一种新的三电平中点电位滞环控制法
一种用于平衡三电平逆变器中点电位的滞环控制+精确控制策略研究
一种用于平衡三电平逆变器中点电位的滞环控制+精确控制策略研究王建渊;雷国惠;钟彦儒【摘要】中点电位不平衡是二极管中点箝位( NPC)型三电平逆变器存在的固有问题，在学术及工程实践中受到了广泛关注。
中点电位平衡控制方法可以分为两大类，硬件和软件方法，基于硬件的控制方法主要是依靠外部电路调整，一般通过Boost 和Buck等电路对电容进行充放电来调节中点电位以达到平衡，因而增加了整个逆变器的成本。
在深入分析引起中点电位不平衡因素的基础上介绍了一种提高中点电位鲁棒性的滞环控制+精确控制策略。
该控制策略将滞环控制与精确控制方法相结合，设置一定的环宽作为两种算法的切换条件，超出设定环宽使用滞环控制，在环宽内使用精确控制方法。
进行了仿真和实验验证，结果证明该方法解决了滞环控制粗略、存在控制盲区并且控制效果受功率因数影响大的问题，同时弥补了精确控制中当中点电压发生偏移以后不具备将中点电位拉回平衡点的能力。
有效地抑制中点电位波动，提高中点电位控制的鲁棒性。
%The unbalance of neutral-point potential is an inherent problem of three-level neutral point clamped( NPC) inverter, it is paid wide range attention in academic research and engineering practice. This NPC method is divided into two types:hardware and software method. The hardware method mainly depends on external circuit to adjust, in with Boost and Buck circuit are used to control the capacitor charge and discharge and implement the balance of neutralpoint voltage. This method increases the cost of whole inverter. The factors were analyzed which cause the unbalance of neutral-point voltage, andone hysteresis and precise control strategy of improving the robustness ofneutral-point voltage was introduced. This control strategy combines hysteresis control with precise control,and a certain band width is set as the two different control methods switching condition. If the neutral-point voltage exceeds the band width, the hysteresis control strategy was employed, and the precise control strategy was employed vice verse. The method was validated through simulation and experiment. The results of simulation and experiment show that the method solve the hysteresis control problem of rough control, existing blind area and influ-encing by power factor, at the same time, make up for the ability which balance the neutral point when the neutral voltage is one-sided during adopting the precise control. This method is effective to control fluctuation and deviation of neutral point voltage and improve robustness of neutral point control.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】7页(P66-72)【关键词】中点电位;不平衡;鲁棒性;滞环控制;精确控制【作者】王建渊;雷国惠;钟彦儒【作者单位】西安理工大学电气工程系，陕西西安710048;西安理工大学电气工程系，陕西西安710048;西安理工大学电气工程系，陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TM921雷国惠(1989—),女,硕士研究生,研究方向为NPC背靠背三电平逆变器中点控制策略;钟彦儒(1950—),男,教授,博士生导师,研究方向为新型电力电子装置,高性能电机控制策略。
