一种ANPC的混合中点电位控制方法及系统

本发明涉及电力电子，特别是一种anpc的混合中点电位控制方法及系统。

背景技术：

1、anpc(active?neutral?point?clamped，有源中点箱位)拓扑是基于“i”型npc结构改进而来的一种三电平变换器拓扑。其将“i”型npc中的钳位二极管用igbt进行代替，从而在输出0电平时可以灵活配置换流回路，均衡开关损耗，目前已经在大功率工业设备上得到广泛应用。作为由“i”型npc结构改进而来的拓扑，anpc型三电平逆变器同样会存在直流侧中点电位不平衡的问题，从而造成开关应力大，输出电压电流波形畸变。虽然增加直流侧电容可以有效抑制中点电位波动问题，但是直流侧电容的增加会造成设备的成本增加，体积增大。因此，需要更加合理的方案来抑制中点电位波动，从而改善逆变器输出波形质量。

2、如图1，anpc拓扑三电平逆变器每相由6个igbt单元构成，igbt采用智能功率?？?intelligent?power?module，ipm)，每个?？橹泻辛礁龌ゲ雇ǘ系膇gbt单元，其中tx1,tx5为一个ipm?？?，tx2,tx3为一个ipm?？?，tx4,tx6为一个ipm?？?。直流侧与储能电池相连，上电容cdc1与上管和中点连接，下电容cdc2与中点和下管连接，直流侧电容用于提供中点电位及稳定直流电压作用。逆变器交流侧通过滤波电感和并网开关连接到交流电网。

3、目前，常见的中点电位波动抑制方法可以分为硬件和软件两大类。硬件方法主要是通过增加额外的换流支路，来平衡电容中点电位，但是硬件方法不可避免会增加成本和控制的复杂度，因此不常被采用。相比而言，软件算法只需要对调制策略做出一定改进，就能很好地抑制中点电位波动，目前常用的软件方法有：零序分量注入法和双调制波载波调制方法。零序分量注入法简单易行，但是只能工作在特定功率因数和调制度下，无法实现全功率因数的中点电位平衡；双调制波载波调制法可以在全功率因数下实现中点电位平衡，但是会极大增加igbt的开关次数，且由于电路参数存在微小不平衡、三相0电平并非同时作用，因此需要额外的方法来控制中点电位的偏移。因此，需要对上述方法进行改进来进一步提高anpc三电平逆变器的工作性能。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种anpc的混合中点电位控制方法及系统，实现全调制度全功率因数下的中点电位平衡，并且尽可能地减少igbt的开关损耗。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种anpc的混合中点电位控制方法，包括以下步骤：

3、s1、对anpc拓扑三电平逆变器的调制周期进行计数，若为奇调制周期，则采用双调制波调制方法生成新的调制波；若为偶调制周期，则采用零序电压注入法生成新的调制波；叠加奇数周期、偶数周期生成的调制波；

4、s2、重构叠加后的调制波；

5、s3、将重构后的调制波与载波进行比较，得到开关信号，利用所述开关信号驱动anpc拓扑三电平逆变器的开关器件。

6、本发明在奇偶调制周期分别采用零序电压注入载波调制法(zsv-cpbwm)和双调制波载波调制法(dmw-cbpwm)，无需虚拟空间矢量法中的大量计算，仅通过重构后生成的调制波和载波比较即可实现全功率因数下的中点电位平衡，极大地节省了计算资源，减少了计算量，提高了计算效率。

7、步骤s1中，对anpc拓扑三电平逆变器的调制周期进行计数，若为奇调制周期，则采用双调制波调制方法生成新的调制波的具体实现过程包括：

8、1)采集anpc拓扑三电平逆变器公共并网点pcc处电压、电流，利用上述电压、电流获得原始三相正序调制波ea，eb，ec；

9、2)在一个载波周期内，比较ea，eb，ec的大小，并按照从大到小的顺序赋值给emax，emid，emin；

10、3)利用下式组合emax，emid，emin：

11、4)若调制周期为奇数，则分解vmid，得到上、下调制波的幅值vmid_up，其中，δu为维持中点电位平衡加入的修正量；

12、若调整周期为偶数，不进行调制波分解，利用下式计算：

13、

14、vmax*，vmid*，vmin*为注入零序电压后的调制波；

15、其中，k为维持中点电位平衡加入的修正量；

16、5)在奇调制周期，采用分解后的调制波进行调制；在偶调制周期，用上述注入零序电压后的调制波进行调制。将上述奇、偶载波周期产生的调制波用6个调制波uau，uad，ubu，ubd，ucu，ucd表示，在奇调制周期，需要进行调制波分解时，uxu，uxd分别对应需要分解相的上、下调制波，其他两相uxu保持为原调制波，uxd为0；当不需要进行调制波分解时，uxu为注入零序电压后的调制波，uxd为0，x＝a,b,c。

