三电平变流器带不平衡负载的控制方法与流程

1.本发明涉及三电平变流器技术领域，具体而言，涉及一种三电平变流器带不平衡负载的控制方法。


背景技术：

2.相关技术中，三电平变流器存在负载不对称、电源三相输出不平衡的现象，对用电设备造成损耗，影响使用寿命，需要增加补偿装置，但增加成本，且三电平变流器拓扑结构较为复杂。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题：三电平变流器存在负载不对称、电源三相输出不平衡的现象，对用电设备造成损耗，影响使用寿命，需要增加补偿装置，但增加成本，且三电平变流器拓扑结构较为复杂。
4.为此，本发明提出了一种三电平变流器带不平衡负载的控制方法。
5.有鉴于此，根据本发明提出了一种三电平变流器带不平衡负载的控制方法，三电平变流器至少包括：电源；a相电路，a相电路至少包括两组a相开关组件和a相负载；b相电路，b相电路至少包括两组b相开关组件和b相负载；c相电路，c相电路至少包括两组c相开关组件和c相负载；a相电路、b相电路和c相电路分别与电源连接，a相电路、b相电路和c相电路之间相互并联；三电平变流器带不平衡负载的控制方法包括：接收控制信号，控制信号包括零序电流信号、正序电流信号和负序电流信号；分别对零序电流信号、正序电流信号和负序电流信号进行优化，以确定目标调制信号；根据目标调制信号与第一预设载波信号、第二预设载波信号的比较结果，确定目标控制方案；根据目标控制方案，控制a相开关组件的开关状态、b相开关组件的开关状态、c相开关组件的开关状态。
6.根据本发明提供的三电平变流器带不平衡负载的控制方法，接收控制信号，控制信号包括零序电流信号、正序电流信号和负序电流信号；分别对零序电流信号、正序电流信号和负序电流信号进行优化，以确定目标调制信号；根据目标调制信号与第一预设载波信号、第二预设载波信号的比较结果，确定目标控制方案；根据目标控制方案，控制a相开关组件的开关状态、b相开关组件的开关状态、c相开关组件的开关状态，能够在三电平变流器在带不完全平衡负载运行的情况下，为中线电流提供通路，对输出电流分别进行正序电流、负序电流和零序电流控制，保证系统的闭环控制性能，保证输出电压的稳定性，保证母线电容电压平衡，减少输出电流中的直流电流分量，使得三相电路各自产生三种不同的工作状态，实现三电平交流电的稳定输出，与相关技术相比，不需要增设补偿装置，不需要改变三电平变流器拓扑结构，降低三相电检测的复杂度和延迟，消除振荡，从而增加三电平变流器对多种应用场合的适配程度。
7.根据本发明附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
8.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1示出了根据本发明的一个实施例的三电平变流器的结构示意图；图2示出了根据本发明的一个实施例的三电平变流器带不平衡负载的控制方法的流程示意图之一；图3示出了根据本发明的一个实施例的三电平变流器带不平衡负载的控制方法的信号层叠示意图；图4示出了根据本发明的一个实施例的三电平变流器带不平衡负载的控制方法的流程示意图之二；图5示出了根据本发明的一个实施例的三电平变流器带不平衡负载的控制方法的流程示意图之三；图6示出了根据本发明的一个实施例的三电平变流器带不平衡负载的控制方法的流程示意图之四；图7示出了根据本发明的一个实施例的三电平变流器带不平衡负载的控制方法的流程示意图之五；图8示出了根据本发明的一个实施例的三电平变流器带不平衡负载的控制方法的流程示意图之六；图9示出了根据本发明的一个实施例的三电平变流器带不平衡负载的控制方法的流程示意图之七；其中，图1附图标记与部件名称之间的对应关系为：100三电平变流器，102电源，104 a相负载，106 b相负载，108 c相负载，110第一电容，112第二电容。
具体实施方式
9.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，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
10.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。
11.下面参照图1至图9来描述根据本发明的一些实施例提供的三电平变流器带不平衡负载的控制方法。
