本發(fā)明涉及電氣工程的，具體而言，涉及一種模塊化中點鉗位型三電平逆變器零序環(huán)流抑制方法。

背景技術(shù)：

1、中點鉗位型三電平逆變器由于開關(guān)管數(shù)量與輸出電平數(shù)量增加，其環(huán)流路徑和環(huán)流成分相較兩電平逆變器更為復雜，加之其固有的中點電位不平衡問題，npc型逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的環(huán)流抑制更具挑戰(zhàn)性，有必要綜合采取軟件和硬件抑制措施加以抑制。應用各類不同軟件調(diào)制控制措施的同時，出于經(jīng)濟性的考慮及控制器帶寬的限制，大量硬件措施也被廣泛用于抑制零序環(huán)流?，F(xiàn)有工程中最直接有效的消除零序環(huán)流的方法是添加隔離變壓器和獨立采用直流源，這兩種硬件方法分別切斷了模塊化逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中交流側(cè)和直流側(cè)的環(huán)流回路，能完全抑制零序環(huán)流，然而隨著并聯(lián)模塊數(shù)量的增加，每個模塊均采用隔離變壓器及獨立直流源的系統(tǒng)的整體成本和體積會快速上升；另外，還有一些低成本的硬件方法能抑制特定成分的零序環(huán)流，比如連接各模塊直流側(cè)中點形成共享中線、采用星形連接的濾波電容時連接交直流電容中點形成改進型lcl濾波器，這些方法易于實現(xiàn)但具有不足，比如改進型lcl濾波器中添置的連接電纜上電流過大，會引入額外的紋波危害，導致裝置的電磁兼容性能較差?，F(xiàn)有的模塊化三電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的零序環(huán)流抑制的技術(shù)方案普遍綜合利用了硬件以及軟件方法，絕大多數(shù)的改進重點均是基于軟件控制策略上的研究去改進零序環(huán)流的抑制措施，以追求控制效果和算法復雜度的兼顧平衡。而對于硬件措施的使用，沿襲傳統(tǒng)方案來抑制相應類別的零序環(huán)流是常見的選擇，少有技術(shù)方案完善優(yōu)化傳統(tǒng)的硬件措施。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：解決現(xiàn)有模塊化中點鉗位型三電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中的零序環(huán)流較難有效抑制的問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：提供了一種模塊化中點鉗位型三電平逆變器零序環(huán)流抑制方法，該方法包括：

3、s1、建立模塊化中點鉗位型三電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的零序環(huán)流數(shù)學模型，數(shù)學模型基于基爾霍夫電壓定律和電流定律，分析直流側(cè)電容電壓、逆變器輸出電壓以及濾波電容電流，描述零序環(huán)流的生成及影響；

4、s2、基于步驟s1建立的數(shù)學模型，結(jié)合戴維南等效定律，簡化原電路，建立等效的零序環(huán)流電路模型，在零序環(huán)流電路模型中，通過濾波電容支路為高頻零序環(huán)流提供低阻抗旁路，對高頻零序環(huán)流進行分流；

5、s3、提出模塊共用濾波電容的方案，使用該方案優(yōu)化lcl濾波器結(jié)構(gòu)，使多個逆變器模塊共用一個濾波電容，減少濾波電容的消耗并減少連接電纜上的電流紋波；

6、s4、實施開關(guān)紋波移相調(diào)控策略，在不同逆變器模塊之間錯開開關(guān)信號的相位，實現(xiàn)在模塊共用濾波電容上的高頻開關(guān)紋波自動抵消，進一步減小連接電纜的電流應力和發(fā)熱損耗。

7、上述任一項技術(shù)方案中，進一步地，步驟s1中建立的數(shù)學模型表示為：

8、

9、式中，unj為直流側(cè)下電容電壓；ukj為逆變器j的k相橋臂對直流側(cè)中點oj的輸出pwm電壓；izj為零序環(huán)流；ioj為交流側(cè)濾波電容上的電流；uon為電網(wǎng)或負載中性點對負母線n的電壓差。

10、上述任一項技術(shù)方案中，進一步地，步驟s3中模塊共用濾波電容的方案包括：每個逆變器模塊的橋臂輸出經(jīng)過逆變器電感后與同一組交流濾波電容相連，交流濾波電容同時為多個模塊提供濾波功能，使系統(tǒng)的濾波電容數(shù)量減少，并且有效抑制零序環(huán)流。