一种新颖的三电平中点电压平衡控制策略
一种新颖的三电平中点电压平衡控制策略龚博;程善美;秦忆【摘要】For the neutral point voltage balancing problem of the diode clamped three-level inverter,the causes of the unbalancing neutral point voltage were analysed, and the impact on the neutral point potential of the carrier's amplitude was studied, the relationship of the change of the neutral point voltage and modulation index, and the amplitude change coefficient was given, then a amplitude-scaled SPWM modulation scheme was proposed, which only requires detection of the neutral point voltage.The neutral point voltage is controlled balance by changing the amplitude of carriers without changing the modulation waves.And the validity of the modulation scheme is verified by simulation.%针对二极管钳位式三电平逆变器的中点电压平衡问题,分析了中点电压失衡的原因,从载波的角度研究了载波幅值变化对中点电压的影响,给出了中点电压变化量与调制比,以及载波幅值变化量的关系,提出了一种基于载波变幅的SPWM调制策略,该策略只需要采样中点电压,通过保持调制波不变,改变载波的幅值来实现中点电压平衡控制,最后仿真验证了上述调制方案的有效性.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2012(042)012【总页数】4页(P35-38)【关键词】三电平逆变器;中点电压平衡;载波变幅【作者】龚博;程善美;秦忆【作者单位】华中科技大学控制科学与工程系,湖北武汉430074;华中科技大学控制科学与工程系,湖北武汉430074;华中科技大学控制科学与工程系,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TM461 引言滤波电容，所以中点电压不平衡是三电平逆变器必须要解决的问题［1-5］。
一种三电平Boost变换器中点电位平衡控制方法[发明专利]
![一种三电平Boost变换器中点电位平衡控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/968a9034240c844768eaeed2.png)
专利名称：一种三电平Boost变换器中点电位平衡控制方法专利类型：发明专利
发明人：杜会卿,杨杰,苗春晖,沈杰,杨森,蔡宗举,孙雅阁,孙科申请号：CN201711296421.3
申请日：20171208
公开号：CN107994795A
公开日：
20180504
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种三电平Boost变换器中点电位平衡控制方法，其特征在于，包括下列步骤，步骤一，在三电平Boost变换器输出滤波电容器C上设置电压传感器VT，检测的数据为电容电压u，在输出滤波电容器C之上设置电压传感器VT，检测的数据为电容电压u；步骤二，在三电平Boost变换器上连接一个控制器，控制器包括AD调理电路、DSP、FPGA和驱动电路；控制器的两个输入端分别与电压传感器VT和电压传感器VT连接，采样信号电容电压u和电容电压u进入控制器，控制器的输出信号为连接到两开关管Q和Q的驱动脉冲；本发明给出了偏差电压增益特征系数分段解析表达式，并提出基于最大偏差电压条件的分段拟合方法，从而确定不同占空比区间相位延迟边界条件，从而更好地实现对偏差电压的有效调节。
申请人：中国船舶工业系统工程研究院
地址：100094 北京市海淀区丰贤东路1号
国籍：CN
代理机构：中国船舶专利中心
代理人：张东雁
