技术领域
[0001] 本发明涉及电气工程的技术领域，具体而言，涉及一种模块化中点钳位型三电平逆变器零序环流抑制方法。
相关背景技术
[0002] 中点钳位型三电平逆变器由于开关管数量与输出电平数量增加，其环流路径和环流成分相较两电平逆变器更为复杂，加之其固有的中点电位不平衡问题，NPC型逆变器并联系统的环流抑制更具挑战性，有必要综合采取软件和硬件抑制措施加以抑制。应用各类不同软件调制控制措施的同时，出于经济性的考虑及控制器带宽的限制，大量硬件措施也被广泛用于抑制零序环流。现有工程中最直接有效的消除零序环流的方法是添加隔离变压器和独立采用直流源，这两种硬件方法分别切断了模块化逆变器并联系统中交流侧和直流侧的环流回路，能完全抑制零序环流，然而随着并联模块数量的增加，每个模块均采用隔离变压器及独立直流源的系统的整体成本和体积会快速上升；另外，还有一些低成本的硬件方法能抑制特定成分的零序环流，比如连接各模块直流侧中点形成共享中线、采用星形连接的滤波电容时连接交直流电容中点形成改进型LCL滤波器，这些方法易于实现但具有不足，比如改进型LCL滤波器中添置的连接电缆上电流过大，会引入额外的纹波危害，导致装置的电磁兼容性能较差。现有的模块化三电平逆变器并联系统的零序环流抑制的技术方案普遍综合利用了硬件以及软件方法，绝大多数的改进重点均是基于软件控制策略上的研究去改进零序环流的抑制措施，以追求控制效果和算法复杂度的兼顾平衡。而对于硬件措施的使用，沿袭传统方案来抑制相应类别的零序环流是常见的选择，少有技术方案完善优化传统的硬件措施。
具体实施方式
[0027] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
[0028] 在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0029] 本实施例提供了一种模块化中点钳位型三电平逆变器零序环流抑制方法，如图1所示为本发明改进后的中点钳位型三电平逆变器并联系统中模块共用滤波电容的接线方式，本实施例提供的抑制方法包括：
[0030] 在模块化中点钳位型三电平逆变器并联系统中，存在零序环流问题。这种环流会影响逆变器的效率与稳定性，因此需要采用图2所示的传统改进型LCL滤波器的模块化中点钳位型三电平逆变器并联系统来建立数学模型进行分析和量化该问题。
[0031] S1、利用基尔霍夫电压电流定律对电压电流在不同节点的描述，对传统改进型LCL滤波器的模块化中点钳位型三电平逆变器并联系统进行分析与处理，根据传统改进型LCL滤波器的电路结构，列出电压、电流的基本方程式，建立系统零序环流的数学模型：
[0032]
[0033] 式中，UNj为直流侧下电容电压；ukj为逆变器j的k相桥臂对直流侧中点oj的输出PWM电压；izj为零序环流；ioj为交流侧滤波电容上的电流；uON为电网或负载中性点对负母线N的电压差。
[0034] S2、基于步骤S1建立的数学模型，结合戴维南等效定理，简化和近似出逆变器并联系统的等效电路模型，等效电路模型如图3所示，该等效电路为能够描述零序环流行为的等效电路。
[0035] 在该等效电路模型中，通过增加电容支路，为高频零序环流提供低阻抗的旁路，从而有效减少环流在系统中的影响，输出侧中原有的一部分零序环流便被分流至这条电容支路上，即ioj，使系统的零序环流izj减小，抑制输出侧零序环流，但是，这种做法也带来了额外的高频电流纹波问题，因此需要进一步的优化措施。
[0036] S3、改进传统改进型LCL滤波器硬件措施的接线方式与结构，如图1所示，两个或多个模块共用一组滤波电容，具体操作为：每个模块的桥臂输出经过逆变器电感后，与同一组滤波电容相连，从而形成模块间的共用电容结构。
[0037] 使原有的各个模块从“都有一组交流滤波电容”的形式变为“模块之间共用一组电容“的结构形式，这种连接方式能节省电容器组的消耗，且两个变换器模块的并联点依旧在每个模块的第二个电感器之后，这种连接方式能保证原有的变换器工作原理不变，同时也能维持较大的环流回路阻抗，此时由于交流侧的滤波电容只是被共用但仍然存在，输出侧零序环流中的部分分量ioj依旧如步骤S2一样被分流，输出电流质量依旧被改善，零序环流抑制效果依旧存在。
[0038] S4、在步骤S3所提供的优化结构的基础上，采用基于模块间开关纹波移相的调控策略来减小共用电容器组以及连接电缆上的电流应力，开关纹波移相的控制方法具体为：
[0039] 在每个逆变器模块的开关载波信号之间添加时延，使每个模块间的开关载波信号的相位主动错开一定的数值，从而得到同样错开相位的驱动信号，如图4所示，在此种特性的驱动信号下，特定次数开关纹波的方向会相反，这类纹波由于所提的改进的连接方式会被转移并且注入到模块的共用电容中并完成自动抵消，使得图3所提的共用结构在纹波移相的控制下能保留原有的环流抑制效果且获得额外的优势。
[0040] 采用本技术方案时，能节省滤波电容的数量，连接电缆上的整体高频纹波减小近50％，降低了元件线路的电流应力与发热损耗，提高了样机的功率密度与电磁性能。
[0041] 在本发明的另一个实施例中，对本发明改进后的中点钳位型三电平逆变器的零序环流抑制效果进行验证，如图5和图6所示，分别测量了传统电路与本发明提供改进电路流经连接电缆的内部环流波形，可以明显看出图6的内部环流明显减弱；如图7和图8所示，在4
1.5×10Hz处，本发明提供方案所测得的电流幅值明显降低，表明零序环流抑制效果明显。
[0042] 综上所述，本发明提出了一种模块化中点钳位型三电平逆变器零序环流抑制方法，包括：
[0043] S1、建立模块化中点钳位型三电平逆变器并联系统的零序环流数学模型，所述数学模型基于基尔霍夫电压定律和电流定律，分析直流侧电容电压、逆变器输出电压以及滤波电容电流，描述零序环流的生成及影响。
[0044] S2、基于步骤S1建立的数学模型，结合戴维南等效定律，简化原电路，建立等效的零序环流电路模型，在零序环流电路模型中，通过滤波电容支路为高频零序环流提供低阻抗旁路，对高频零序环流进行分流。
[0045] S3、提出模块共用滤波电容的方案，使用该方案优化LCL滤波器结构，使多个逆变器模块共用一个滤波电容，减少滤波电容的消耗并减少连接电缆上的电流纹波。
[0046] S4、实施开关纹波移相调控策略，在不同逆变器模块之间错开开关信号的相位，实现在模块共用滤波电容上的高频开关纹波自动抵消，进一步减小连接电缆的电流应力和发热损耗。
[0047] 本发明中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。
[0048] 本发明装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。
[0049] 尽管参考附图详地公开了本发明，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。