12.本发明提出了一种三电平变流器带不平衡负载的控制方法，图1示出了本发明一个实施例的三电平变流器的结构示意图，三电平变流器100至少包括：电源102；a相电路，a相电路至少包括两组a相开关组件和a相负载104；b相电路，b相电路至少包括两组b相开关组件和b相负载106；c相电路，c相电路至少包括两组c相开关组件和c相负载108；a相电路、b相电路和c相电路分别与电源连接，a相电路、b相电路和c相电路之间相互并联。
13.在该实施例中，电源102的电压为表示为直流电压v
dc
，其具体数值为u
dc
，a相电路
由四个开关s
a1
、s
a2
、s
a3
、s
a3
，两个电感l
a1
、l
a2
，三个二极管da、d
a1
、d
a2
，a相负载104，和电容ca组成。其中，da设置在电感l
a1
和l
a2
之间，电感l
a1
、l
a2
并联设置，二极管d
a1
、d
a2
串联设置在开关s
a1
、s
a2
之间，n表示接地端。电感在电路中起到滤波、振荡、延迟和陷波的作用，还能够筛选信号、过滤噪声、稳定电流、抑制电磁波干扰。电容能够使输出均匀化，降低负载，在满足驱动电路电流变化的同时，避免相互间的耦合干扰，还能起到滤波和储能的功能。二极管能够起到开关和隔离的作用，稳定电压，实现整流。
14.b相电路由四个开关s
b1
、s
b2
、s
b3
、s
b3
，两个电感l
b1
、l
b2
，三个二极管db、d
b1
、d
b2
，b相负载106，和电容cb组成。其中，db设置在电感l
b1
和l
b2
之间，电感l
b1
、l
b2
并联设置，二极管d
b1
、d
b2
串联设置在开关s
b1
、s
b2
之间，n表示接地端。电感在电路中起到滤波、振荡、延迟和陷波的作用，还能够筛选信号、过滤噪声、稳定电流、抑制电磁波干扰。电容能够使输出均匀化，降低负载，在满足驱动电路电流变化的同时，避免相互间的耦合干扰，还能起到滤波和储能的功能。二极管能够起到开关和隔离的作用，稳定电压，实现整流。
15.c相电路由四个开关s
c1
、s
c2
、s
c3
、s
c3
，两个电感l
c1
、l
c2
，三个二极管dc、d
c1
、d
c2
，c相负载108，和电容cc组成。其中，dc设置在电感l
c1
和l
c2
之间，电感l
c1
、l
c2
并联设置，二极管d
c1
、d
c2
串联设置在开关s
c1
、s
c2
之间，n表示接地端。电感在电路中起到滤波、振荡、延迟和陷波的作用，还能够筛选信号、过滤噪声、稳定电流、抑制电磁波干扰。电容能够使输出均匀化，降低负载，在满足驱动电路电流变化的同时，避免相互间的耦合干扰，还能起到滤波和储能的功能。二极管能够起到开关和隔离的作用，稳定电压，实现整流。
16.如图2所示，在本发明的一些实施例中，三电平变流器带不平衡负载的控制方法包括：s202，接收控制信号，控制信号包括零序电流信号、正序电流信号和负序电流信号；接收的控制信号可以为abc轴的电流信号，经过克拉克变换，将abc轴的电流信号转换为dq轴的电流信号。dq轴的电流信号又包括零序电流信号、正序电流信号和负序电流信号。
17.三相电直流交流控制中，存在三种坐标轴，分别为三相静止abc轴、两相静止αβ轴和两相旋转dq轴，三者可以通过克拉克变换或帕克变换互相转换。
18.s204，分别对零序电流信号、正序电流信号和负序电流信号进行优化，以确定目标调制信号；分别对零序电流信号、正序电流信号和负序电流信号进行优化，能够通过正序电流控制和负序电流控制补偿三电平变流器运行过程中的有功功率或无功功率，并通过零序电流控制消除有功功率或无功功率的振荡，从而分别对正序电流、负序电流和零序电流进行闭环控制，确定目标调制信号，从而消除三电平变流器不平衡工况下引起的电流分量问题。
19.s206，根据目标调制信号与第一预设载波信号、第二预设载波信号的比较结果，确定目标控制方案；第一载波信号为幅值大于0的正载波，第二载波信号为幅值小于0的负载波，根据目标调制信号与正载波、负载波的比较结果，确定周期性的目标控制方案，从而能够将直流电转换为交流电。
20.s208，根据目标控制方案，控制a相开关组件的开关状态、b相开关组件的开关状态、c相开关组件的开关状态。
21.根据目标控制方案，控制a相开关组件的开关状态、b相开关组件的开关状态和c相开关组件的开关状态，能够使得三相电路分别具有不同的三种工作状态，实现三电平交流电的输出，消除不平衡负载工况对用电设备造成的影响，保证系统的稳定运行，同时与相关技术相比，不需要增设补偿装置，不需要改变三电平变流器拓扑结构，降低三相电检测的复杂度和延迟，消除振荡，从而增加三电平变流器对多种应用场合的适配程度。