17、步骤s2中生成的六个调制波需要进行重构，以直接驱动igbt，调制波重构后生成的x相上调制波uxu、调制波重构后生成的x相中调制波uxm、调制波重构后生成的x相下调制波uxd的表达式为：

18、

19、其中，uxu为x相生成的上调制波，uxd为x相生成的下调制波。

20、步骤s3的具体实现过程包括：

21、当在奇载波周期，需要进行调制波分解时，将重构后的上调制波uxu与上载波进行比较，控制三相上桥臂的两个开关器件tx1、tx5通断，重构后的下调制波uxd与下载波进行比较，控制三相下桥臂的两个开关器件tx4、tx6通断；x＝a,b,c；

22、当在偶载波周期，不需要进行调制波分解时，若ex>0，则令tx2导通，调制波uxu与上载波进行比较，控制tx1、tx5通断，tx4、tx6不动作；若ex<0，则令tx3导通，调制波uxd与下载波进行比较，控制tx4、tx6通断，tx1、tx5不动作。其中tx1、tx5对应三相上桥臂的开关器件，tx2、tx3对应三相桥臂间的开关器件，tx4、tx6对应三相下桥臂的开关器件。

23、作为一个发明构思，本发明还提供了一种anpc的混合中点电位控制系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序；所述处理器执行所述计算机程序，以实现本发明上述方法的步骤。

24、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

25、1)本发明在奇偶调制周期分别采用零序电压注入载波调制法(zsv-cpbwm)和双调制波载波调制法(dmw-cbpwm)，无需虚拟空间矢量法中的大量计算，仅通过重构后生成的调制波和载波比较即可实现全功率因数下的中点电位平衡，极大地节省了计算资源，减少了计算量，提高了计算效率。

26、2)相比双调制波调制方法，本发明有效减少了anpc拓扑中tx,2，tx,3管一半的开关次数，减少了开关损耗。

27、3)将调制波进行重构，无论调制波是否分解，无需改变控制算法都可以在anpc拓扑三电平逆变器输出所需调制波形。

技术特征：

1.一种anpc的混合中点电位控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的anpc的混合中点电位控制方法，其特征在于，步骤s1中，对anpc拓扑三电平逆变器的调制周期进行计数，若为奇调制周期，则采用双调制波调制方法生成新的调制波的具体实现过程包括：

3.根据权利要求1所述的anpc的混合中点电位控制方法，其特征在于，步骤s2中生成的六个调制波需要进行重构，以直接驱动igbt，调制波重构后生成的x相上调制波uxu、调制波重构后生成的x相中调制波uxm、调制波重构后生成的x相下调制波uxd的表达式为：

4.根据权利要求1所述的anpc的混合中点电位控制方法，其特征在于，步骤s3的具体实现过程包括：

5.一种anpc的混合中点电位控制系统，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序；其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序，以实现权利要求1～4之一所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种ANPC的混合中点电位控制方法，在奇、偶载波周期分别采用双调制波载波调制法和零序电压注入载波调制法并进行调制波重构，从而驱动IGBT通断。生成三相调制波，比较三相调制波的值，按照最大值，中间值，最小值将三相调制波进行首次重组。若调制周期为奇数，则将重组后调制波的中间值分解；若调制周期为偶数，则不进行调制波分解，并在首次重组后调制波上叠加零序分量。将奇偶周期经过处理后的调制波组合，得到新的调制波，将调制波重构，按照IGBT的顺序进行重新组合。将重构后的调制波和载波比较，产生PWM脉冲驱动ANPC三电平逆变器，得到输出电压。本发明能在全调制度全功率因数下实现中点电位平衡，可以减少开关损耗。

技术研发人员：周小平,张震,彭瀚霆,张磊,邵佳坤,赖清荣,邓凌峰,马剑超,胡义真,朱玢玢
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10