本发明涉及电力与电子，尤其是涉及一种具有低开关频率的npc四桥臂逆变器中点电位控制方法。
背景技术：
1、逆变器作为交流电源，可用于为负载提供高质量的输出电能。随着功率等级的增加和大量单相、不平衡和非线性负载的出现与应用，中点钳位型（neutral point clamped，简称npc）四桥臂逆变器成为大功率不平衡系统中一种具有广阔应用前景的结构。
2、中点电位低频振荡和偏移是npc三电平逆变器的固有问题，是中点电位控制的两个主要方面。首先，中点电位低频振荡会增加功率开关管的电压应力和电容的容量，并且在输出电压中产生低次谐波；其次，中点电位偏移会使中点电位偏离平衡值，导致直流侧电压全部加到一个电容上，最终损坏电容和功率开关管。因此，中点电位是npc三电平逆变器的主要控制目标。目前，npc三桥臂逆变器中点电位控制的调制方法主要分为空间矢量调制和载波调制。在空间矢量调制方法中，通过调节冗余小矢量的占空比可以减小中点电位低频振荡幅值，当小矢量的控制能力不足时，一般通过构造虚拟矢量来完全消除中点电位低频振荡。在载波调制方法中，通过在调制波中注入零序分量来减小中点电位低频振荡幅值，载波调制方法中的双调制波双载波方法能够完全消除中点电位低频振荡。由于四桥臂逆变器的拓扑结构与三桥臂逆变器不同，而调制策略和方法与逆变器拓扑结构有直接关系，故上述三桥臂调制方法无法直接用到四桥臂逆变器中。
3、npc四桥臂逆变器能够提供中性电流流通路径，具有较强的带载能力。但是由于其结构复杂，矢量数量极多，因此目前对其的研究主要集中于算法实现和结构简化两个方面，对其性能改进方面的研究较少。npc四桥臂空间矢量调制方法分为基于 abc自然坐标系和基于 αβγ坐标系两种。l. g. franquelo等提出了一种基于 abc坐标系的简化调制算法。更多的文献研究基于 αβγ坐标系的空间矢量调制方法。f. rojas等提出了两种简化小四面体位置识别过程的 αβγ坐标系算法。邵虹君等提出一种降维调制策略，首先将虚拟空间矢量调制方法用到前三桥臂中，得到前三个桥臂的相占空比，然后根据三相输出电压对称和零平均中点电流约束条件，确定中性桥臂的相占空比。m. bouzidi等提出了一种基于 ρστ坐标系的空间矢量调制方法，空间矢量在 ρστ坐标系下的表达式更简单，在判断参考矢量的空间位置时，省略了四面体的判断步骤，从而简化了调制步骤。目前npc四桥臂载波调制方法的研究文献较少。j. kim等研究了一种适用于npc四桥臂变换器的最优序列载波调制方法，通过添加合适的偏置电压，可以获得最优开关序列，从而降低输出电压中的谐波含量，但是该方法没有考虑中点电位控制问题。陈维强等提出了一种具有中点电位平衡控制能力的最优序列载波调制方法，在保持最低谐波含量的同时，能够减小中点电位低频振荡幅值。m. tsai等提出了一种三维中点振荡消除pwm方法(three-dimensional neutral-pointoscillation elimination pwm，简称3-d npoepwm)，该方法通过判断端电压的正负值，得到两个具有校正值的调制波，能够完全消除中点电位低频振荡，该方法还直接给出了四个桥臂的端电压，虽然能够保证在一个开关周期内四个桥臂中的一个桥臂状态切换一次，但是其他三个桥臂状态各切换两次，开关频率较高。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种具有低开关频率的npc四桥臂逆变器中点电位控制方法，以解决背景技术中提到的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种具有低开关频率的npc四桥臂逆变器中点电位控制方法，包括以下步骤：
3、s1、获取三相参考电压，将所述三相参考电压与中性桥臂参考电压进行比较，得到四个参考电压中的最大值和最小值；
