一种适用于单电源二进制混合级联H桥多电平逆变器的调制及稳压控制方法技术

技术编号:18448611 阅读:29 留言:0更新日期:2018-07-14 11:52
本发明专利技术公开了一种适用于单电源二进制混合级联H桥多电平逆变器的调制及稳压控制方法。在调制中,将正弦调制波vref取绝对值得到的调制波vm与三角载波vca、vcb′、vcr1′、vcr2′和电压恒值2E进行比较,得到五个逻辑脉冲信号A、B、R1、R2、P,正弦调制波vref与零电压比较得极性脉冲信号D,将逻辑脉冲信号和极性脉冲信号经过驱动逻辑运算电路来产生一种优化的PWM驱动信号。在稳压控制中,辅助单元直流侧电压采样信号Vdc1、Vdc2与电压基准信号Vdc1*、Vdc2*进行运算得到的信号对三角载波vcb、vcr1、vcr2的幅值进行实时调节,进而结合调制实现辅助单元的稳压控制。本发明专利技术的控制方法可以控制电容电压稳定,且使逆变器输出电平数及输出电压等效开关频率增加,改善系统的输出特性。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于单电源二进制混合级联H桥多电平逆变器的调制及稳压控制方法
本专利技术属于多电平变流器PWM
,具体涉及一种适用于单电源二进制混合级联H桥多电平逆变器的调制及稳压控制方法。
技术介绍
传统的两电平功率变换技术由于受功率器件耐压、输出电压谐波性能等影响而不适用于高压大功率场合,而多电平功率变换技术减小了功率器件的电压应力,减少了输出电压的谐波含量,降低了dv/dt所造成的电磁干扰,成为高压大功率变换技术的研究热点。常见的多电平变换器有二极管钳位型、飞跨电容型和级联H桥型等。级联H桥型逆变器不存在电压不均衡问题,也无需钳位二极管或飞跨电容,它是多电平逆变器中输出同样数量电平而所需器件最少的一种,并且具有模块化和相电压冗余等特点,但它需要多个隔离的直流电源。为了减小输入电流的总谐波畸变,往往需要设计复杂的工频移相变压器,使得变换器成本提高。相比等压级联H桥型拓扑而言,直流侧电压不等的混合级联H桥拓扑能以较少的功率器件和直流电源,输出较多的电平数,在高压大功率变换领域具有较大的应用价值和广阔的发展前景。图1所示是一种混合级联H桥多电平逆变器拓扑,其由n个H桥单元级联而成。与传统的等压级联H桥型拓扑不同的是,该拓扑级联单元直流侧电压比呈二进制规律变化,即Vdc1∶Vdc2∶Vdc3∶…∶Vdcn=1∶2∶4∶…∶2n-1。此外,前n-1个级联单元为辅助单元,直流侧均为电容,第n个级联单元为主功率单元,直流侧为电压源。因此,该逆变器只需要单个直流源。调制策略是多电平变流器研究领域的关键技术,它与逆变器的拓扑结构相辅相成,直接决定着逆变器输出波形质量的好坏和系统效能的高低。对于图1所示拓扑,采用本专利技术的调制方法可以实现:1)逆变器输出电平数增加。除辅助单元以外,单个主功率单元可以输出三个电平,加入n-1个辅助单元之后,该逆变器的输出电平数可达2n+1,即输出电平数随着级联单元个数呈指数规律上升。2)输出电压等效开关频率增加。主功率单元采用单极性调制,输出开关频率为开关管的实际开关频率,加入n-1个辅助单元之后,逆变器输出电压的等效开关频率为主功率单元开关管实际开关频率的2n-1倍。在本专利技术的调制方法中,辅助单元不提供有功,只补偿高频谐波无功,改善输出电压的谐波特性,负载需要的有功功率由第n个电压等级最高的单元即主功率单元提供。此外,结合调制方法,本专利技术给出了相应的辅助单元的稳压控制方法,可以将辅助单元的直流侧电压有效地稳定在给定值。因此,本专利技术的调制及稳压控制方法对于减少逆变器直流源个数,提高输出电压波形质量具有重要的意义。本专利技术以3个级联单元为例详细分析该拓扑的调制原理及稳压控制方法。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是提出一种适用于单电源二进制混合级联H桥多电平逆变器的调制及稳压控制方法,在主功率单元承担逆变器有功功率输出的情况下,辅助单元的加入可以实现逆变器输出电平数及输出电压等效开关频率的指数规律上升,从而减少逆变器所需的直流源个数,改善系统的输出特性。