11、上述任一項技術(shù)方案中，進一步地，步驟s4中開關(guān)紋波移相調(diào)控策略通過在每個逆變器模塊的開關(guān)載波信號之間添加時延來實現(xiàn)，使得奇數(shù)次開關(guān)頻率的高頻紋波轉(zhuǎn)移至共用電容上并實現(xiàn)自動抵消。

12、本發(fā)明的有益效果是：

13、本發(fā)明通過建立零序環(huán)流的數(shù)學模型并優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)，使高頻零序環(huán)流分量通過低阻抗的電容支路被旁路，從而大幅度降低系統(tǒng)中的零序環(huán)流；相比傳統(tǒng)方法，本發(fā)明能夠有效提高零序環(huán)流的抑制效果，尤其是在高頻段的零序環(huán)流抑制上具有顯著優(yōu)勢。

14、本發(fā)明采用模塊共用濾波電容的改進電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合開關(guān)紋波移相調(diào)控策略，使得多個逆變器模塊的高頻紋波實現(xiàn)自動抵消，顯著減少了連接電纜上的電流紋波；與傳統(tǒng)方法相比，連接電纜上的高頻紋波減少了近50％，這有效降低了元器件的電流應力。

15、在本發(fā)明的優(yōu)選實現(xiàn)方式中，通過開關(guān)紋波的移相調(diào)控，減少了系統(tǒng)中的高頻電流，改善了系統(tǒng)的電磁兼容性，降低了對外部環(huán)境的電磁干擾。

技術(shù)特征：

1.一種模塊化中點鉗位型三電平逆變器零序環(huán)流抑制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如權(quán)利要求1所述的模塊化中點鉗位型三電平逆變器零序環(huán)流抑制方法，其特征在于，所述步驟s1中建立的數(shù)學模型表示為：

3.如權(quán)利要求1所述的模塊化中點鉗位型三電平逆變器零序環(huán)流抑制方法，其特征在于，所述步驟s3中模塊共用濾波電容的方案包括：每個逆變器模塊的橋臂輸出經(jīng)過逆變器電感后與同一組交流濾波電容相連，所述交流濾波電容同時為多個模塊提供濾波功能，使系統(tǒng)的濾波電容數(shù)量減少，并且有效抑制零序環(huán)流。

4.如權(quán)利要求1所述的模塊化中點鉗位型三電平逆變器零序環(huán)流抑制方法，其特征在于，所述步驟s4中開關(guān)紋波移相調(diào)控策略通過在每個逆變器模塊的開關(guān)載波信號之間添加時延來實現(xiàn)，使得奇數(shù)次開關(guān)頻率的高頻紋波轉(zhuǎn)移至共用電容上并實現(xiàn)自動抵消。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種模塊化中點鉗位型三電平逆變器零序環(huán)流抑制方法，涉及電氣工程領(lǐng)域，該方法包括：基于基爾霍夫電壓電流定律，建立模塊化中點鉗位型三電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的零序環(huán)流數(shù)學模型；基于數(shù)學模型，結(jié)合戴維南等效定律，簡化原電路，建立等效的零序環(huán)流電路模型，在零序環(huán)流電路模型中，通過濾波電容支路為高頻零序環(huán)流提供低阻抗旁路，對高頻零序環(huán)流進行分流；通過模塊共用濾波電容的方案優(yōu)化LCL濾波器結(jié)構(gòu)，使多個逆變器模塊共用一個濾波電容，減少濾波電容的消耗并減少連接電纜上的電流紋波；實施開關(guān)紋波移相調(diào)控策略，在不同逆變器模塊之間錯開開關(guān)信號的相位，實現(xiàn)在模塊共用濾波電容上的高頻開關(guān)紋波自動抵消。

技術(shù)研發(fā)人員：蔡久青,吳鈁,倪康,宮金武,徐暢,代克民,廖靜逸,蔡凱,姬朋坤,李銳,吳浩偉,李鵬,金翔,孫海晶,張煒龍,張正卿,曹瀚,彭年,陳晶,方力,廖于翔,孔祥偉,李小謙,帥驍睿,李可維,王杰,姜波,周樑,邢賀鵬,金惠峰,歐陽暉,陳濤,羅偉,耿攀
受保護的技術(shù)使用者：中國船舶集團有限公司第七一九研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19