4、s2、建立每个桥臂的两个正子调制波，推导出每个桥臂的两个正子调制波的通用表达式，并计算最优偏置电压和每个桥臂的两个最优正子调制波；
5、s3、计算中点电流可调整桥臂的调制波调整值；
6、s4、根据每个桥臂的两个最优正子调制波和调制波调整值，获得调整后的每个桥臂的两个正子调制波；
7、s5、与单载波比较产生控制功率开关管通断的脉冲信号。
8、优选的，所述s1具体包括：
9、s11、以负载三相输出电压的对称性为控制目标，根据无差拍控制方法得到 αβγ坐标系下的三相参考电压，将 αβγ坐标系下的三相参考电压经过坐标变换，从而得到 abc坐标系下的三相参考电压；
10、s12、通过以下计算公式得到四个参考电压的最大值和最小值：
11、；
12、其中，和分别表示 a相、 b相和 c相三相参考电压，表示中性桥臂参考电压，取值为零；和分别表示四个参考电压中的最大值和最小值。
13、优选的，所述s11具体包括：
14、采样时刻三相负载电压，三相负载电流和三相电感电流，然后通过无差拍控制方法得到 αβγ坐标系下的三相参考电压表达式：
15、；
16、其中， 、和分别表示时刻三相参考电压的 α、 β和 γ轴分量； l和 c分别表示滤波电感和电容； t s表示采样周期； 、和分别表示 k时刻三相负载电压参考值的 α、 β和 γ轴分量； 、和分别表示 k时刻三相负载电压采样值的 α、 β和 γ轴分量； 、和分别表示 k时刻三相负载电流采样值的 α、 β和 γ轴分量； 、和分别表示 k时刻三相电感电流采样值的 α、 β和 γ轴分量；
17、将 αβγ坐标系下的三相参考电压经过坐标变换，得到 abc坐标系下的参考电压的变换公式如下：
18、。
19、优选的，所述s2具体包括以下步骤：
20、s21、建立每个桥臂的两个正子调制波，两个正子调制波分别用和表示，其中，且，；
21、s22、以平均中点电流等于零为约束条件，推导得到每个桥臂的两个正子调制波的通用表达式；
22、s23、以低开关切换次数为优化目标，得到最优偏置电压和每个桥臂的两个最优正子调制波。
23、优选的，所述s22具体为：
24、设定每个桥臂的输出开关状态的产生方式为：每个桥臂的两个正子调制波和分别与载波 v carrier比较，比较结果相加再减去1等于桥臂的开关状态，然后得到每个桥臂的相占空比与两个正子调制波之间的关系如下：
25、；
26、其中，表示 i桥臂的“ p”状态的相占空比；表示 i桥臂的“ o”状态的相占空比；表示 i桥臂的状态的相占空比；
27、根据端电压与参考电压的关系，得到四个桥臂的端电压如下：
28、；
29、其中，和分别表示 a、 b、 c和四个桥臂的端电压，也称为偏置电压；
30、根据伏秒平衡原理，得到：
31、；
32、其中，表示桥臂的端电压，且；
33、根据每个桥臂的相占空比与两个正子调制波之间的关系得到每个桥臂的端电压与两个正子调制波的关系为：
34、；
35、根据每个桥臂的相占空比与两个正子调制波之间的关系，得到中点电流与正子调制波的关系为：
36、；
37、由于四个桥臂的输出电流满足：
38、；
39、令四个桥臂的“ o”状态相占空比相等，则，然后得到：
40、；
41、其中，表示每个桥臂的两个正子调制波的差值；
42、通过计算得到每个桥臂的两个正子调制波的通用表达式：
43、；
44、其中，为桥臂的参考电压，。
45、优选的，所述s23具体为：
46、在每个开关周期内，令最大的正子调制波等于1，最小的正子调制波等于0，得到以下公式：
47、；
48、其中，表示最大的正子调制波；表示最小的正子调制波；
49、然后得到最优偏置电压和每个桥臂的两个正子调制波的差值分别为：
50、；
51、；
52、将以上两个公式代入每个桥臂的两个正子调制波的通用表达式中，得到每个桥臂的两个最优正子调制波和分别为：
