逆变器的控制方法及三电平逆变器系统与流程

本发明涉及逆变器，尤其涉及一种逆变器的控制方法及三电平逆变器系统。

背景技术：

1、三电平npc（neutral point clamped）逆变器凭借其拓扑优势在工业应用中占据重要地位，但其存在中点电位不平衡问题。在现有的svpwm调制框架下，控制策略多依赖于冗余小矢量的分配调节，例如通过引入调节系数调整成对小矢量作用时间的方法。然而，此类方法的控制逻辑依赖于负载电流方向的检测，其有效性的前提是逆变器处于较高功率因数工况，即电流方向与电压矢量方向保持较强的对应关系。当逆变器运行于低功率因数工况时，由于有功电流分量趋近于零，电流方向与矢量调节方向之间的映射关系严重模糊，导致基于“电流方向判定小矢量分配”的控制逻辑失去判别基准，进而引发中点电位调节能力显著下降甚至完全失控。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种逆变器的控制方法及三电平逆变器系统，旨在提高中点电流调节能力和平衡效率。

2、为实现上述目的，本发明提出一种逆变器的控制方法，所述逆变器的控制方法包括：

3、获取逆变器的中点电压偏差值和瞬时无功功率；

4、将所述中点电压偏差值进行比例积分调节，得到所需注入的六次方波幅值；

5、对所需注入的六次方波幅值进行限幅处理，得到幅值不超过0.4m的六次方波幅值，其中，m为输出电压调制比；

6、获取电压矢量相位角，并基于所述电压矢量相位角和所述瞬时无功功率确定六次方波的符号，所述符号为控制中点电流瞬时流向的极性标识，在所述符号为正时，中点电位上升，在所述符号为负时，中点电位下降；

7、基于限幅处理后的所述六次方波幅值与所述六次方波的符号确定注入的六次方波零序电压；

8、将注入的所述六次方波零序电压与原始三相svpwm调制波进行相加运算，以得到注入六次方波后的调制波；

9、将注入六次方波后的调制波转换为开关驱动信号，以对逆变器的中点电压进行控制。

10、在一实施例中，所述获取逆变器的中点电压偏差值和瞬时无功功率包括：

11、获取逆变器直流侧的正半母线电压和负半母线电压，并将所述正半母线电压与所述负半母线电压的差值作为所述中点电压偏差值；

12、获取同步旋转坐标系下的直轴电流、交轴电流、直轴电压和交轴电压，并基于所述直轴电流、所述交轴电流、所述直轴电压和所述交轴电压确定所述瞬时无功功率。

13、在一实施例中，所述基于所述直轴电流、所述交轴电流、所述直轴电压和所述交轴电压确定所述瞬时无功功率包括基于预设功率计算公式、所述直轴电流、所述交轴电流、所述直轴电压和所述交轴电压确定所述瞬时无功功率；

14、所述预设功率计算公式包括：

15、；

16、其中，为瞬时无功功率，为直轴电流，为交轴电流，为直轴电压，为交轴电压。

17、在一实施例中，所述获取电压矢量相位角包括：

18、对所述直轴电压和所述交轴电压进行反park变换，以得到两相静止坐标系下的第一电压分量和第二电压分量；

19、基于所述第一电压分量和所述第二电压分量确定电压矢量相位角。

20、在一实施例中，所述基于所述第一电压分量和所述第二电压分量确定电压矢量相位角包括基于预设反正切公式、所述第一电压分量和所述第二电压分量确定电压矢量相位角；

21、所述预设反正切公式包括：

22、；

23、其中，为电压矢量相位角，为第一电压分量；为第二电压分量。

24、在一实施例中，所述基于所述电压矢量相位角和所述瞬时无功功率确定六次方波的符号包括：

25、计算所述电压矢量相位角的六倍频正弦值，并提取所述六倍频正弦值的符号；

26、对所述瞬时无功功率进行取反处理，以得到所述瞬时无功功率的负值，并提取所述瞬时无功功率的负值的符号；

27、将所述六倍频正弦值的符号与所述瞬时无功功率的负值的符号进行乘法运算，以得到六次方波的符号。

28、在一实施例中，所述基于限幅处理后的所述六次方波幅值与所述六次方波的符号确定注入的六次方波零序电压包括：

29、将限幅处理后的所述六次方波幅值和所述六次方波的符号进行乘法运算，以得到注入的六次方波零序电压。

30、在一实施例中，所述将注入的所述六次方波零序电压与原始三相svpwm调制波进行相加运算所采用的预设加法公式包括：

31、；

32、；

33、；

34、其中，为注入的所述六次方波零序电压，、、为原始三相svpwm调制波对应的三相电压，、、为注入六次方波后的调制波对应的三相电压。

35、在一实施例中，所述逆变器包括直流侧电容组件和三相逆变桥臂，所述直流侧电容组件包括两个串联的电容，两个所述电容的连接点为直流中性点，所述三相逆变桥臂的中性点与所述直流中性点相连；所述将注入六次方波后的调制波转换为开关驱动信号，以对逆变器的中点电压进行控制包括：