22.接收控制信号，控制信号包括零序电流信号、正序电流信号和负序电流信号，能够将三相静止坐标系的电流信号转换为两相旋转坐标系的电流信号，便于后续对电流信号的分别控制，分别对零序电流信号、正序电流信号和负序电流信号进行优化，以确定目标调制信号，能够分别对正序电流、负序电流和零序电流的进行闭环控制，补偿三电平变流器运行过程中的有功功率或无功功率，并消除有功功率或无功功率的振荡，根据目标调制信号与第一预设载波信号、第二预设载波信号的比较结果，确定目标控制方案，能够针对三相电进行分别的控制，提高控制精度，从而消除三电平变流器不平衡工况下引起的电流分量问题，根据目标控制方案，控制a相开关组件的开关状态、b相开关组件的开关状态、c相开关组件的开关状态，使得三相电路分别具有不同的三种工作状态，实现三电平交流电的输出，消除不平衡负载工况对用电设备造成的影响，保证系统的稳定运行。
23.在该实施例中，接收控制信号，控制信号包括零序电流信号、正序电流信号和负序电流信号，分别对零序电流信号、正序电流信号和负序电流信号进行优化，以确定目标调制信号，根据目标调制信号与第一预设载波信号、第二预设载波信号的比较结果，确定目标控制方案，根据目标控制方案，控制a相开关组件的开关状态、b相开关组件的开关状态、c相开关组件的开关状态，能够为三电平变流器在带不完全平衡负载运行的情况下，为中线电流提供通路，对输出电流分别进行正序电流、负序电流和零序电流控制，保证系统的闭环控制性能，保证输出电压的稳定性，保证母线电容电压平衡，减少输出电流中的直流电流分量，使得三相电路各自产生三种不同的工作状态，实现三电平交流电的稳定输出，与相关技术相比，不需要增设补偿装置，不需要改变三电平变流器拓扑结构，降低三相电检测的复杂度和延迟，消除振荡，从而增加三电平变流器对多种应用场合的适配程度。
24.如图1所示，在本发明的一些实施例中，a相开关组件至少包括两个a相开关和至少两个a相二极管，一个a相开关与一个a相二极管并联，另一个a相开关与另一个a相二极管并联；b相开关组件至少包括两个b相开关和至少两个b相二极管，一个b相开关与一个b相二极管并联，另一个b相开关与另一个b相二极管并联；c相开关组件至少包括两个c相开关和至少两个c相二极管，一个c相开关与一个c相二极管并联，另一个c相开关与另一个c相二极管并联。
25.在该实施例中，a相开关组件至少包括两个a相开关和至少两个a相二极管，其中一组a相开关组件包括开关s
a1
和s
a3
，另一组a相开关组件包括开关s
a2
和s
a4
，s
a1
、s
a2
、s
a3
、s
a3
分别反并联设置有一个a相二极管，从而起到缓冲无功能量的作用，其中a相二极管能够为直流反馈无功能量提供通道。开关s
a1
和反并联设置的一个a相二极管、开关s
a3
和反并联设置的一个a相二极管构成了一个a相开关组件。开关s
a2
和反并联设置的一个a相二极管、开关s
a4
和反并联设置的一个a相二极管构成了另一个a相开关组件。
26.可以理解的是，在对a相开关组件的控制过程中，开关s
a1
和s
a3
的开关状态不同，s
a2
和s
a4
的开关状态不同。
27.b相开关组件至少包括两个b相开关和至少两个b相二极管，其中一组b相开关组件包括开关s
b1
和s
b3
，另一组b相开关组件包括开关s
b2
和s
b4
，s
b1
、s
b2
、s
b3
、s
b4
分别反并联设置有一个b相二极管，从而起到缓冲无功能量的作用，其中b相二极管能够为直流反馈无功能量提供通道。开关s
b1
和反并联设置的一个b相二极管、开关s
b3
和反并联设置的一个b相二极管构成了一个b相开关组件。开关s
b2
和反并联设置的一个b相二极管、开关s
b4
和反并联设置的一个b相二极管构成了另一个b相开关组件。
28.可以理解的是，在对b相开关组件的控制过程中，开关s
b1
和s
b3
的开关状态不同，s
b2
和s
b4
的开关状态不同。
29.c相开关组件至少包括两个c相开关和至少两个c相二极管，其中一组c相开关组件包括开关s
c1
和s
c3
，另一组c相开关组件包括开关s
c2
和s
c4
，s
c1
、s
c2
、s
c3
、s
c4
