五电平逆变器直流侧电容电压的平衡与控制.pdf

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第7卷第3期
电机与控制学报
Vol 7 No3
2003年9月
ELECTRIC MACHINES AND CONTROL
Sept.,2003
五电平逆变器直流側电容电压的平衡与控制
洪春梅,王广柱
(山东大学电气工程学院,山东济南250061)
摘要:多电平说变器能产生多阶梯、低失夷电压波形,特别透合于大功率高电压场合。而二极
管籍位式多电平递变器(DCML)因无需独立的直流电源来维持每级电压而备受人们青睐。然而,谟
逆变霽存在直流侧电容电压的不平衡问题,因而还未能在有功功率变换中得到广泛应用、针对这
问题,本文提出一种电容电压动态平衡控制算法。该算法基于空间失量脉宽调制法( SYPWM),通过
选取合适的冗余开关状态,控制电容电流,从而达到拉制电容电压的平衡目的。仿真验证了该算法的
有数性
关键词:二极管箝位式多电平变器;空间矣;脲宽调制
中分类号:TM464文献标识码:A文章编号:1007-449X(2003)03-0202-05
DC bus voltage balancing and control in ftive-level inverters
HONG Chun-mei, WANG Guang-zhu
(School of Electrical Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China)
Abstract: Multilevel inverters that provide more than two voltage levels and less distorted
wa veform offer many benefits for higher power /or higher voltage applications. The Diode
Clamped Multilevel Inverter (DCMLI)does not require a separate dc power source to maintain
each voltage level and has been attracting wide industrial interests recently. Ho wever, it suffers
from problems such as DC bus voltage un balance and is not widely used in active power
transfer. A dynamic control algorithm based on Space Vector Pulse-width Modulation
(SVPWM) methods and utilizing proper redundant switching states is described which bal-
ances the voltage across the DC Bus capacitors in 5-level DCMLI. Simulation results are
Ised to verify the effectiveness of the control algorithm
Key words: diode-clamped multilevel inverter; space vector; pulse-width modulation
1引言
要有三种基本结构:二极管箝位式、飞跨电容式、级
多电平变换器的思想最早是由 A Nabae?于80联式。其中二极管箝位式应用领域较广,但其存在逆
年代初提出的,与传统的两电平变换器相比,多电平变器直流侧电容电压的不平衡问题;若不对其加以
变换器由于输出电平数增加,使得输出波形具有更控制,将会使多电平变换器转化为两电平变换器,而
好的谐波频谱和较小的doit,且每个开关器件承受使部分开关器件承受过高的电压应力而损坏門,关
的电压应力较小,特别适合于高压大功率场合,如高于多电平变换器电容电压的控制问题,对三电平变
压交流调速四、电力系统静止无功发生器叫、电力有源换器研究较多,但其控制也比较简单,最为普遍的方
波器、UPFC及新型直流输电等。多电平变换器主法是根据当前中点电位的偏移方向,控制电容电流
收日:2002-05-03
作者筒介:洪春棒(1976一),女,硕士研完生,研完方向为現代电力电子技术及应用;
王广(1963-),另,教、研究方向为現代电力电子技术及应用。
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第3期
五电平逆变器直流侧电容电压的平衡与控制
的方向,从而使电容电压趋向基准值門。但对于大于所示。图中(421)表示S。=4、S=2、S。=1.可以发
三电平的多电平变換器而言,其控制就不再那么简现,某些开关状态对应同一个电压矢量,如(000)、
单了.对于这种变换器,现有的研究方法一是根据各(111(222)(333)、(44)均对应零矢量。125种开关
点电位的移情况,政变电流通路来控制电容电压,状态对应61个电压矢量。根据各开关状态对应电压
但这种方法整速度较慢,二是加B型斩波器,但与电流的特点,将电压矢量按图3所示分类
其使电路结构更加复杂。本论文以五电平逆变器为
研究对象,提出一种简单、有效的控制算法,它采用
空间矢量PWM法,充分利用其电压空间矢量的冗
041
余开关状态,使各电容电压式中维持在基准值附
042
近,在不同的情况下,通过 MATLAB进行了仿真研究。
043
13
4]0
2主电路结构
044
五电平DCMI主电路结构图如图1所示,直流
034
入(X
由四个申联电容组成,设电容容量相等(即C1=C2=
02414
G=C),在电容电压平衡时,设电容电压为VCn=Ve=
234
Vc,=vc=V=U44通过二极管箝位,每个开关器
M 014
要XX…m
件所承受的电压为U.A,因此这种电路结构可用于
414
高压大功率场合。设、S、S。分别代表A、B、C三
104204304404
相的开关状态。因此A相输出与直流侧负端之间的
2五电平逖变电压空间矢量分布
电压为,=Sve式中:S=0,表示开关器件T。T
Fig. 2 Space vectors of 5-level DCMLI
TT。に或其反并联二极管同时导通;S。=1,表示T、
Ta、T同时导通或,导通S&=2,表示T4、T同
时导通或Ta、T。同时导通;S=3表示T导通或
T,T同时导通;S=4,表示T.T、T、卫2或
其反并联二极管同时导通同理,B、C相输出与直流
负端之间的电压为:Mo=Sv-,lc=S.vVe式中
Sb、S=0,1,2,3,4
T
T
33空间电压矢量的分类
Fig. 3 Labels of space vector in 5-level DCMIL
太3电容电压控制的基本原理
在三电平逆变器中,根据中点电位偏移的方向
选择空间矢量的冗余开关状态,可以控制其直流侧
电容电压的平衡。在五电平逆变器中,也可以采用类
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似的方法,通过选择合适的冗余开关状态控制电容
1五电平逆变主电路<