一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法技术

本发明专利技术公开了一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法，在有源中点钳位型三电平逆变器传统PWM方法中的开关状态中增加两种暂态O

【技术实现步骤摘要】
一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法
本专利技术属于电力电子
，更为具体地讲，涉及一种ANPC(有源中点钳位型)三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法。
技术介绍
同两电平功率逆变器相比，多电平逆变器已经在更好的输出电压质量、更低的开关损耗、更小的dv/dt，和更低的器件功率比等方面表现出了其优越性。传统中点钳位型三电平逆变器(3L-NPC)具有代表性，然而有一个主要的劣势——在半导体器件间功率损耗分配不均，因此逆变器的输出功率和开关频率受限。为了处理这个问题，提出了有源中点钳位型三电平逆变器(3L-ANPC)，这是由传统NPC拓扑中衍生出来的。现有技术的ANPC整流器的PWM调制方法的提出是为了平衡功率损耗分布。目前有如下几种方法：1)传统PWM策略，因零电压状态下的开关状态不同又可分为两种方式，然而这两种方式在损耗分布方面的改善并不有效；2)自然倍频法，该方法由前两种方式衍生而来，表现较为平庸，损耗分布仍不够平均；3)可调节损耗分布调制方法，该方法可使器件损耗在一个基波周期内平均分布，但包含多种开关状态和2个换流模式，不够简便；4)单一零状态调制方法，该方法可以得到较低的总损耗，但损耗分布并不平均。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法，通过在正电压状态到零电压状态及负电压状态到零电压状态过程中增加一组开关暂态，从而平均开关损耗分布，及内侧开关和外侧开关的导通损耗。为实现上述专利技术目的，本专利技术一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、采集直流电源电压Udc，额定功率Pload和调制度M，得到三相的参考电压，即低频正弦调制信号电压Uref_abc；(2)、设置PWM开关频率Fsw和采样时间Ts，采集同相叠加的高频三角载波信号电压；(3)、比较低频正弦调制信号电压和高频三角载波信号电压的大小，得到每相当前输出电压状态；(4)、根据每相当前输出电压状态的切换，确定出相应的每相桥臂开关状态以及开关状态间的切换关系；(5)、根据每相桥臂开关状态间的切换关系，确定有源开关器件的开通与关断，从而得到PWM信号，再通过PWM信号控制有源中点钳位型三电平逆变器，实现调制策略。其中，所述的步骤(3)中，通过对低频正弦调制信号电压和高频三角载波信号电压进行以下比较，得到3种输出电压：(2.1)、当低频正弦调制信号电压为正且大于高频三角载波信号电压时，当前输出电压状态为正电压+Udc/2；(2.2)、当低频正弦调制信号电压为负且小于高频三角载波信号电压时，当前输出电压状态为负电压-Udc/2；(2.3)、当低频正弦调制信号电压为正但小于高频三角载波信号电压时，或低频正弦调制信号电压为负但大于高频三角载波信号电压时，当前输出零电压状态。进一步的，所述的步骤(4)中，每相桥臂开关状态包括：P状态、N状态、状态O+和状态O-，暂态O+out和暂态O-out；开关状态及相应开关的开断情况如下：(3.1)、输出正电压时，开关状态为P状态，此时上桥臂外侧开关S1x、上桥臂内侧开关S2x和钳位开关S6x开通，其余开关关断，其中，x＝a、b、c，表示三相；(3.2)、输出负电压时，开关状态为N状态，此时将下桥臂内侧开关S3x、下桥臂外侧开关S4x和钳位开关S5x开通，其余开关关断；(3.3)、输出零电压时，开关状态为状态O+或状态O-，开关状态为状态O+时，开关S1x、S3x和S6x开通，其余开关关断，开关状态为O-时，开关S2x、S4x和S5x开通，其余开关关断；(3.4)、开关状态为暂态O+out时，开关S2x、S3x和S6x开通，其余开关关断，开关状态为暂态O-out时，开关S2x、S3x和S5x开通，其余开关关断。更进一步的，所述的步骤(4)中，开关状态间的切换关系为：(4.1)、输出电压从正电压状态切换为零电压状态时，开关状态先从P状态切换为暂态O+out，先将开关S1x关断，再开通S3x，暂态工作时间较为短暂，稍后即从暂态O+out切换到O+，先将开关S2x关断，再开通S1x；(4.2)、输出电压从零电压状态切换为正电压状态时，开关状态从O+切换为P状态，先将开关S3x关断，再将S2x开通；(4.3)、输出电压从负电压状态切换为零电压状态时，开关状态先从N状态切换为暂态O-out，将开关S4x关断，S2x开通，暂态工作时间较为短暂，稍后即从暂态O-out切换到O-，先关断开关S3x，再开通S4x；(4.4)、输出电压从零电压状态切换为负电压状态时，开关状态从O-切换为N状态，将开关S2x关断，S3x开通。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术为一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法，在有源中点钳位型三电平逆变器传统PWM方法中的开关状态中增加两种暂态O+out和O-out，在从状态P转换到状态O+的换流过程中增加暂态O+out，在从状态N转换为状态O-的换流过程中增加暂态O-out，将有源开关器件产生的开关损耗分散，由外侧和内侧开关分别承担关断损耗和开通损耗，以平衡内外侧有源开关器件的开关损耗。同时，本专利技术一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法还具有以下有益效果：(1)、该方法不仅可以平衡有源开关器件的导通损耗分布，还可以平衡内侧开关和外侧开关之间的开关损耗；(2)、与传统有源中点钳位型三电平逆变器的调制方法相比，该方法采用较为简单的方式就可以使损耗分布更平均；(3)、该方法在单位功率因数条件下，效果更为突出，适用于很多可再生能源生产系统。附图说明图1是本专利技术一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法的流程图；图2是本专利技术基于有源中点钳位型三电平逆变器的电路原理图；图3是A相桥臂器件及电流通路说明图；图4是一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法原理图；图5是有源中点钳位型三电平逆变器对于正半周的换流示意图；图6是功率因数为1，调制度为0.9时，使用本专利技术后的损耗分布结果图；图7是有源中点钳位型三电平逆变器在不同调制度M和PF＝1条件下，使用不同调制方法后，承担损耗最大器件的功率损耗对比曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例为了方便描述，先对具体实施方式中出现的相关专业术语进行说明：ANPC(ActiveNeutral-Point-Clamped)：有源中点钳位型；3L-ANPC(Three-LevelActiveNeutral-Point-Clamped)：有源中点钳位型三电平逆变器；PWM(PulseWidthModulation)：脉冲宽度调制；IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)：绝缘栅双极型晶体管。图1是本专利技术一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法的流程图。在本实施例中，如图1所示，一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法，包括以下步骤：(1)、根据图2，采集直流电源电压Udc＝700V，额定功率Pl本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、采集直流电源电压U

