、s24、s31、s32、s33和s34的开通和/或关断。所述数字控制芯片12包括数字信号处理芯片121和逻辑控制电路122。所述数字信号处理芯片121包括采样调理模块1211、pwm产生模块1212、输入输出端口i/o1213。所述数字信号处理芯片121优选为ti28335。所述逻辑控制电路122优选用fpga芯片实现，如ep2c8q208i8n。所述采样调理模块1211采样a相交流电网ua的电压va和电流ia；b相交流电网ub的电压vb和电流ib；c相交流电网uc的电压vc和电流ic。所述采样调理模块1211采样第一直流电容c1的电压uc1和第二直流电容c2的电压uc2。所述采样调理模块1211采样的电压和/或电流，经过本发明的控制方法的计算，产生pwm控制信号并输出给逻辑控制电路122，所述逻辑控制电路122经过pwm输出端口将pwm控制信号输出给驱动电路13，所述驱动电路13输出开关的驱动信号，控制所述开关s11、s12、s13、s14、s21、s22、s23、s24、s31、s32、s33和s34的开通和关断。

如图2所示，本发明提供一种多电平变换器中直流电容的均压控制方法，包括：将第一直流电容c1和第二直流电容c2的电压采样值uc1和uc2相减，得到电压差△u，对电压差△u进行比例积分pi运算，生成与电压差△u反向的零序电流参考值i0ref，结合交流电流ia，ib，ic的采样值值生成的d轴分量id^*、q轴分量iq^*、角度θ，采用三维dq0/abc反变换得到包含零序分量的abc三相电流指令iabc^*。这样，经过电流跟踪控制环节对零序电流进行控制便能实现对直流电容的均压控制。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。