一种三电平逆变器、控制方法及系统与流程

本技术涉及电力电子，尤其涉及一种三电平逆变器、控制方法及系统。

背景技术：

1、光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能转变为电能的一种技术，一直以来得到快速发展。光伏逆变器作为光伏发电系统中的核心部件，用于将光伏组件产生的直流电转换为交流电。

2、三电平逆变器作为光伏逆变器的一种，其桥臂电压为三电平，较两电平逆变器多，因其可有效降低如滤波电感等无源器件的体积而被广泛应用。但是，三电平逆变器由于存在母线中点，而母线中点电位的平衡涉及到逆变器功率器件的耐压、并网电流的谐波等诸多指标，因此三电平逆变器的中点电位的均衡控制至关重要。

3、光伏发电系统应用于并网场景时，光伏发电系统与电网连接，而电网中会存在较大的电压背景谐波的扰动，电压背景的谐波会造成并网电流含有同频次的电流谐波，进而导致正、负直流母线的电压不均衡，使得直流母线中点的点位产生偏移，威胁逆变器的正常运行。

技术实现思路

1、为了解决以上技术问题，本技术提供了一种三电平逆变器、控制方法及系统，该三电平逆变器正、负直流母线的电压能够实现均衡。

2、第一方面，本技术提供了一种三电平逆变器，该三电平逆变器包括第一母线电容、第二母线电容、功率变换电路和控制器。其中，第一母线电容的第一端连接正直流母线和功率变换电路的第一输入端，第一母线电容的第二端通过第二母线电容连接负直流母线和功率变换电路的第二输入端，第一母线电容的第二端还连接功率变换电路的第三输入端；功率变换电路用于将直流电转换为三相交流电后输出；控制器用于利用正、负直流母线电压的绝对值的差值，以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，均衡指令用于使三电平逆变器产生均衡正、负直流母线电压的电流信号。

3、本技术提供的技术方案充分考虑到了并网电流中的偶次谐波电流对于三电平逆变器的母线中点电位的影响。该三电平逆变器的控制器利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，表征当前的母线中点电位的偏离情况，并且结合并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，利用该电流均衡指令调节并网电流。即根据该电流均衡指令产生的电流信号与并网电流中的偶次谐波电流叠加后能够削弱该偶次谐波电流，因此该三电平逆变器的正、负母线电压能够实现均衡，此外同时还抑制了并网电流的谐波，提升了三电平逆变器对电网的适应能力，使得该三电平逆变器兼顾了在恶劣电网环境下的母线均衡控制与并网电流谐波抑制。

4、结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，控制器利用差值确定谐波幅值系数，再确定并网电流中的偶次谐波电流的型次，以及各型次的偶次谐波电流对应的权重系数，权重系数与偶次谐波对并网电流的影响程度正相关，然后利用谐波幅值系数、各偶次谐波电流对应的型次与权重系数，确定均衡指令。

5、该均衡指令结合了各偶次谐波电流对应的型次与权重系数，能够抑制偶次谐波电流。

6、结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，控制器具体用于获取各偶次谐波电流对应的均衡指令分量，均衡指令分量为所述幅值系数、偶次谐波电流的权重系数与型次的乘积；将各偶次谐波电流对应的均衡指令分量进行叠加以获得均衡指令。

7、结合第一方面，在第三种可能的实现方式中，控制器具体用于将均衡指令与并网电流叠加获取并网电流指令；利用并网电流指令获取第一均衡电压指令；利用第一均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，即将获取的第一均衡电压指令与三电平逆变器原有的控制信号进行叠加以产生用于驱动三电平逆变器的驱动信号，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。

8、结合第一方面，在第四种可能的实现方式中，控制器将均衡指令与并网电流叠加获取并网电流指令；利用并网电流指令获取第一均衡电压指令；利用差值获取第二均衡电压指令；利用第一均衡电压指令和第二均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低所述偶次谐波电流的电流信号。

9、其中，第二均衡电压指令为三电平逆变器的共模电压量。将第一均衡电压指令以及第二均衡电压指令进行叠加，生成均衡电压复合控制指令，并将获取的与三电平逆变器原有的控制信号进行叠加以产生用于驱动三电平逆变器的驱动信号。

10、结合第一方面，在第五种可能的实现方式中，各偶次谐波电流对应的权重系数的比值为各偶次谐波电流的幅值的比值。即权重系数与幅值成正相关，幅值越高，表明对应的偶次谐波电流越大，对于并网电流的影响程度也越大。

11、结合第一方面，在第六种可能的实现方式中，控制器当并网电流中的偶次谐波电流小于预设电流阈值，和/或当差值小于预设电压阈值时，利用差值获取所述均衡指令。

12、当并网电流中的偶次谐波电流小于预设电流阈值时，表征此时偶次谐波电流对母线中点的电位影响程度较小，可以忽略不计；当正、负直流母线电压的绝对值的差值小于预设电压阈值时，表征此时母线中点的电位受偶次谐波电流的影响程度较小。因此当满足以上两个条件中的至少一项时，表征此时电网的条件较优，并网电流中的偶次谐波电流的影响较小。因此可以利用该差值获取均衡指令，此时该均衡指令为三相共模电压母线均衡控制量

13、结合第一方面，在第七种可能的实现方式中，控制器具体用于利用均衡指令调节三电平逆变器的驱动指令。

14、结合第一方面，在第八种可能的实现方式中，电流信号与偶次谐波电流的相位相反，进而在均衡母线电位的同时，尽量减小并网电流中的偶次谐波电流。

15、第二方面，本技术还提供了一种逆变器的控制方法，该方法包括：利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，均衡指令用于使三电平逆变器产生均衡正、负直流母线电压的电流信号；利用均衡指令调节并网电流。