技术方案本专利技术的技术方案如下:(1)该单电源二进制混合级联多电平逆变器由n个H桥单元级联而成,其中,前n-1个级联单元为辅助单元,直流侧均为电容,第n个级联单元为主功率单元,直流侧为电压源,且级联单元直流侧电压比呈二进制规律变化,即Vdc1∶Vdc2∶Vdc3∶…∶Vdcn=1∶2∶4∶…∶2n-1。(2)该方法的实现电路包括稳压控制单元、逻辑脉冲发生单元和驱动逻辑分配单元三部分。稳压控制单元由三角载波(vcb、vcr1、vcr2)、辅助单元1直流侧电压基准信号(Vdc1*)、辅助单元1直流侧电压采样信号(Vdc1)、辅助单元2直流侧电压基准信号(Vdc2*)、辅助单元2直流侧电压采样信号(Vdc2)、乘法器(M1~M3)和除法器(Div1~Div2)组成;逻辑脉冲发生单元由正弦调制波(vref)、绝对值运算电路(Abs)、三角载波(vca)、电压恒值2E和六个比较器(T1~T6)组成;驱动逻辑分配单元由十二个双输入与门(Y1~Y12)、八个双输入或门(Z1~Z8)和十二个非门(X1~X12)组成。其中,主功率单元对应的三角载波vca频率为fc,峰峰值为4E,介于0到4E之间;辅助单元2对应的三角载波vcb频率为fc,峰峰值为4E,介于0到4E之间,相位与三角载波vca相差180°;辅助单元1对应的三角载波vcr1和三角载波vcr2频率均为2fc,峰峰值均为2E。其中,三角载波vcr1介于0到2E之间,三角载波vcr2介于2E到4E之间。以三角载波vca的周期为基准,三角载波vcr1与零参考线的交点和三角载波vca、三角载波vcb与零参考线的交点相位相差90°,三角载波vcr2与三角载波vcr1相位互差90°,即两个载波呈交替反向层叠式排列。(3)在稳压控制单元中:辅助单元1直流侧电压基准信号Vdc1*和辅助单元1直流侧电压采样信号Vdc1接入除法器Div1的两个输入端,用辅助单元1直流侧电压基准信号Vdc1*除以辅助单元1直流侧电压采样信号Vdc1得到信号H1,信号H1和三角载波vcr1接入乘法器M1的两个输入端,经过乘运算得到三角载波vcr1′;信号H1和三角载波vcr2接入乘法器M2的两个输入端,经过乘运算得到三角载波vcr2′;辅助单元2直流侧电压基准信号Vdc2*和辅助单元2直流侧电压采样信号Vdc2接入除法器Div2的两个输入端,用辅助单元2直流侧电压基准信号Vdc2*除以辅助单元2直流侧电压采样信号Vdc2得到信号H2,信号H2和三角载波vcb接入乘法器M3的两个输入端,经过乘运算得到三角载波vcb′。(4)在逻辑脉冲发生单元中:正弦调制波vref接绝对值运算电路Abs的输入端,绝对值运算电路Abs的输出信号为调制波vm,调制波vm分别接入比较器T1~T2、T4~T6的正相输入端,三角载波vca接比较器T1的反相输入端,三角载波vcb′接比较器T2的反相输入端,三角载波vcr1′接比较器T4的反相输入端,三角载波vcr2′接比较器T5的反相输入端,电压恒值2E接比较器T6的反相输入端,正弦调制波vref接比较器T3的正相输入端,比较器T3的反相输入端接零参考电位。(5)在驱动逻辑分配单元中:比较器T6输出端经非门X8后和比较器T4的输出端接与门Y7的两个输入端,与门Y7的输出端和比较器T5的输出端接或门Z5的两个输入端,或门Z5的输出端和比较器T3的输出端接与门Y9的两个输入端,或门Z5的输出端接非门X9的输入端,比较器T3的输出端经非门X3后和非门X9的输出端接与门Y11的两个输入端,与门Y9的输出端和与门Y11的输出端接或门Z7的两个输入端,或门Z7的输出信号作为开关管Q11的驱动信号,或门Z7的输出端接非门X11后的输出信号作为开关管Q12的驱动信号;比较器T1输出端和比较器T2输出端接与门Y6的两个输入端,比较器T1输出端和比较器T2输出端接或门Z4的两个输入端,比较器T6输出端经非门X8后和或门Z4的输出端接与门Y8的两个输入端,与门Y8的输出端和与门Y6的输出端接或门Z6的两个输入端,或门Z6的输出端和比较器T