基于输入端串联电压切换的逆变器及其短路损耗抑制方法技术

技术编号:17783533 阅读:102 留言:0更新日期:2018-04-22 14:29
本发明专利技术公开了一种基于输入端串联电压切换的逆变器及其短路损耗抑制方法,方法包括:将前级直直变换器的输出直流电压作为后级逆变器的输入直流电压;利用后级逆变器电压外环反馈逆变器输出电压、电感电流信号双闭环控制,得到后级逆变器桥臂开关器件的脉冲控制信号,以实现逆变器输出短路限流;并且,将电感电流信号经过整流滤波变换为直流电压信号,并与比较参考信号经过比较,根据比较结果控制前级直直变换器的输出串联模块,调整直流电压大小。逆变器包括:前级直直变换器和后级逆变器、短路状态保持判断模块、输出串联电压切换模块。本发明专利技术能够更快速的在短路瞬间实现逆变器电压应力降低,在动态过程中更好的抑制逆变器短路时开关器件的损耗。

【技术实现步骤摘要】
基于输入端串联电压切换的逆变器及其短路损耗抑制方法
本专利技术涉及一种基于输入端串联电压切换的逆变器及其短路损耗抑制方法,属于电能变换装置的

技术介绍
目前新能源、飞机及电动汽车中的电源系统等分布式电能系统中,采用SPWM调制方式的单相或三相逆变器以其能量转换效率高、提供的交流电能谐波含量小、控制灵活等优点得到了广泛的应用。为了提高整机的EMI与EMC电气性能,在大多数应用场合需要采用输入端与逆变器输出端隔离的电气拓扑结构,为了降低整机体积重量,该隔离功能大多采用高频磁隔离方式实现,因此往往需要在逆变器的输入前级采用DC/DC隔离变换器生成稳定的直流电压,作为后级逆变器的输入电压。此外,为了提高整机的可靠性和安全性,需要逆变器具备在一段时间内承受一定的短路电流的能力,从而能够熔断保护装置,并在故障排除后快速切换回正常工作状态,实现逆变系统的短路保护。更长的短路承受时间是衡量逆变系统可靠性和安全性的一个重要指标。在传统短路方式下,逆变器开关器件不仅要承受远大于额定电流的短路电流,且要承受较高的输入侧电压应力,上述条件在SPWM调制高频开关状态下导致开关器件损耗较高,降低了逆变系统在短路状态下的短路时间与可靠性。因此非常有必要开发逆变器短路状态下开关器件损耗抑制的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足,提供一种基于输入端串联电压切换的逆变器及其短路损耗抑制方法,解决现有的逆变器在SPWM调制高频开关状态下导致开关器件损耗较高,导致逆变系统在短路状态下的短路时间短与可靠性低的问题。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题:基于输入端串联电压切换的逆变器短路损耗抑制方法,包括以下步骤:将前级直直变换器的输出直流电压作为后级逆变器的输入直流电压;利用获取的后级逆变器中电压外环反馈逆变器输出电压Vaco、后级逆变器中电感电流信号反馈值IL进行双闭环控制,得到后级逆变器桥臂开关器件的脉冲控制信号Sw,以实现后级逆变器输出短路限流;并且,将所述后级逆变器中电感电流信号反馈值IL经过整流滤波变换为直流电压信号ILd,并将其与比较参考信号ILf经过比较,根据比较结果控制前级直直变换器的输出直流电压大小。进一步地,作为本专利技术的一种优选技术方案,所述方法中进行双闭环控制,具体包括以下步骤:将获取的后级逆变器电压外环反馈逆变器输出电压Vaco与输出交流电压基准Vacref进行比较后经过PID环节运算,得到的控制信号Iref作为电流内环的电感电流基准信号,并与后级逆变器中电感电流信号IL比较后经过PID环节运算,得到交流控制信号;将所述交流控制信号经过SPWM调制,得到后级逆变器桥臂开关器件的脉冲控制信号Sw。进一步地,作为本专利技术的一种优选技术方案,所述方法中根据比较结果控制前级直直变换器的输出直流电压大小,具体包括:当所述直流电压信号ILd大于比较参考信号ILf时,控制使前级直直变换器输出直流电压小于非短路状态的该数值;当所述直流电压信号ILd小于比较参考信号ILf时,控制前级直直变换器的输出直流电压为额定直流电压输出。