【技术特征摘要】
1.一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、采集直流电源电压Udc，额定功率Pload和调制度M，得到三相的参考电压，即低频正弦调制信号电压Uref_abc；(2)、设置PWM开关频率Fsw和采样时间Ts，采集同相叠加的高频三角载波信号电压；(3)、比较低频正弦调制信号电压和高频三角载波信号电压的大小，得到每相当前输出电压状态；(4)、根据每相当前输出电压状态的切换，确定出相应的每相桥臂开关状态以及开关状态间的切换关系；(5)、根据每相桥臂开关状态间的切换关系，确定有源开关器件的开通与关断，从而得到PWM信号，再通过PW信号控制有源中点钳位型三电平逆变器，实现调制策略。2.根据权利要求1所述的一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，通过对低频正弦调制信号电压和高频三角载波信号电压进行以下比较，得到3种输出电压：(2.1)、当低频正弦调制信号电压为正且大于高频三角载波信号电压时，当前输出电压状态为正电压+Udc/2；(2.2)、当低频正弦调制信号电压为负且小于高频三角载波信号电压时，当前输出电压状态为负电压-Udc/2；(2.3)、当低频正弦调制信号电压为正但小于高频三角载波信号电压时，或低频正弦调制信号电压为负但大于高频三角载波信号电压时，当前输出零电压状态。3.根据权利要求1所述的一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，每相桥臂开关状态包括：P状态、N状态、状态O+和状态O-，暂态O+out和暂态O-out；开关状态及相应开关的开断情况如下：(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张刚，黄静洋，谢川，李凯，邹见效，徐红兵，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51