53、。
54、优选的，所述s3的具体步骤为：
55、s31、定义中点电流可调整桥臂和不可调整桥臂；
56、s32、从另个中点电流可调整桥臂中选择一个桥臂作为调节桥臂，计算调节桥臂的“ o”状态相占空比调整值；
57、s33、通过调整调节桥臂的两个正子调制波，得到s32中的调节桥臂“ o”状态相占空比调整值，然后得到正子调制波调整值与相占空比调整值的关系为：
58、；
59、其中，表示调节桥臂正子调制波调整值。
60、s31、定义中点电流可调整桥臂和不可调整桥臂；
61、s32、从两个中点电流可调整桥臂中选择一个桥臂作为调节桥臂，计算调节桥臂的“ o”状态相占空比调整值；
62、s33、通过调整调节桥臂的两个正子调制波，得到s32中的调节桥臂“ o”状态相占空比调整值，然后得到正子调制波调整值与相占空比调整值的关系为：
63、；
64、其中，表示调节桥臂正子调制波调整值。
65、优选的，所述s4具体为：将非调节桥臂的两个正子调制波按照每个桥臂的两个最优正子调制波的公式进行计算，将调节桥臂的两个正子调制波按照每个桥臂的两个最优正子调制波的公式计算后再进行调整得到如下表达式：
66、；
67、其中，和表示调节桥臂调整后的两个正子调制波。
68、优选的，所述s5具体为：将每个桥臂的两个正子调制波分别与同一载波进行比较，得到每个桥臂的开关状态，再根据桥臂开关状态与每个桥臂四个功率开关管通断关系，得到每个桥臂的四路控制脉冲。
69、因此，本发明采用上述的具有低开关频率的npc四桥臂逆变器中点电位控制方法，具有以下有益效果：
70、（1）建立了每个桥臂的两个正子调制波，增大了“ o”状态相占空比的取值范围，且无须判断端电压正负号。
71、（2）以低开关切换次数为优化目标，获得了最优偏置电压，并且调节中点电流可调整桥臂的“ o”状态相占空比抑制中点电位偏移。
72、（3）通过与传统npc四桥臂逆变器中点电位控制方法的仿真结果对比，本发明具有较低的开关频率和相似的中点电位低频振荡控制能力，并具有中点电位偏移抑制能力。
73、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种具有低开关频率的npc四桥臂逆变器中点电位控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有低开关频率的npc四桥臂逆变器中点电位控制方法，其特征在于，所述s1具体包括：
3.根据权利要求2所述的具有低开关频率的npc四桥臂逆变器中点电位控制方法，其特征在于，所述s11具体包括：
4.根据权利要求1所述的具有低开关频率的npc四桥臂逆变器中点电位控制方法，其特征在于，所述s2具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的具有低开关频率的npc四桥臂逆变器中点电位控制方法，其特征在于，所述s22具体为：
6.根据权利要求5所述的具有低开关频率的npc四桥臂逆变器中点电位控制方法，其特征在于，所述s23具体为：
7.根据权利要求1所述的具有低开关频率的npc四桥臂逆变器中点电位控制方法，其特征在于，所述s3的具体步骤为：
8.根据权利要求1所述的具有低开关频率的npc四桥臂逆变器中点电位控制方法，其特征在于，所述s4具体为：将非调节桥臂的两个正子调制波按照每个桥臂的两个最优正子调制波的公式进行计算，将调节桥臂的两个正子调制波按照每个桥臂的两个最优正子调制波的公式计算后再进行调整得到如下表达式：
9.根据权利要求1所述的具有低开关频率的npc四桥臂逆变器中点电位控制方法，其特征在于，所述s5具体为：将每个桥臂的两个正子调制波分别与同一载波进行比较，得到每个桥臂的开关状态，再根据桥臂开关状态与每个桥臂四个功率开关管通断关系，得到每个桥臂的四路控制脉冲。