16、该方法利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，表征当前的母线中点电位的偏离情况，并且结合并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，利用该电流均衡指令调节并网电流，进而使得并网电流中产生用于降低该偶次谐波电流的电流信号。即根据该电流均衡指令产生的电流信号与并网电流中的偶次谐波电流叠加后能够削弱该偶次谐波电流，因此保障了三电平逆变器的正、负母线电压的均衡。此外，由于该方法抑制了并网电流的谐波，因此还提升了三电平逆变器对电网的适应能力，降低了三电平逆变器在电网环境恶劣时因为母线电位不均衡而引发保护关机的概率，

17、结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，具体包括：利用差值确定谐波幅值系数；确定并网电流中的偶次谐波电流的型次，以及各型次的偶次谐波电流对应的权重系数，权重系数与所述偶次谐波对并网电流的影响程度正相关；利用谐波幅值系数、各偶次谐波电流对应的型次与权重系数确定均衡指令。

18、结合第二方面，在第二种可能的实现方式中，利用谐波幅值系数、各偶次谐波电流对应的型次与权重系数，确定均衡指令，具体包括：获取各偶次谐波电流对应的均衡指令分量，均衡指令分量为幅值系数、偶次谐波电流的权重系数与型次的乘积；将各偶次谐波电流对应的均衡指令分量进行叠加以获得所述均衡指令。

19、结合第二方面，在第三种可能的实现方式中，利用均衡指令调节并网电流，具体包括：将均衡指令与并网电流叠加获取并网电流指令；利用并网电流指令获取第一均衡电压指令；利用第一均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。

20、结合第二方面，在第四种可能的实现方式中，利用均衡指令调节并网电流，具体包括：将均衡指令与并网电流叠加获取并网电流指令；利用并网电流指令获取第一均衡电压指令；利用差值获取第二均衡电压指令，第二均衡电压指令为三电平逆变器的共模电压量；利用第一均衡电压指令和第二均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。

21、结合第二方面，在第五种可能的实现方式中，各偶次谐波电流对应的权重系数的比值为各所述偶次谐波电流的幅值的比值。

22、结合第二方面，在第六种可能的实现方式中，利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，具体包括：当并网电流中的偶次谐波电流小于预设电流阈值，和/或当差值小于预设电压阈值时，利用差值获取均衡指令。

23、结合第二方面，在第七种可能的实现方式中，利用均衡指令调节并网电流，具体包括：利用均衡指令调节三电平逆变器的驱动指令。

24、结合第二方面，在第八种可能的实现方式中，电流信号与偶次谐波电流的相位相反。

25、第三方面，本技术还提供了一种逆变器的控制装置，该装置包括：确定单元和调节单元。确定单元用于利用三电平逆变器的正、负直流母线电压的绝对值的差值，以及并网电流中的偶次谐波电流确定均衡指令，均衡指令用于使所述三电平逆变器产生均衡正、负直流母线电压的电流信号。调节单元用于利用均衡指令调节并网电流。

26、结合第三方面，在第一种可能的实现方式中，确定单元具体包括：第一系数确定子单元、第二系数确定子单元和第一指令确定子单元。第一系数确定子单元用于利用差值确定谐波幅值系数。第二系数确定子单元用于确定并网电流中的偶次谐波电流的型次，以及各型次的偶次谐波电流对应的权重系数，权重系数与偶次谐波对并网电流的影响程度正相关。第一指令确定子单元用于利用所述谐波幅值系数、各偶次谐波电流对应的型次与权重系数，确定均衡指令。

27、结合第三方面，在第二种可能的实现方式中，第一指令确定子单元具体用于：获取各偶次谐波电流对应的均衡指令分量，均衡指令分量为所述幅值系数、偶次谐波电流的权重系数与型次的乘积；将各偶次谐波电流对应的均衡指令分量进行叠加以获得均衡指令。

28、结合第三方面，在第三种可能的实现方式中，调节单元具体用于：将均衡指令与并网电流叠加获取并网电流指令；利用并网电流指令获取第一均衡电压指令；利用第一均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。

29、结合第三方面，在第四种可能的实现方式中，调节单元具体用于：将均衡指令与并网电流叠加获取并网电流指令；利用并网电流指令获取第一均衡电压指令；利用差值获取第二均衡电压指令；利用第一均衡电压指令和第二均衡电压指令调节三电平逆变器的驱动指令，以使三电平逆变器的输出电流中产生用于降低偶次谐波电流的电流信号。

30、结合第三方面，在第五种可能的实现方式中，各偶次谐波电流对应的权重系数的比值为各偶次谐波电流的幅值的比值。

31、结合第三方面，在第六种可能的实现方式中，确定单元具体用于当并网电流中的偶次谐波电流小于预设电流阈值，和/或当差值小于预设电压阈值时，利用差值获取均衡指令。

32、结合第三方面，在第七种可能的实现方式中，调节单元具体同于：利用均衡指令调节所述三电平逆变器的驱动指令。

33、结合第三方面，在第八种可能的实现方式中，电流信号与偶次谐波电流的相位相反。

34、第四方面，本技术还提供了一种光伏发电系统，该光伏发电系统包括以上任意实现方式中提供的三电平逆变器，还包括光伏单元。光伏单元包括多个光伏组件，光伏单元的输出端连接三电平逆变器的输入端。光伏单元用于将光能转换为直流电后传输至三电平逆变器。

35、第五方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，存储介质上存储有计算程序，所述计算机程序执行时实现以上任意实现方式提供的控制方法。