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一种新型的三电平逆变器中点电位平衡控制策略
一种新型的三电平逆变器中点电位平衡控制策略
钟皖生;张国月;吴越;齐冬莲
【期刊名称】《电气传动》
【年(卷),期】2014(44)8
【摘要】提出一种抑制三电平逆变器中点电位波动的新型控制策略.在电压外环,针对中点电位一阶模型,采用二阶非线性扩张状态观测器实现中点电位扰动的实时估计;设计高性能非线性PI控制器实现母线电压的有效控制和中点电位波动的补偿.在10 kW三相光伏并网逆变器样机平台上进行相关实验,实验结果验证了该方法可以有效抑制中点电位波动,提高系统鲁棒性.
【总页数】4页(P19-22)
【作者】钟皖生;张国月;吴越;齐冬莲
【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027
【正文语种】中文
【中图分类】TM615
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（２）主动控制法根据中点电位的偏移，以 及中点电流的大小，通过ＰＩ调节设置短矢量的时 间分配来调整中点平衡。该方法可以很好的抑制中 点电位的波动，但同时使控制变得复杂，增加了元 件开关次数。 （３）滞环控制法设置中点电位的滞环区间， 当电位超越区间时，再根据中点电流的方向来变换 短矢量组合从而调整中点电位，这种方法效果仅次 于第二种，而实现却大为简化。 本文根据中点电位滞环控制方法的特点，将其 应用到ＳＨＥＰｗＭ调制方式中。
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ｏｆ ｎｅｕ廿ａｌ ｐｏｉｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｓ ｄｅｃｉｄｅｄ ｂｙ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ＿ｂａＩｌｄ ｃｏ曲『０１．
可以提升直流母线的电压容量近一倍。由于比传统 的两电平多一台阶，三电平可以输出阶梯波，其输 出电压谐波含量显著小于两电平，在大功率领域应 用优势明显。因此，三电平逆变器在中高压变频调 速、有源电力滤波装置和电力系统无功补偿等领域 有着广泛的应用前景。 ＮＰＣ型三电平逆变电路的中点电位平衡问题 受到广泛关注［３一钉，不少方法在空间矢量调制ＰｗＭ （ＳｖＰｗＭ）［５吲及正弦波调制ＰｗＭ（ＳＰｗＭ）［９－ｌｏ］ 以及其他一些方法【ｌｌＪ上得到较好的解决。本文针对 矢量ＰＷＭ调制中点平衡的基本原理，提出了一种 不依懒于具体的ＰＷＭ调制模式的滞环中点电位 控制方法。该方法通过输出电流方向判断中点电 流，滞环比较得到中点电位偏向，然后重新组合 ＰｗＭ实现中点电位的平衡。该方法适用于各种 ＰｗＭ调制模式，尤其应用于特定谐波消除ＰＷＭ 调制模式时优点明显，解决了该方法下中点电位难 以调整的缺点，又能发挥其开关频率低，开关损耗 小的优点，使其在大功率领域的应用更具优势。
３．２中点电位平衡的实现 本文提到的中点电位滞环控制方法基本原理 如图３，它与具体的ＰｗＭ调制模式分离，只对己 生成的三相ＰｗＭ开关组合进行重新组合。图中平 衡调节环节作用于已生成的ＰＷＭ信号Ｇｆ，并产生 具有中点平衡能力的ＰｗＭ信号Ｇ。，其中Ｇｆ＿［Ｇｆ。Ｇ击 Ｇｌ小ＧＤ＿【Ｇｏ。Ｇ０ｂ Ｇ。。］为三相ＰＷＭ组合。中点电位 平衡具体方法采用如下步骤：
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ｎｕｃｔｕａｔｉｏｎ粕ｄ ｍｅ ｓｗｉｔｃｈ缸ｍｅｓ ｏｆ
ｒｅｇｌｌｌａｌｉｎｇⅡｌｅ、Ⅳｉｄｎｌ ｏｆ
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表２消除５—１９次谐波的ＰＷＭ开通角度（小＝０．８） Ｔａｂ．２ Ｓｗｉｔｃｈ蛆ｇｌｅｓ ｏｆ Ｓ硼￡ＰＷＭ
ｗｈｅｎ
入中点电流方向相反的开关组合为！Ｇ，关系如表３， 并且！（！Ｇ）＝Ｇ。Ｇ与！Ｇ的关系类似于矢量ＰｗＭ控 制方式下短矢量的不同表示形式。
５．１９山ｈａｍｏＩｌｉｃｓ ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ（ｍ＝Ｏ．８）
一种新的三电平中点电位滞环控制法
姚文熙，吕征宇，费万民，钱照明
（浙江大学电力电子国家专业实验室，浙江省杭州市３１００２７）
Ａ
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基波幅值曰，外，还可以消除６次谐波，令消除５，
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输出状态
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结起来从删组合上实现三电平中点电位平衡的