3的输出端接与门Y10的两个输入端,或门Z6的输出端接非门X10的输入端,比较器T3的输出端经非门X3本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种适用于单电源二进制混合级联H桥多电平逆变器的调制及稳压控制方法,其特征在于:该方法的实现电路包括稳压控制单元、逻辑脉冲发生单元和驱动逻辑分配单元三部分,其中,稳压控制单元由三角载波vcb、三角载波vcr1、三角载波vcr2、辅助单元1直流侧电压基准信号Vdc1*、辅助单元1直流侧电压采样信号Vdc1、辅助单元2直流侧电压基准信号Vdc2*、辅助单元2直流侧电压采样信号Vdc2、乘法器M1~M3和除法器Div1~Div2组成;逻辑脉冲发生单元由正弦调制波vref、绝对值运算电路Abs、三角载波vca、电压恒值2E和六个比较器T1~T6组成;驱动逻辑分配单元由十二个双输入与门Y1~Y12、八个双输入或门Z1~Z8和十二个非门X1~X12组成,辅助单元1直流侧电压基准信号Vdc1*和辅助单元1直流侧电压采样信号Vdc1接入除法器Div1的两个输入端,用辅助单元1直流侧电压基准信号Vdc1*除以辅助单元1直流侧电压采样信号Vdc1得到信号H1,信号H1和三角载波vcr1接入乘法器M1的两个输入端,经过乘运算得到三角载波vcr1′;信号H1和三角载波vcr2接入乘法器M2的两个输入端,经过乘运算得到三角载波vcr2′;辅助单元2直流侧电压基准信号Vdc2*和辅助单元2直流侧电压采样信号Vdc2接入除法器Div2的两个输入端,用辅助单元2直流侧电压基准信号Vdc2*除以辅助单元2直流侧电压采样信号Vdc2得到信号H2,信号H2和三角载波vcb接入乘法器M3的两个输入端,经过乘运算得到三角载波vcb′,正弦调制波vref接绝对值运算电路Abs的输入端,绝对值运算电路Abs的输出信号为调制波vm,调制波vm分别接入比较器T1~T2、T4~T6的正相输入端,三角载波vca接比较器T1的反相输入端,三角载波vcb′接比较器T2的反相输入端,三角载波vcr1′接比较器T4的反相输入端,三角载波vcr2′接比较器T5的反相输入端,电压恒值2E接比较器T6的反相输入端,正弦调制波vref接比较器T3的正相输入端,比较器T3的反相输入端接零参考电位,比较器T6输出端经非门X8后和比较器T4的输出端接与门Y7的两个输入端,与门Y7的输出端和比较器T5的输出端接或门Z5的两个输入端,或门Z5的输出端和比较器T3的输出端接与门Y9的两个输入端,或门Z5的输出端接非门X9的输入端,比较器T3的输出端经非门X3后和非门X9的输出端接与门Y11的两个输入端,与门Y9的输出端和与门Y11的输出端接或门Z7的两个输入端,或门Z7的输出信号作为开关管Q11的驱动信号,或门Z7的输出端接非门X11后的输出信号作为开关管Q12的驱动信号;比较器T1输出端和比较器T2输出端接与门Y6的两个输入端,比较器T1输出端和比较器T2输出端接或门Z4的两个输入端,比较器T6输出端经非门X8后和或门Z4的输出端接与门Y8的两个输入端,与门Y8的输出端和与门Y6的输出端接或门Z6的两个输入端,或门Z6的输出端和比较器T3的输出端接与门Y10的两个输入端,或门Z6的输出端接非门X10的输入端,比较器T3的输出端经非门X3后和非门X10的输出端接与门Y12的两个输入端,与门Y10的输出端和与门Y12的输出端接或门Z8的两个输入端,或门Z8的输出信号作为开关管Q13的驱动信号,或门Z8的输出端接非门X12后的输出信号作为开关管Q14的驱动信号;比较器T1的输出端和比较器T3的输出端接与门Y4的两个输入端,比较器T1输出端接非门X1,比较器T3输出端经非门X3后和非门X1的输出端接与门Y1的两个输入端,与门Y1的输出端和与门Y4的输出端接或门Z2的两个输入端,或门Z2的输出信号作为开关管Q23的驱动信号,或门Z2的输出端接非门X6后的输出信号作为开关管Q24的驱动信号;比较器T2的输出端和比较器T3的输出端接与门Y5的两个输入端,比较器T2输出端接非门X2,比较器T3输出端经非门X