分别反并联设置有一个c相二极管，从而起到缓冲无功能量的作用，其中c相二极管能够为直流反馈无功能量提供通道。开关s
c1
和反并联设置的一个c相二极管、开关s
c3
和反并联设置的一个c相二极管构成了一个c相开关组件。开关s
c2
和反并联设置的一个c相二极管、开关s
c4
和反并联设置的一个c相二极管构成了另一个c相开关组件。
30.可以理解的是，在对c相开关组件的控制过程中，开关s
c1
和s
c3
的开关状态不同，s
c2
和s
c4
的开关状态不同。
31.具体地，图3示出了本发明的一些实施例中的三电平变流器带不平衡负载的控制方法的信号层叠示意图，根据图3能够得到直流电转换为交流电的具体变化情况，横坐标表示时间，单位为秒，纵坐标表示电压的具体数值，单位为伏特。
32.以a相电路为例，u
ma
为a相的调制波，u
c1
为幅值大于0的正载波，u
c2
为幅值小于0的负载波，在u
ma
＞0时，控制s
a2
导通，s
a4
关断，此时s
a2
和s
a4
的开关状态不发生改变，在u
ma
≤u
c1
时，控制s
a1
关断，s
a3
导通，此时三电平变流器输出的是大于0的正电平；在u
ma
＞u
c1
时，控制s
a1
导通，s
a3
关断，此时三电平变流器输出的是零电平；在u
ma
＜0时，控制s
a1
导通，s
a3
关断，此时，s
a1
和s
a3
的开关状态不发生改变，在u
ma
≤u
c2
时，控制s
a2
导通，s
a4
关断，此时三电平变流器输出的是小于0的负电平；在u
ma
＞u
c2
时，控制s
a2
关断，s
a4
导通，此时三电平变流器输出的是零电平，从而能够根据a相正弦调制波与正载波以及负载波的比较结果，周期性的控制开关的通断状态，输出相应的正电平、负电平以及零电平，消除三电平变流器的不平衡工况，保证运行的稳定性，避免对用电设备造成损耗，保证使用寿命。
33.进一步地，表1示出了在这一过程中开关状态以及输出的电压。
34.表1
35.以上仅以a相调制波为例，在b相调制波与u
c1
、u
c2
的比较过程中，对应的将控制开关改为s
b1
、s
b2
、s
b3
、s
b4
，开关状态不发生改变，在c相调制波与u
c1
、u
c2
的比较过程中，对应的将控制开关改为s
c1
、s
c2
、s
c3
、s
c4
，开关状态不发生改变。
36.如图4所示，在本发明的一些实施例中，分别对零序电流信号、正序电流信号和负序电流信号进行优化，以确定目标调制信号包括：s402，根据正序电流参考量对正序电流信号调节，以确定第一调制信号；s404，根据负序电流参考量对负序电流信号调节，以确定第二调制信号；s406，采样三相电流；s408，将三相电流转换为零序参考电流；s410，根据零序参考电流与零序电流信号，确定第三调制信号；s412，根据第一调制信号、第二调制信号和第三调制信号，确定目标调制信号。
37.在该实施例中，根据正序电流参考量对正序电流信号调节，根据负序电流参考量对负序电流信号调节，以过滤掉陷波频率，陷波频率具体为二倍频100赫兹的信号，具体地传递函数为：；该式中，g表示传递函数，s表示拉普拉斯算子，fb表示陷波器的带宽，wn表示二倍频。拉普拉斯算子为陷波器中的复变量，陷波器的带宽可以根据实际需求设置。
38.在该实施例中，将三相电流转换为零序参考电流，对三相电流求解转化达到零序电流，根据零序电流的实部和虚部的极零点转换得到参考零序电流，从而根据零序参考电流和零序电流信号得到三相同大小，同相位的对应分量，进而确定第三调制信号。
39.在该实施例中，通过分别对正序电流、负序电流和零序电流的闭环控制，得到对应的第一调制信号、第二调制信号和第三调制信号，根据三个信号共同确定目标调制信号，能够补偿三电平变流器运行过程中的有功功率或无功功率，并消除有功功率或无功功率的振荡，从而消除三电平变流器不平衡工况下引起的电流分量问题。
40.如图5所示，在本发明的一些实施例中，根据正序电流参考量对正序电流信号调节，以确定第一调制信号包括：s502、根据正序电流参考量与正序电流信号，确定正序偏差参数；正序电流参考量包括d轴的参考量和q轴的参考量，参考量可以提前设置，从而确定对应的d轴偏差参数和q轴偏差参数。
41.s504、根据第一预设传递函数和正序偏差参数，确定正序优化参数；根据第一预设传递函数和正序偏差参数，能够进行比例积分调节，从而保证参数的准确性。
42.具体地，第一预设传递函数为：；其中，s1表示控制器的变量，k
p
表示比例系数，ki表示积分系数。比例系数和积分系数提前设置。
