一種三電平逆變器及其母線電壓平衡控制方法和控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種三電平逆變器及其母線電壓平衡控制方法和控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]三電平逆變器的主電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括三電平逆變橋100、輸出濾波電路200、并網(wǎng)開關(guān)300、正母線電容C2和負(fù)母線電容C1等，其中:C2和C1串聯(lián)起來支撐并平衡母線電壓(即三電平逆變橋100的直流側(cè)電壓)；所謂母線電壓平衡，是指正母線電壓VPos與負(fù)母線電壓-VNeg的模值相等，工程上認(rèn)為只要兩者偏差不超過最大允許偏差值Vthrs即可視為母線電壓平衡。
[0003]在三電平逆變器并網(wǎng)運(yùn)行過程中，由于電網(wǎng)故障等原因可能造成母線電壓不平衡并保護(hù)停機(jī)，三電平逆變器需等到母線電壓恢復(fù)平衡后再重新啟動(dòng)，否則可能會(huì)因啟動(dòng)運(yùn)行過程中三電平逆變橋100中的開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力過大而造成開關(guān)管過壓損壞。
[0004]傳統(tǒng)的恢復(fù)母線電壓平衡的方法是在C2和C1上各自并聯(lián)一個(gè)放電電路，共同構(gòu)成母線電壓平衡電路400，如圖2所示，其中:C2上并聯(lián)的放電電路由開關(guān)S22和電阻R2串聯(lián)構(gòu)成，C1上并聯(lián)的放電電路由開關(guān)S11和電阻R1串聯(lián)構(gòu)成；當(dāng)VPos-VNeg > Vthrs時(shí)，就閉合S22，通過R2對(duì)C2進(jìn)行放電，直至VPos-VNeg ^ Vthrs ;當(dāng)VNeg-VPos > Vthrs時(shí)，就閉合S11，通過R1對(duì)C1進(jìn)行放電，直至VNeg-VPos ^ Vthrs。該方法原理簡單，但由于放電電路的功率限制，其放電速度緩慢，通常為分鐘級(jí)，因而重啟等待時(shí)間較長；且增加了硬件成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供一種三電平逆變器及其母線電壓平衡控制方法和控制裝置，以實(shí)現(xiàn)在不增加硬件成本的前提下，使三電平逆變器快速恢復(fù)母線電壓平衡狀態(tài)。
[0006]一種三電平逆變器的母線電壓平衡控制方法，包括:
[0007]在三電平逆變器停機(jī)狀態(tài)下，若判斷得到VPos-VNeg > Vthrs,則控制S2和S0互補(bǔ)導(dǎo)通并保持S1關(guān)斷，直至VPos-VNeg ( Vthrs時(shí)才恢復(fù)三電平逆變器停機(jī)狀態(tài)；以及，若判斷得到VNeg-VPos > Vthrs,則控制S1和S0互補(bǔ)導(dǎo)通并保持S2關(guān)斷，直至VNeg-VPos ^ Vthrs時(shí)才恢復(fù)三電平逆變器停機(jī)狀態(tài)；
[0008]其中，VPos和VNeg分別表示三電平逆變器正、負(fù)母線電壓的模值；Vthrs表示VPos與VNeg間的最大允許偏差值；S2表示三電平逆變器輸出電平為+VPos時(shí)對(duì)應(yīng)導(dǎo)通的開關(guān)管，S0表示三電平逆變器輸出電平為0時(shí)對(duì)應(yīng)導(dǎo)通的開關(guān)管，S1表示三電平逆變器輸出電平為-VNeg時(shí)對(duì)應(yīng)導(dǎo)通的開關(guān)管。
[0009]其中，所述控制S2和S0互補(bǔ)導(dǎo)通并保持S1關(guān)斷，和所述控制S1和S0互補(bǔ)導(dǎo)通并保持S2關(guān)斷，均采用的是兩電平空間矢量脈寬調(diào)制策略。
[0010]可選地，在判斷得到VPos-VNeg > Vthrs時(shí)，和判斷得到VNeg-VPos > Vthrs時(shí)，均還包括:設(shè)定三電平逆變器的調(diào)制度從0開始按照一定的斜率逐漸上升至設(shè)定值。
[0011]可選地，在恢復(fù)三電平逆變器停機(jī)狀態(tài)前，還包括:將所述調(diào)制度從所述設(shè)定值開始按照一定的斜率逐漸降低至0。
[0012]一種三電平逆變器的母線電壓平衡控制裝置，包括:
[0013]判斷單元，用于在三電平逆變器停機(jī)狀態(tài)下，判斷是否有VPos-VNeg > Vthrs或VNeg-VPos > Vthrs ;其中，VPos和VNeg分別表示三電平逆變器正、負(fù)母線電壓的模值，Vthrs表示VPos與VNeg間的最大允許偏差值；
[0014]第一處理單元，用于在判斷得到VPos-VNeg > Vthrs時(shí)，控制S2和S0互補(bǔ)導(dǎo)通并保持S1關(guān)斷，直至VPos-VNeg ( Vthrs時(shí)才恢復(fù)三電平逆變器停機(jī)狀態(tài)；其中，S2表示三電平逆變器輸出電平為+VPos時(shí)對(duì)應(yīng)導(dǎo)通的開關(guān)管，S0表示三電平逆變器輸出電平為0時(shí)對(duì)應(yīng)導(dǎo)通的開關(guān)管，S1表示三電平逆變器輸出電平為-VNeg時(shí)對(duì)應(yīng)導(dǎo)通的開關(guān)管；
[0015]第二處理單元，用于在判斷得到VNeg-VPos > Vthrs時(shí)，控制S1和S0互補(bǔ)導(dǎo)通并保持S2關(guān)斷，直至VNeg-VPos ( Vthrs時(shí)才恢復(fù)三電平逆變器停機(jī)狀態(tài)。
[0016]其中，所述第一處理單元和所述第二處理單元均為采用兩電平空間矢量脈寬調(diào)制策略的單元。
[0017]可選地，所述第一處理單元為在判斷得到VPos-VNeg > Vthrs時(shí)，還設(shè)定三電平逆變器的調(diào)制度從0開始按照一定的斜率逐漸上升至設(shè)定值的單元；
[0018]所述第二處理單元為在判斷得到VNeg-VPos > Vthrs時(shí)，還設(shè)定三電平逆變器的調(diào)制度從0開始按照一定的斜率逐漸上升至所述設(shè)定值的單元。
[0019]可選地，所述第一處理單元和所述第二處理單元均為在恢復(fù)三電平逆變器停機(jī)狀態(tài)前，還將所述調(diào)制度從所述設(shè)定值開始按照一定的斜率逐漸降低至0的單元。
[0020]一種三電平逆變器，包括如上述公開的任一種母線電壓平衡控制裝置。
[0021 ] 其中，所述三電平逆變器為單相三電平逆變器或三相三電平逆變器。
[0022]從上述的技術(shù)方案可以看出，在母線電壓不平衡時(shí)，本發(fā)明通過使能三電平逆變器開環(huán)工作在輸出電平為+VPos和0的兩電平模式或是輸出電平為-VNeg和0的兩電平模式下，來對(duì)相應(yīng)母線電容進(jìn)行放電，以平衡母線電壓，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明中參與放電的功率器件均為三電平逆變器本身的硬件且功率等級(jí)也相對(duì)較高，因此母線電容放電速度快且不會(huì)帶來硬件成本的增加。
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為現(xiàn)有技術(shù)公開的一種三電平逆變器主電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為現(xiàn)有技術(shù)公開的一種帶母線電壓平衡電路的三電平逆變器主電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明實(shí)施例公開的一種三電平逆變器的母線電壓平衡控制方法流程圖；
[0027]圖4為本發(fā)明實(shí)施例公開的又一種三電平逆變器的母線電壓平衡控制方法流程圖；
[0028]圖5為本發(fā)明實(shí)施例公開的一種三電平逆變器的母線電壓平衡控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030]參見圖3，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種三電平逆變器的母線電壓平衡控制方法，以實(shí)現(xiàn)在不增加硬件成本的前提下，使三電平逆變器快速恢復(fù)母線電壓平衡狀態(tài)，包括:
[0031]步驟301:在三電平逆變器停機(jī)狀態(tài)下，獲取VPos和VNeg，其中，VPos和VNeg分別表示三電平逆變器正、負(fù)母線電壓的模值；
[0032]其中，參見圖1，所謂三電平逆變器停機(jī)狀態(tài)，是指并網(wǎng)開關(guān)300以及三電平逆變橋100中的開關(guān)管均處于斷開狀態(tài)。
[0033]步驟302:判斷是否有I VPos-VNeg I > Vthrs，其中Vthrs表示VPos與VNeg間的最大允許偏差值；
[0034]若I VPos-VNeg I > Vthrs，說明三電平逆變器母線電壓不平衡，在三電平逆變器啟動(dòng)前有必要對(duì)正母線電容C2或負(fù)母線電容C1進(jìn)行放電，此時(shí)進(jìn)入步驟303 ；