方法主要有： （１）被动控制法 通过计算得到每个周期短 矢量的时间分配，这种方法只适合完全对称的 ＰｗＭ方法，完全平衡三相负载，在实际应用中难 以实现。
Ｐ吲ｃｃｔ ｓｕｐｐｏｎ谢ｂｙ Ｎａｄ册ａｌ
（５０２３７０３０２ｒＤ）．
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万 方数据
第７期
姚文熙等：
一种新的三电平中点电位滞环控制法
９３
起的，可以从空间矢量的方法来分析三电平的开关 组合。三电平的２７个矢量中，只有短矢量和中矢 量含有Ｏ电平，会产生中点电流。其中短矢量总是 成对出现且产生中点电流大小相等，方向相反，因 此只要平均分配它们的作用时间就能在每个ＰｗＭ 周期内确保短矢量对中点电位没有不平衡影响。另 外中矢量对中点电位的影响无法在每个ＰｗＭ周 期内自身抵消，在没有其他不平衡措施时会导致中 点电位出现３倍主频率的波动，波动幅度与负载和 直流侧电容有关；②由三电平逆变器的不对称性引 起的中点电位不平衡，这种不平衡表现虽然没有前 一种因素那么剧烈，但较长时间积累后造成中点电 位呈现向一边倾斜，使得直流侧上下电容电压严重 不等，相对而言这种不平衡危害更大。中点电位平 衡方法通常通过在每个ＰｗＭ周期内调整短矢量 的选择和导通时间的分配来实现。这种方法的平衡 机理体现在每个ＰｗＭ周期内，因此对后一种因素 造成的不平衡容易抑制。同时在调制比较小时也可 以在每个ＰｗＭ周期内补偿中矢量造成的不平衡， 在调制比高于０．９６后，依靠短矢量调整中点平衡 就达不到很好的效果，出现３倍主频率的波动【３Ｊ， 此时中点电位波动靠直流侧电容虑除。由于在通常 的变频器中，输出频率随调制比升高而升高，当频 率较高时，中点电压纹波也是较容易虑除的。
ｎｅｕ砌－ｐｏｉｍ
引言
二极管中点钳位（Ｎ１℃）型三电平逆变电路【ｌｑ （ＶＳＩ），每个功率管的耐压限制在直流电压的１／２，
ｏｆ ｎｅｕ朝ｒａｌ・ｐｏｉｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｈｅ ｎｅｕ廿ａｌ－ｐｏｉｍ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ
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调整后开关组合用于控制逆变器，由于ＰｗＭ 组合！Ｇ与Ｇ对应的输出线电压一致，因此在三相 三线制系统中，本文提到的中点电位滞环控制方法 对原来ＰｗＭ策略不产生影响，并且能通过调整滞 环的宽度来决定中点电位的波动幅度和开关次数。
的作用，将当前的删组合中可以实现中点电位平衡的
组合重新分配使之有利于中点电位的平衡。该方法独立于 具体的ＰｗＭ调制模式，因此可以胜任各种ＰｗＭ调制模 式下的中点电位调整。而且也可通过调整滞环宽度的方法 来调整中点电位的允许波动和开关管开关次数。该文以特
定谐波消除ＰｗＭ方法（Ｓ髓ＰｗＭ）为例，仿真和实验结
果显示了很好的中点平衡效果。该方法对三电平中点电位 平衡上具有通用性。
基金项目：国家自然科学基金重点项目资助（５０２３７０３０ｚＤ）。
２三电平中点电位平衡原理
．文章分析三电平主电路如图１。假设每相桥臂 输出状态设定如表１。当三电平主电路任意相出现 ０电平时，外电路对直流侧电容中点注入或抽取电 流，从而引起中点电位的浮动，中点电位不平衡究 其产生原因可以分为两种。①由ＰｗＭ开关组合引
ＰＷＭ ｇｍｕｐ ｗｉｌｌ ｂｅ ｒｅｇｒｏｕｐｅｄ ｗｈ％ｉｔ
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图２三电平ｓ耻ＰｗＭ输出相电压波形
Ｐｈ珊－Ｖｏｌｔ赡ｅ ｗａＶ髂ｏｆ Ｔｈ聪ｅ－ｌｅｖｅＩｉｎＶｅｒｔｅｒ
万 方数据
中国
电机工程学报
第２５卷
７，１１，１３，１７，１９次谐波，基波调制比０．８。计算 得到开关角度如表２。
第２５卷第７期 ２００５年４月 文章编号：０２５８．８０１３（２００５）０７．００９２—０５
中国电机工程学报
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｓ ｏｆ ｔ１１ｅ
ｖ０１．２５ Ｎｏ．７ Ａｐｒ．２００５ ＠２００５ Ｃ１１ｉｎ．Ｓｏｃ．ｆｂｒ Ｅ１ｅｃ．Ｅｎｇ
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中图分类号：１Ｍ６４６；１Ｍ７６
文献标识码：Ａ
学科分类号：４７０．４０
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（２）
（２）滞环法判断中点电压偏向。如图４，图中
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图３滞环控制原理
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