本专利技术还提出一种基于输入端串联电压切换的逆变器,包括:前级直直变换器和后级逆变器,其中前级直直变换器的副边采用若干个输出模块串联的结构,且所述若干个输出模块将其输出直流电压作为后级逆变器的输入直流电压;短路状态保持判断模块,用于根据后级逆变器的输入直流电压进行双闭环控制,得到后级逆变器桥臂开关器件的脉冲控制信号Sw,以实现逆变器输出短路限流;且用于获得控制输出串联电压切换模块的切换控制信号;输出串联电压切换模块,用于根据切换控制信号控制切换所串联的前级直直变换器的输出模块数量,以控制前级直直变换器的输出直流电压大小。进一步地,作为本专利技术的一种优选技术方案,所述短路状态保持判断模块包括:电感电流监测单元,用于检测和反馈后级逆变器中电感电流信号反馈值IL;双闭环控制单元,用于根据获取的后级逆变器电压外环反馈逆变器输出电压Vaco和后级逆变器中电感电流信号反馈值IL进行双闭环控制,得到后级逆变器桥臂开关器件的脉冲控制信号Sw;及用于将所述后级逆变器中电感电流信号反馈值IL经过整流滤波变换为直流电压信号ILd,并将其与比较参考信号ILf比较,及根据比较结果获得输出串联电压切换模块的切换控制信号;进一步地,作为本专利技术的一种优选技术方案,所述输出串联电压切换模块包括:切换开关控制单元,用于接收切换控制信号并据此生成输出模块切换开关的选通控制信号;输出模块切换开关,用于根据选通控制信号切换所串联的前级直直变换器的输出模块数量,以控制前级直直变换器的输出直流电压大小。进一步地,作为本专利技术的一种优选技术方案,所述前级直直变换器的副边采用至少两个输出模块串联的结构。进一步地,作为本专利技术的一种优选技术方案,所述电感电流监测单元采用LEM传感器。进一步地,作为本专利技术的一种优选技术方案,所述输出模块切换开关采用多组单刀可控开关构成。本专利技术采用上述技术方案,能产生如下技术效果:本专利技术在高频隔离型输出电压串联直直变换器级联单相或三相逆变器的两级式拓扑中,将后级逆变器的短路故障判断信号发送给前级直直变换器,控制前级直直变换器的输出串联模块数量,以降低后级逆变器的输入电压等级,实现降低后级逆变器短路状态下开关器件损耗的目的。通过改变前级直直变换器输出串联模块的数量这一方式,由于是直接对输出电压等级进行切换,相较于调节前级直直变换器的输出电压环的信号基准,节省了环路调整所需要的动态响应时间,也避免了环路调整中的过调制现象,能够更快速的在短路瞬间实现逆变器的电压应力的降低,从而在动态过程中更好的抑制短路逆变器开关器件损耗。附图说明图1为本专利技术基于输入端串联电压切换的逆变器的结构示意图。图2为本专利技术中双闭环控制单元的工作原理图。图3(a)、图3(b)分别为未采用本专利技术提出的控制方法时后级逆变器短路状态下开关器件源漏极电压应力与电流波形图。图4(a)、图4(b)分别为本专利技术由额定负载切换为短路状态逆变器输出电压与滤波电感电流动态波形图。图5(a)、图5(b)、图5(c)分别为本专利技术逆变器由额定负载切换为短路状态前级直直变换器输出电压、逆变器开关源漏极电压波形、逆变器开关电流应力动态波形图。图6(a)、图6(b)分别为本专利技术中逆变器短路状态下桥臂开关管电压和电流应力波形图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的实施方式进行描述。如图1所示,本专利技术提供了一种基于输入端串联电压切换的逆变器及其短路损耗抑制方法,所述逆变器主要包括前级直直变换器原边逆变模块1、前级直直变换器单原边绕组多副边绕组结构高频变压器2、前级直直变换器副边输出模块3、后级逆变器4、短路状态保持判断模块5、输出串联电压切换模块;其中,所述短路状态保持判断模块5包括电感电流监测单元、双闭环控制单元6、短路状态反馈单元。以及输出串联电压切换模块包括切换开关控制单元、输出模块切换开关。本实施例中,以两套输出模块串联为例,输出模块切换开关优选采用多组单刀可控开关构成的选通电路7,包括触点a和b,及连通触点c。其连接是,前级直直变换器副边采用两个输出模块3的串联结构,且串联连接后将单刀可控开关的触点a连接在两个输出模块之间,及两个输出模块3采用串联结本文档来自技高网...
基于输入端串联电压切换的逆变器及其短路损耗抑制方法