3后和非门X2的输出端接与门Y2的两个输入端,与门Y2的输出端和与门Y5的输出端接或门Z3的两个输入端,或门Z3的输出信号作为开关管Q21的驱动信号,或门Z3的输出端接非门X7后的输出信号作为开关管Q22的驱动信号;比较器T1输出端经非门X1后和比较器T3的输出端接或门Z1的两个输入端,或门Z1的输出信号作为开关管Q31的驱动信号,或门Z1的输出端接非门X5后的输出信号作为开关管Q32的驱动信号;比较器T1的输出端和比较器T3的输出端接与门Y3的两个输入端,与门Y3的输出信号作为开关管Q34的驱动信号,与门Y3的输出端接非门X4后的输出信号作为开关管Q33的驱动信号。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于单电源二进制混合级联H桥多电平逆变器的调制及稳压控制方法,其特征在于:该方法的实现电路包括稳压控制单元、逻辑脉冲发生单元和驱动逻辑分配单元三部分,其中,稳压控制单元由三角载波vcb、三角载波vcr1、三角载波vcr2、辅助单元1直流侧电压基准信号Vdc1*、辅助单元1直流侧电压采样信号Vdc1、辅助单元2直流侧电压基准信号Vdc2*、辅助单元2直流侧电压采样信号Vdc2、乘法器M1~M3和除法器Div1~Div2组成;逻辑脉冲发生单元由正弦调制波vref、绝对值运算电路Abs、三角载波vca、电压恒值2E和六个比较器T1~T6组成;驱动逻辑分配单元由十二个双输入与门Y1~Y12、八个双输入或门Z1~Z8和十二个非门X1~X12组成,辅助单元1直流侧电压基准信号Vdc1*和辅助单元1直流侧电压采样信号Vdc1接入除法器Div1的两个输入端,用辅助单元1直流侧电压基准信号Vdc1*除以辅助单元1直流侧电压采样信号Vdc1得到信号H1,信号H1和三角载波vcr1接入乘法器M1的两个输入端,经过乘运算得到三角载波vcr1′;信号H1和三角载波vcr2接入乘法器M2的两个输入端,经过乘运算得到三角载波vcr2′;辅助单元2直流侧电压基准信号Vdc2*和辅助单元2直流侧电压采样信号Vdc2接入除法器Div2的两个输入端,用辅助单元2直流侧电压基准信号Vdc2*除以辅助单元2直流侧电压采样信号Vdc2得到信号H2,信号H2和三角载波vcb接入乘法器M3的两个输入端,经过乘运算得到三角载波vcb′,正弦调制波vref接绝对值运算电路Abs的输入端,绝对值运算电路Abs的输出信号为调制波vm,调制波vm分别接入比较器T1~T2、T4~T6的正相输入端,三角载波vca接比较器T1的反相输入端,三角载波vcb′接比较器T2的反相输入端,三角载波vcr1′接比较器T4的反相输入端,三角载波vcr2′接比较器T5的反相输入端,电压恒值2E接比较器T6的反相输入端,正弦调制波vref接比较器T3的正相输入端,比较器T3的反相输入端接零参考电位,比较器T6输出端经非门X8后和比较器T4的输出端接与门Y7的两个输入端,与门Y7的输出端和比较器T5的输出端接或门Z5的两个输入端,或门Z5的输出端和比较器T3的输出端接与门Y9的两个输入端,或门Z5的输出端接非门X9的输入端,比较器T3的输出端经非门X3后和非门X9的输出端接与门Y11的两个输入端,与门Y9的输出端和与门Y11的输出端接或门Z7的两个输入端,或门Z7的输出信号作为开关管Q11的驱动信号,或门Z7的输出端接非门X11后的输出信号作为开关管Q12的驱动信号;比较器T1输出端和比较器T2输出端接与门Y6的两个输入端,比较器T1输出端和比较器T2输出端接或门Z4的两个输入端,比较器T6输出端经非门X8后和或门Z4的输出端接与门Y8的两个输入端,与门Y8的输...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈仲许亚明刘亚云孙健博
申请(专利权)人:南京航空航天大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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