【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電力電子，更具體地，涉及一種低調制比條件下實現四電平儲能變流器電容電壓平衡的方法與系統。
技術介紹
1、在目前應用的多電平拓撲中，三電平npc型儲能變流器由于結構簡單、使用器件少等優點，在電機驅動、新能源高壓儲能、風力發電等領域應用最為廣泛。受到電力電子器件耐壓水平以及儲能變流器拓撲結構的限制，制約其應用于3.3kv以上的中高壓大功率場合，為提高輸出電壓等級必須采用更高的電平數，但隨著電平數的增多，儲能變流器的結構和系統控制的復雜程度都在成指數上升，因此四電平二極管鉗位型儲能變流器(four-leveldiode-clamped?converter，4l-dcc)作為一種極具競爭力的拓撲結構，擁有廣泛的應用前景。在多電平儲能變流器的相關研究中，直流母線電容電壓平衡是整個儲能變流器系統穩定運行的必要條件，不同于三電平npc儲能變流器在直流母線電壓穩定情況下只需控制一個電容電壓平衡，四電平儲能變流器的三個母線電容電壓之間具有強耦合性，增加了控制難度。
2、目前用于實現四電平二極管鉗位型儲能變流器直流側電容電壓平衡的方法可以分為以下幾類：
3、(1)外加輔助電路平衡方法，此方法通過增加硬件電路，主要有輔助電路平衡法和獨立電源平衡法。輔助電路平衡法是增加有源或無源電路，獨立直流源平衡法是給直流側的每個分壓電容并聯一個直流電壓源，實現直流側電容電壓的平衡；
4、(2)載波交疊脈沖寬帶調制(pulse?width?modulation，簡稱pwm)方法，其選用多個頻率、相位相同、幅值大小不同
5、(3)虛擬空間矢量脈沖寬度調制(virtual?space?vector?pulse?widthmodulation，簡稱虛擬svpwm)方法，其基本思路是令各虛擬矢量在開關周期內產生的中點電荷量保持為0，從而使穩態時的中點電位不會發生偏移，避免了中點電位的振蕩，該方法的優勢在于保持中點電位的穩定；
6、(4)特定諧波消除法，其通過構造非線性超越方程組，計算出方程組的最優解作為開關角并將其進行存儲，等到需要時再通過查表法進行獲取，shepwm與其他pwm調制方法相比，可以做到低開關頻率的同時使得輸出波形低次諧波大量減少。
7、然而，上述幾種實現四電平二極管鉗位型儲能變流器直流側電容電壓平衡的方法都存在一些不可忽略的缺陷：
8、第一、外加輔助電路平衡方法實現四電平電容電壓平衡會增加儲能變流器成本和體積，導致該方法的實用性差；
9、第二、載波交疊pwm方法求解零序電壓的過程需要復雜的數學運算，計算量大，且輸出線電壓局部電平相互交越，導致該方法只能在特定功率因數和合適的調制度下才能有效地平衡中點電壓；
10、第三、在虛擬svpwm方法中，開關管在開關周期內多次跳變，導致輸出線電壓局部電平相互交越，開關損耗增大，調制策略復雜度增加；
11、第四、特定諧波消除法求解開關角時計算過程十分復雜，從理論上難以給出最佳電容電壓平衡控制效果，導致其實際運行不夠靈活。
技術實現思路
1、針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供了一種4l-dcc在低調制比下電容電壓平衡的方法與系統，其目的在于，解決現有的外加輔助電路平衡方法存在的實現四電平電容電壓平衡會增加儲能變流器成本和體積，導致該方法的實用性差的技術問題；以及現有的載波層疊pwm方法存在的求解零序電壓的過程需要復雜的數學運算，計算量大，且輸出線電壓局部電平相互交越，導致該方法只能在特定功率因數和合適的調制度下才能有效地平衡中點電壓的技術問題；以及現有的虛擬svpwm方法存在的開關管在開關周期內多次跳變，導致輸出線電壓局部電平相互交越，開關損耗增大，調制策略復雜度增加的技術問題；以及現有的特定諧波消除法存在的求解開關角時計算過程十分復雜，從理論上難以給出最佳電容電壓平衡控制效果，導致其實際運行不夠靈活的技術問題。
2、為實現上述目的，按照本專利技術的一個方面，提供了一種低調制比條件下實現四電平儲能變流器電容電壓平衡的方法，包括以下步驟：
3、(1)獲取四電平儲能變流器的參考電壓矢量vref，計算該參考電壓矢量vref對應的調制度m，并判斷該調制度m并是否大于預設的參考調制比值，若是則過程結束，否則進入步驟(2)。
4、(2)對步驟(1)得到的參考電壓矢量vref進行處理，以得到基本電壓矢量在g-h坐標系下的空間電壓矢量分布圖。
5、(3)對步驟(2)得到g-h坐標系下的空間電壓矢量分布圖進行扇區劃分處理，以得到參考電壓矢量vref在該空間電壓矢量圖中所處的小扇區。