43.s506、根据第一预设解耦函数和正序优化参数，确定第一调制信号。
44.根据第一预设解耦函数和正序优化参数，确定第一调制信号，能够对正序电流进行比例积分处理和交叉解耦处理，分别得到d轴和q轴的电压调节参数，经过坐标转换后，得到abc轴正序的第一调制信号。
45.具体地，第一预设解耦函数由系统的输出角频率和滤波电感相乘得到。
46.如图6所示，在本发明的一些实施例中，根据第一预设解耦函数和正序优化参数，确定第一调制信号之前，还包括：s602、根据第一参数优化算法和正序偏差参数，确定正序控制参数，第一参数优化算法与第一预设传递函数的第一预设控制参数相关联；参数优化算法具体可以为胜利参数寻优算法，具体地，需要初始设置种群参数、比例积分初始控制参数和陷波器控制参数。
47.通过以下公式，对正序控制参数的目标值进行求解：；其中，f
obj
表示目标值，obj为object（目标）的缩写，表示d轴正序电流，表示d轴正序电流参考量，表示d轴负序电流，表示d轴负序电流参考量，i0表示零序电流，表示零序参考电流，t表示初始设置种群参数，i表示种群中的第i个个体，j表示第i个个体的第j维变量。
48.对目标值求解后，得到最优解和最差解，x
best,i,j,t
表示第t代目标值最优解在第j维上的值，x
worst,i,j,t
表示第t代目标值最差解在第j维上的值，t表示迭代次数，具体地：；r
best,i,j,t
表示之间的最优随机数，r
worst,i,j,t
表示之间的最差随机数，r表示随机数，i表示第i个个体，j表示第i个个体的第j维变量，t表示迭代次数，通过调整这两个参数大小，调整逼近最优解的能力。
表示将当前个体朝当代最优解的方向进化，表示将当前个体朝远离当代最差解方向进行进化，x
i,j,t
表示第i个个体第j维迭代t次的解，表示x
i,j,t
算法优化后的解，udn（-1，1）表示1和1之间的均匀分布随机数，dn表示random number（随机数）的缩写，β表示步长，本技术并不对步长进行严格限制，在满足计算要求的情况下可以对步长进行灵活设置，w（t）为与迭代次数相关的输入函数，本技术并不对输入函数的具体形式进行严格限制。
49.s604、基于正序控制参数满足预设输出条件，更新第一预设控制参数；依次对i个个体求解后，判断目标值是否满足稳定时间和稳定误差的范围，具体可以将稳定时间设置为小于等于1秒，将稳态误差设置为小于等于1%，在满足这两个条件下，更新第一预设控制参数中的初始设置种群参数、比例积分初始控制参数和陷波器控制参数。
50.s606、根据更新后的第一预设控制参数，更新正序优化参数。
51.根据更新后的第一预设控制参数，对陷波器进行优化，从而保证正序优化参数的准确性，使得对三电平变流器的控制更准确，进一步消除负载不平衡的状况。
52.在该实施例中，根据第一参数优化算法和正序偏差参数，确定正序控制参数，第一参数优化算法与第一预设传递函数的第一预设控制参数相关联，基于正序控制参数满足预设输出条件，更新第一预设控制参数，根据更新后的第一预设控制参数，更新正序优化参数，能够进一步优化陷波器的控制参数，从而进一步消除三电平变流器的不平衡工况。
53.在本发明的一些实施例中，根据负序电流参考量对负序电流信号调节，以确定第二调制信号包括：根据负序电流参考量与负序电流，确定负序偏差参数；根据第二预设传递函数和负序偏差参数，确定负序优化参数；根据第二预设解耦函数和负序优化参数，确定第二调制信号。
54.在本发明的一些实施例中，根据第二预设解耦函数和负序优化参数，确定第二调制信号之前，还包括：根据第二参数优化算法和负序偏差参数，确定负序控制参数，第二参数优化算法与第二预设传递函数的第二预设控制参数相关联；基于正序控制参数满足预设输出条件，更新第二预设控制参数；根据更新后的第二预设控制参数，更新负序优化参数。
55.可以理解的是，对于正序优化参数和负序优化参数在控制逻辑以及具体函数方面流程相同，同样能够实现进一步优化陷波器的控制参数，从而进一步消除三电平变流器的不平衡工况，在此不再赘述。
56.如图7所示，在本发明的一些实施例中，根据零序参考电流与零序电流信号，确定第三调制信号包括：s702、根据零序参考电流与零序电流信号，确定零序误差信号；s704、对零序误差信号进行比例谐振处理，以得到零序分量；根据零序电流的实部和虚部的极零点转换得到参考零序电流，从而根据零序参考电流和零序电流信号得到三相同大小，同相位的对应分量。