36、将注入六次方波后的调制波转换为开关驱动信号，以控制所述三相逆变桥臂的通/断状态。

37、本发明还提出一种三电平逆变器系统，所述三电平逆变器系统包括控制装置和三电平逆变器，所述三电平逆变器包括直流侧电容组件和三相逆变桥臂，所述直流侧电容组件包括两个串联的电容，两个所述电容的连接点为直流中性点，所述三相逆变桥臂的中性点与所述直流中性点相连，所述控制装置与所述三相逆变桥臂电连接，所述控制装置用于执行上述任一项所述的逆变器的控制方法。

38、在实际应用中，本方法通过在svpwm框架下注入幅值与极性可控的六次方波零序电压，有效改善了三电平npc逆变器在低功率因数工况下中点电位调节失效的问题。相比于传统的依赖负载电流方向判定冗余小矢量分配方案，本发明逆变器的控制方法摆脱了对有功电流方向的依赖，利用瞬时无功功率与电压矢量相位角构建零序电压的极性判别逻辑，在低功率因数导致有功电流趋近于零的工况下，依然能够准确建立中点电流流向的控制基准，消除了传统方案在低功率因数区域的调节盲区。同时，采用六次方波作为零序分量，凭借其较高的基波增益特性，在相同的幅值限制下能够产生比正弦波注入更大的中点电流调节能力，提升了三电平逆变器系统的中点电位平衡效率。

1.一种逆变器的控制方法，其特征在于，所述逆变器的控制方法包括：

2.如权利要求1所述的逆变器的控制方法，其特征在于，所述获取逆变器的中点电压偏差值和瞬时无功功率包括：

3.如权利要求2所述的逆变器的控制方法，其特征在于，所述基于所述直轴电流、所述交轴电流、所述直轴电压和所述交轴电压确定所述瞬时无功功率包括基于预设功率计算公式、所述直轴电流、所述交轴电流、所述直轴电压和所述交轴电压确定所述瞬时无功功率；

4.如权利要求2所述的逆变器的控制方法，其特征在于，所述获取电压矢量相位角包括：

5.如权利要求4所述的逆变器的控制方法，其特征在于，所述基于所述第一电压分量和所述第二电压分量确定电压矢量相位角包括基于预设反正切公式、所述第一电压分量和所述第二电压分量确定电压矢量相位角；

6.如权利要求1所述的逆变器的控制方法，其特征在于，所述基于所述电压矢量相位角和所述瞬时无功功率确定六次方波的符号包括：

7.如权利要求1所述的逆变器的控制方法，其特征在于，所述基于限幅处理后的所述六次方波幅值与所述六次方波的符号确定注入的六次方波零序电压包括：

8.如权利要求1所述的逆变器的控制方法，其特征在于，所述将注入的所述六次方波零序电压与原始三相svpwm调制波进行相加运算所采用的预设加法公式包括：

9.如权利要求1所述的逆变器的控制方法，其特征在于，所述逆变器包括直流侧电容组件和三相逆变桥臂，所述直流侧电容组件包括两个串联的电容，两个所述电容的连接点为直流中性点，所述三相逆变桥臂的中性点与所述直流中性点相连；所述将注入六次方波后的调制波转换为开关驱动信号，以对逆变器的中点电压进行控制包括：

10.一种三电平逆变器系统，其特征在于，所述三电平逆变器系统包括控制装置和三电平逆变器，所述三电平逆变器包括直流侧电容组件和三相逆变桥臂，所述直流侧电容组件包括两个串联的电容，两个所述电容的连接点为直流中性点，所述三相逆变桥臂的中性点与所述直流中性点相连，所述控制装置与所述三相逆变桥臂电连接，所述控制装置用于执行如权利要求1至9中任一项所述的逆变器的控制方法。