[0035]步驟303:判斷是否有VPos>VNeg ；
[0036]若VPos>VNeg，說明VPos-VNeg > Vthrs，在三電平逆變器啟動(dòng)前需要對(duì)正母線電容C2進(jìn)行放電，此時(shí)進(jìn)入步驟304 ；
[0037]否則，說明VNeg-VPos > Vthrs，在三電平逆變器啟動(dòng)前需要對(duì)負(fù)母線電容C1進(jìn)行放電，此時(shí)進(jìn)入步驟305 ；
[0038]步驟304:控制S2和S0互補(bǔ)導(dǎo)通，并保持S1關(guān)斷，直至VPos-VNeg彡Vthrs時(shí)才恢復(fù)三電平逆變器停機(jī)狀態(tài)，至此，本輪邏輯控制結(jié)束；其中，S2表示三電平逆變器輸出電平為+VPos時(shí)對(duì)應(yīng)導(dǎo)通的開關(guān)管，S0表示三電平逆變器輸出電平為0時(shí)對(duì)應(yīng)導(dǎo)通的開關(guān)管，S1表示三電平逆變器輸出電平為-VNeg時(shí)對(duì)應(yīng)導(dǎo)通的開關(guān)管；
[0039]具體的，對(duì)于三電平逆變器來說，當(dāng)S2導(dǎo)通、S0和S1關(guān)斷時(shí)，三電平逆變器輸出電平為+VPos ;當(dāng)S0導(dǎo)通、S2和S1關(guān)斷時(shí)，三電平逆變器輸出電平為0。在控制S2和S0互補(bǔ)導(dǎo)通、并保持S1關(guān)斷的過程中，三電平逆變器以C2支撐三電平逆變橋100直流側(cè)電壓，輸入的直流電經(jīng)三電平逆變橋100逆變、輸出濾波電路200濾波后交替輸出電平+VPos和0，從而利用電流流經(jīng)三電平逆變橋100時(shí)產(chǎn)生的開關(guān)管損耗以及流經(jīng)輸出濾波電路200時(shí)產(chǎn)生的電抗器電容器損耗即可對(duì)C2進(jìn)行放電，無需額外增加硬件；并且，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，由于三電平逆變橋100和輸出濾波電路200的功率等級(jí)相對(duì)較高，因此C2放電速度很快。
[0040]步驟305:控制S1和S0互補(bǔ)導(dǎo)通，并保持S2關(guān)斷，直至VNeg-VPos彡Vthrs時(shí)才恢復(fù)三電平逆變器停機(jī)狀態(tài)，至此，本輪邏輯控制結(jié)束；
[0041]具體的，對(duì)于三電平逆變器來說，當(dāng)S1導(dǎo)通、S0和S2關(guān)斷時(shí)，三電平逆變器輸出電平為-VNeg ;當(dāng)S0導(dǎo)通、S2和S1關(guān)斷時(shí)，三電平逆變器輸出電平為0。在控制S1和S0互補(bǔ)導(dǎo)通、并保持S2關(guān)斷的過程中，三電平逆變器以C1支撐三電平逆變橋100直流側(cè)電壓，輸入的直流電經(jīng)三電平逆變橋100逆變、輸出濾波電路200濾波后交替輸出電平-VNeg和0，從而利用電流流經(jīng)三電平逆變橋100時(shí)產(chǎn)生的開關(guān)管損耗以及流經(jīng)輸出濾波電路200時(shí)產(chǎn)生的電抗器電容器損耗即可對(duì)C1進(jìn)行放電，無需額外增加硬件；并且，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，由于三電平逆變橋100和輸出濾波電路200的功率等級(jí)相對(duì)較高，因此C1放電速度很快。
[0042]通過上述描述可知，本實(shí)施例在VPos-VNeg > Vthrs時(shí)，通過使能三電平逆變器開環(huán)工作在輸出電平為+VPos和0的兩電平模式下，對(duì)C2進(jìn)行放電；以及在VNeg-VPos >Vthrs時(shí)，通過使能三電平逆變器開環(huán)工作在輸出電平為-VNeg和0的兩電平模式下，對(duì)C1進(jìn)行放電，以達(dá)到平衡母線電壓的目的。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，由于參與放電的功率器件均為三電平逆變器自身的硬件且功率等級(jí)也相對(duì)較高，因此母線電容放電速度快且不會(huì)增加硬件成本。待母線電壓恢復(fù)平衡后再按照正常開機(jī)邏輯啟動(dòng)三電平逆變器，即可使之并網(wǎng)運(yùn)行在輸出電平為+VPos、-VNeg和0的三電平模式下。
[0043]其中，作為優(yōu)選，本實(shí)施例優(yōu)先采用兩電平SVPWM(Space Vect