57.具体地，零序参考电流可以通过以下公式计算：；；；其中，p表示三电平变流器瞬时产生的有功功率，q表示三电平变流器瞬时产生的无功功率，p0表示零坐标系下的有功功率，p
c2
表示正序电流的余弦功率波动，p
s2
表示正序电流的正弦功率波动，q
c2
表示负序电流的余弦功率波动，q
s2
表示负序电流的正弦功率波动，p
0c2
表示零序电流的余弦功率波动，p
0s2
表示零序电流的正弦功率波动，u
α
表示两相静止αβ坐标系中α轴的电压，i
α
表示两相静止αβ坐标系中α轴的电流，u
β
表示两相静止αβ坐标系中β轴的电压，i
β
表示两相静止αβ坐标系中β轴的电流，表示有功功率的平均功率，表示无功功率的平均功率，表示零坐标系下的有功功率的平均功率，θ表示转动角度。
58.其中，可以由以下公式计算得到：；表示电压零序分量的实部电压，表示电压零序分量的虚部电压，表示电流零序分量的实部电流，表示电流零序分量的虚部电流。
59.三个平均功率以及正弦功率、余弦功率满足以下几个公式：；p
ref
表示参考有功功率，q
ref
表示参考无功功率。
60.实部电压、虚部电压、实部电流和虚部电流满足以下矩阵关系式：
；其中，表示d轴正序电压分量，表示d轴负序电压分量，表示q轴正序电压分量，表示q轴负序电压分量，表示零序实部电压分量，表示零序虚部电压分量，表示d轴正序电流分量，表示q轴正序电流分量，表示d轴负序电流分量，表示q轴负序电流分量，表示零序实部电流分量，表示零序虚部电流分量。由上个公式转换可得到：。
61.s706、根据零序分量和预设零序分量公式，确定第三调制信号。
62.具体地，预设零序分量公式包括：；其中，v
ma
表示a相调制信号，v
mb
表示b相调制信号，v
mc
表示c相调制信号，u0表示零序分量电压，j表示相位角，e表示单位向量。
63.在该实施例中，根据零序参考电流与零序电流信号，确定零序误差信号，对零序误差信号进行比例谐振处理，以得到零序分量，根据零序分量和预设零序分量公式，确定第三调制信号，实现了对零序电流信号的闭环控制，从而控制消除有功功率或无功功率的振荡，消除三电平变流器的负载不平衡工况。
64.如图1所示，在本发明的一些实施例中，三电平变流器100还包括保护电路，保护电路与电源相连接；保护电路中包括第一电容110和第二电容112，第一电容110与第二电容112相串联。
65.在该实施例中，第一电容110和第二电容112能够对电源102起到钳位作用，第一电
容110和第二电容112之间的中点电压接地，保证用电的安全性。
66.如图8所示，在本发明的一些实施例中，根据目标调制信号与第一预设载波信号、第二预设载波信号的比较结果，确定目标控制方案之后，包括：s802、根据第一调制信号、第二调制信号和第三调制信号，确定注入电压分量；注入电压分量可以通过两相调制方法确定，能够对第一电容110和第二电容112之间的中点电压波动进行有效控制，从而避免产生三电平变流器的不平衡工况。
67.s804、根据第一电容的第一电压、第二电容的第二电压和注入电压分量，确定反馈电压；根据第一电压、第二电压和注入电压分量的比较结果，能够确定中点电压的反馈值，从而帮助判断选择具体的两相调制方法，进一步消除三电平变流器的不平衡工况。
68.s806、根据反馈电压和预设滞环宽度的比较结果，确定目标调制算法；根据反馈电压与预设滞环宽度的比较结果，能够判断选择注入零序电压分量的具体算法，从而保证信号调制控制的准确性。预设滞环宽度可以提前设置。
69.具体地，当反馈电压在正的预设滞环宽度和负的预设滞环宽度之间，零序电压分量为三倍基波频率的周期函数，无直流分量，且横轴对称的注入电压由以下公式计算得到：；其中，v1表示零序电压分量为三倍基波频率的周期函数，无直流分量，且横轴对称时的注入电压，k每隔60
°
区间交替在0到1的范围内进行取值，v
max
代表某一时刻三相正弦调制波中的最大值，v
min
表示某一时刻三相正弦调制波中的最小值。
70.当反馈电压大于正的预设滞环宽度，零序电压分量为三倍基波频率的周期函数，含有正的直流分量，在一个基波周期内始终大于零，不关于横轴对称的注入电压由以下公式计算得到：；v2表示零序电压分量为三倍基波频率的周期函数，含有正的直流分量，在一个基波周期内始终大于零，不关于横轴对称时的注入电压。
71.当反馈电压小于负的预设滞环宽度时，零序电压分量为三倍基波频率的周期函数，含有负的直流分量，在一个基波周期内始终小于零，不关于横轴对称的注入电压由以下公式计算得到：。