【技术保护点】
基于输入端串联电压切换的逆变器短路损耗抑制方法,其特征在于,包括以下步骤:将前级直直变换器的输出直流电压作为后级逆变器的输入直流电压;利用获取的后级逆变器中电压外环反馈逆变器输出电压Vaco、后级逆变器中电感电流信号反馈值IL进行双闭环控制,得到后级逆变器桥臂开关器件的脉冲控制信号Sw,以实现后级逆变器输出短路限流;并且,将所述后级逆变器中电感电流信号反馈值IL经过整流滤波变换为直流电压信号ILd,并将其与比较参考信号ILf经过比较,根据比较结果控制前级直直变换器的输出直流电压大小。

【技术特征摘要】
1.基于输入端串联电压切换的逆变器短路损耗抑制方法,其特征在于,包括以下步骤:将前级直直变换器的输出直流电压作为后级逆变器的输入直流电压;利用获取的后级逆变器中电压外环反馈逆变器输出电压Vaco、后级逆变器中电感电流信号反馈值IL进行双闭环控制,得到后级逆变器桥臂开关器件的脉冲控制信号Sw,以实现后级逆变器输出短路限流;并且,将所述后级逆变器中电感电流信号反馈值IL经过整流滤波变换为直流电压信号ILd,并将其与比较参考信号ILf经过比较,根据比较结果控制前级直直变换器的输出直流电压大小。2.根据权利要求1所述基于输入端串联电压切换的逆变器短路损耗抑制方法,其特征在于,所述方法中进行双闭环控制,具体包括步骤:将获取的后级逆变器中电压外环反馈逆变器输出电压Vaco与输出交流电压基准Vacref进行比较后经过PID环节运算,得到的控制信号Iref作为电流内环的电感电流基准信号,并与后级逆变器中电感电流信号IL比较后经过PID环节运算,得到交流控制信号;将所述交流控制信号经过SPWM调制,得到后级逆变器桥臂开关器件的脉冲控制信号Sw。3.根据权利要求1所述基于输入端串联电压切换的逆变器短路损耗抑制方法,其特征在于,所述方法中根据比较结果控制前级直直变换器的输出直流电压大小,具体包括:当所述直流电压信号ILd大于比较参考信号ILf时,控制使前级直直变换器输出直流电压小于非短路状态的该数值;当所述直流电压信号ILd小于比较参考信号ILf时,控制前级直直变换器的输出直流电压为额定直流电压输出。4.基于输入端串联电压切换的逆变器,其特征在于,包括:前级直直变换器和后级逆变器,其中前级直直变换器的副边采用若干个输出模块串联的结构,且所述若干个输出模块将其输出直流电压作为后级逆...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈轶涵郭鸿浩刘泽远郭前岗
申请(专利权)人:南京邮电大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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