6、(4)根據步驟(3)得到的參考電壓矢量vref在g-h坐標系下空間電壓矢量圖中所處的扇區獲取合成參考電壓矢量vref的最近三個矢量。
7、(5)對步驟(4)獲取的合成參考電壓矢量vref的最近三個矢量進行伏秒平衡計算處理，以得到三個矢量作用的占空比。
8、(6)根據步驟(3)獲取的參考電壓矢量vref在空間電壓矢量圖中所處的小扇區、以及步驟(5)得到的合成參考電壓矢量vref的三個矢量作用的占空比，獲取每個小扇區對應的開關序列。
9、(7)根據步驟(5)得到的三個矢量作用的占空比，獲取空間電壓矢量圖中每個大扇區對應的第一周期平均電流和第二周期平均電流
10、(8)根據步驟(6)獲取的每個小扇區對應的開關序列、以及步驟(7)獲取的空間電壓矢量圖中該小扇區所屬大扇區對應的第一周期平均電流in1和第二周期平均電流獲取該小扇區內每個開關序列作用時的第一周期中點電流平均值和第二周期中點電流平均值
11、(9)根據步驟(8)獲取的小扇區內每個開關序列作用時的第一周期中點電流平均值和第二周期中點電流平均值獲取實現四電平儲能變流器電容電壓平衡的最優開關序列。
12、優選地，步驟(1)中計算參考電壓矢量對應的調制度m是采用以下公式：
13、
14、其中udc為四電平儲能變流器的直流母線電壓。
15、步驟(2)包括以下步驟：
16、(2-1)獲取步驟(1)得到的參考電壓矢量vref在α-β坐標系的坐標(vα,vβ)以及在g-h坐標系的坐標(vg,vh)之間的坐標變換公式；
17、(2-2)獲取四電平儲能變流器的四電平空間矢量圖，根據步驟(2-1)得到的參考電壓矢量vref對應的坐標變換公式，并對該四電平空間矢量圖中的基本空間矢量先后進行坐標變換以及歸一化處理，以得到基本電壓矢量在g-h坐標系下的空間電壓矢量分布圖。
18、優選地，步驟(2-1)是采用如下公式：
19、
20、其中va、vb、vc為參考電壓矢量vref的三相電壓，v本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種低調制比條件下實現四電平儲能變流器電容電壓平衡的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的低調制比條件下實現四電平儲能變流器電容電壓平衡的方法，其特征在于，
3.根據權利要求1或2所述的低調制比條件下實現四電平儲能變流器電容電壓平衡的方法，其特征在于，
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的低調制比條件下實現四電平儲能變流器電容電壓平衡的方法，其特征在于，步驟(3)包括以下子步驟：
5.根據權利要求4所述的低調制比條件下實現四電平儲能變流器電容電壓平衡的方法，其特征在于，
6.根據權利要求5所述的低調制比條件下實現四電平儲能變流器電容電壓平衡的方法，其特征在于，步驟(6)具體為，
7.根據權利要求6所述的低調制比條件下實現四電平儲能變流器電容電壓平衡的方法，其特征在于，每個大扇區對應的第一周期平均電流和第二周期平均電流是采用以下公式：
8.根據權利要求7所述的低調制比條件下實現四電平儲能變流器電容電壓平衡的方法，其特征在于，步驟(8)具體為，
9.根據權利要求8
10.一種低調制比條件下實現四電平儲能變流器電容電壓平衡的方法，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種低調制比條件下實現四電平儲能變流器電容電壓平衡的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的低調制比條件下實現四電平儲能變流器電容電壓平衡的方法，其特征在于，
3.根據權利要求1或2所述的低調制比條件下實現四電平儲能變流器電容電壓平衡的方法，其特征在于，
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的低調制比條件下實現四電平儲能變流器電容電壓平衡的方法，其特征在于，步驟(3)包括以下子步驟：
5.根據權利要求4所述的低調制比條件下實現四電平儲能變流器電容電壓平衡的方法，其特征在于，
6.根據權利要求5所述的低調...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉江，徐超，黃修旺，孫中行，李自成，劉健，廖小兵，王振，
申請(專利權)人：武漢工程大學，
類型：發明
國別省市：
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