[0072]v3
表示零序电压分量为三倍基波频率的周期函数时，含有负的直流分量，在一个基波周期内始终小于零，不关于横轴对称时的注入电压。
[0073]
s808、根据目标调制算法对目标调制信号进行调节。
[0074]
根据不同的目标调制算法对目标调制信号进行调节，能够使得第一电容110和第二电容112电压平衡，从而减少输出电流中的直流分量，进一步消除三电平变流器的不平衡工况。
[0075]
在该实施例中，根据第一调制信号、第二调制信号和第三调制信号，确定注入电压
分量，根据第一电容的第一电压、第二电容的第二电压和注入电压分量，确定反馈电压，根据反馈电压和预设滞环宽度的比较结果，确定目标调制算法，根据目标调制算法对目标调制信号进行调节，能够对第一电容110和第二电容112之间的中点电压波动进行有效控制，使得第一电容110和第二电容112电压平衡，从而减少输出电流中的直流分量，进一步消除三电平变流器的不平衡工况。
[0076]
如图9所示，在本发明的一些实施例中，根据第一调制信号、第二调制信号和第三调制信号，确定注入电压分量包括：s902、根据第一调制信号、第二调制信号和第三调制信号，确定三相调制波值中的上限值和下限值；示例性地，在以下公式中：；k为0.5时，公式具体为：；v
0.5
表示k为0.5时的注入电压。此时载波注入零序分量的调制方法与空间电压矢量带不平衡负载的控制方法在谐波含量的利用率、母线电压的利用率保持相同。
[0077]
s904、根据预设变换参数、三相调制波值中的上限值和下限值，确定注入电压分量。
[0078]
通过最大值和最小值相结合的控制策略，对第一电容110和第二电容112之间的中点电压波动进行有效控制，使得第一电容110和第二电容112电压平衡，从而减少输出电流中的直流分量，进一步消除三电平变流器的不平衡工况。
[0079]
在该实施例中，根据第一调制信号、第二调制信号和第三调制信号，确定三相调制波值中的上限值和下限值，根据预设变换参数、三相调制波值中的上限值和下限值，确定注入电压分量，能够通过最大值和最小值相结合的控制策略，对第一电容110和第二电容112之间的中点电压波动进行有效控制，使得第一电容110和第二电容112电压平衡，从而减少输出电流中的直流分量，进一步消除三电平变流器的不平衡工况。
[0080]
具体在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0081]
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0082]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种三电平变流器带不平衡负载的控制方法，其特征在于，所述三电平变流器至少包括：电源；a相电路，所述a相电路至少包括两组a相开关组件和a相负载；b相电路，所述b相电路至少包括两组b相开关组件和b相负载；c相电路，所述c相电路至少包括两组c相开关组件和c相负载；所述a相电路、所述b相电路和所述c相电路分别与所述电源连接，所述a相电路、所述b相电路和所述c相电路之间相互并联；所述三电平变流器带不平衡负载的控制方法包括：接收控制信号，所述控制信号包括零序电流信号、正序电流信号和负序电流信号；分别对所述零序电流信号、所述正序电流信号和所述负序电流信号进行优化，以确定目标调制信号；根据所述目标调制信号与第一预设载波信号、第二预设载波信号的比较结果，确定目标控制方案；根据所述目标控制方案，控制所述a相开关组件的开关状态、b相开关组件的开关状态、c相开关组件的开关状态。2.根据权利要求1所述的三电平变流器带不平衡负载的控制方法，其特征在于，所述a相开关组件至少包括两个a相开关和至少两个a相二极管，一个所述a相开关与一个所述a相二极管并联，另一个所述a相开关与另一个所述a相二极管并联；所述b相开关组件至少包括两个b相开关和至少两个b相二极管，一个所述b相开关与一个所述b相二极管并联，另一个所述b相开关与另一个所述b相二极管并联；所述c相开关组件至少包括两个c相开关和至少两个c相二极管，一个所述c相开关与一个所述c相二极管并联，另一个所述c相开关与另一个所述c相二极管并联。3.根据权利要求1所述的三电平变流器带不平衡负载的控制方法，其特征在于，所述分别对所述零序电流信号、所述正序电流信号和所述负序电流信号进行优化，以确定目标调制信号包括：根据正序电流参考量对所述正序电流信号调节，以确定第一调制信号；根据负序电流参考量对所述负序电流信号调节，以确定第二调制信号；采样三相电流；将所述三相电流转换为零序参考电流；根据所述零序参考电流与所述零序电流信号，确定第三调制信号；根据所述第一调制信号、所述第二调制信号和所述第三调制信号，确定所述目标调制信号。4.根据权利要求3所述的三电平变流器带不平衡负载的控制方法，其特征在于，所述根据正序电流参考量对所述正序电流信号调节，以确定第一调制信号包括：根据所述正序电流参考量与所述正序电流信号，确定正序偏差参数；根据第一预设传递函数和所述正序偏差参数，确定正序优化参数；根据第一预设解耦函数和所述正序优化参数，确定所述第一调制信号。5.根据权利要求4所述的三电平变流器带不平衡负载的控制方法，其特征在于，所述根
据第一预设解耦函数和所述正序优化参数，确定所述第一调制信号之前，还包括：根据第一参数优化算法和所述正序偏差参数，确定正序控制参数，所述第一参数优化算法与所述第一预设传递函数的第一预设控制参数相关联；基于正序控制参数满足预设输出条件，更新所述第一预设控制参数；根据更新后的所述第一预设控制参数，更新所述正序优化参数。6.根据权利要求3所述的三电平变流器带不平衡负载的控制方法，其特征在于，所述根据负序电流参考量对所述负序电流信号调节，以确定第二调制信号包括：根据所述负序电流参考量与所述负序电流信号，确定负序偏差参数；根据第二预设传递函数和所述负序偏差参数，确定负序优化参数；根据第二预设解耦函数和所述负序优化参数，确定所述第二调制信号。7.根据权利要求3所述的三电平变流器带不平衡负载的控制方法，其特征在于，所述根据所述零序参考电流与所述零序电流信号，确定第三调制信号包括：根据所述零序参考电流与所述零序电流信号，确定零序误差信号；对所述零序误差信号进行比例谐振处理，以得到零序分量；根据所述零序分量和预设零序分量公式，确定所述第三调制信号。8.根据权利要求6所述的三电平变流器带不平衡负载的控制方法，其特征在于，所述根据第二预设解耦函数和所述负序优化参数，确定所述第二调制信号之前，还包括：根据第二参数优化算法和所述负序偏差参数，确定负序控制参数，所述第二参数优化算法与所述第二预设传递函数的第二预设控制参数相关联；基于正序控制参数满足预设输出条件，更新所述第二预设控制参数；根据更新后的所述第二预设控制参数，更新所述负序优化参数。9.根据权利要求3至8中任一项所述的三电平变流器带不平衡负载的控制方法，其特征在于，所述三电平变流器还包括保护电路，所述保护电路与所述电源相连接；所述保护电路中包括第一电容和第二电容，所述第一电容与所述第二电容相串联；所述根据所述目标调制信号与第一预设载波信号、第二预设载波信号的比较结果，确定目标控制方案之后，包括：根据所述第一调制信号、所述第二调制信号和所述第三调制信号，确定注入电压分量；根据所述第一电容的第一电压、所述第二电容的第二电压和所述注入电压分量，确定反馈电压；根据所述反馈电压和预设滞环宽度的比较结果，确定目标调制算法；根据所述目标调制算法对所述目标调制信号进行调节。10.根据权利要求9所述的三电平变流器带不平衡负载的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一调制信号、所述第二调制信号和所述第三调制信号，确定注入电压分量包括：根据所述第一调制信号、所述第二调制信号和所述第三调制信号，确定三相调制波值中的上限值和下限值；根据预设变换参数、所述三相调制波值中的上限值和下限值，确定所述注入电压分量。

技术总结
本发明涉及三电平变流器领域，具体提出了一种三电平变流器带不平衡负载的控制方法，三电平变流器带不平衡负载的控制方法包括：接收控制信号，控制信号包括零序电流信号、正序电流信号和负序电流信号；分别对零序电流信号、正序电流信号和负序电流信号进行优化，以确定目标调制信号；根据目标调制信号与第一预设载波信号、第二预设载波信号的比较结果，确定目标控制方案；根据目标控制方案，控制A相开关组件的开关状态、B相开关组件的开关状态、C相开关组件的开关状态。关组件的开关状态。关组件的开关状态。


技术研发人员：官二勇 王世恩
受保护的技术使用者：京清数电（北京）技术有限公司
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/9