一种适用于五电平变流器的调制方法技术

技术编号:20657000 阅读:54 留言:0更新日期:2019-03-23 08:25
本发明专利技术公开了一种适用于五电平变流器的调制方法,包括:将正弦调制波与从上至下依次层叠的四条三角载波进行比较,确定输出电平;每个载波周期采样一次悬浮电容电压值和输出电流值;根据得到的电平信号和采样信号,结合状态机的指示,得到开关管的驱动信号。本发明专利技术的适用于五电平变流器的调制方法,减小了换流时的开关损耗,且悬浮电容的容值可以大大减小,进而体积大大缩小,降低了变流器的成本。

A Modulation Method for Five-Level Converter

The invention discloses a modulation method suitable for five-level converter, which includes: comparing the sinusoidal modulation wave with four triangular carriers stacked from top to bottom to determine the output level; sampling the suspended capacitor voltage and output current once per carrier cycle; according to the obtained level signal and sampling signal, combining with the indication of state machine, obtaining the drive of switch tube. Signal. The invention is suitable for the modulation method of five-level converter, which reduces the switching loss during commutation, and the capacitance value of suspension capacitor can be greatly reduced, thereby greatly reducing the volume and the cost of the converter.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于五电平变流器的调制方法
本专利技术涉及智能电网领域,特别涉及一种适用于五电平变流器的调制方法。
技术介绍
现有的五电平变流器的电路中存在较多的开关管和电容,即电路存在较多的通流状态,而其中大部分会引起电容短路故障或主开关管电压应力的增大等问题。如何使得电路在换流过程中能尽可能保持在安全可靠的通流状态之下,并且减小换流时的开关损耗,是五电平变流器的电路研究与实际应用中亟需解决的问题。同时,五电平变流器中采用的悬浮电容电压虽然在一个电网周期能保持自平衡,但是实际运行中悬浮电容电压在半个电网周期内产生的波动已经足以影响输出电压的质量,传统解决方案是增大悬浮电容的容值来减小其电压波动的幅值。但是悬浮电容容值的提高意味着电容体积的增大,功率密度的下降以及成本的上升。如何通过其他途径减小悬浮电容电压波动,也是五电平变流器的电路研究与实际应用中亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术中存在的问题,提出一种适用于五电平变流器的调制方法,通过状态机的使用减小了换流时的开关损耗,同时能够在几个载波周期内实现悬浮电容电压的平衡,悬浮电容的容值可以大大减小,进而体积大大缩小,降低了变流器的成本。为解决上述技术问题,本专利技术是通过如下技术方案实现的:本专利技术提供一种适用于五电平变流器的调制方法,其包括:S11:将正弦调制波与从上至下依次层叠的四条三角载波进行比较,确定输出电平;四条所述三角载波的相位以及幅值相同,所述正弦调制波的幅值与四条三角载波层叠后的幅值相同;S12:每个载波周期采样一次悬浮电容电压值和输出电流值;S13:根据S11和S12得到的电平信号和采样信号,结合状态机的指示,得到开关管的驱动信号。较佳地,所述S11具体包括:S111:正弦调制波分别与四条从上之下依次层叠的同相位等幅值的三角载波进行比较,生成四个逻辑关系,若调制波高于载波,则生成1,若载波高于调制波,则生成0;S112:对四个逻辑关系进行判断,若四者均为1,则输出+2电平;若三者为1,另一为0,则输出+1电平;若两者为1,另两者为0,则输出0电平;若三者为0,另一为1,则输出-1电平;若四者均为0,则输出-2电平。较佳地,所述S12具体包括:S121:采样悬浮电容电压值,与其额定电压值比较,判定该给悬浮电容充电或者放电;S122,采样输出电流值,判定输出电流方向为正或者为负。较佳地,所述S13具体包括:S131:根据S12判定出的电流方向,在两个状态机中选出对应的一个状态机;S132:根据S11得到的电平信号,在状态机中选出对应的开关状态组合。较佳地,所述S132之后还包括:S133:若存在冗余的开关状态组合,结合S12判定的悬浮电容电压状态和/或当前正弦调制波的相位,唯一确定一个与之对应的开关状态组合,最后产生驱动信号,控制开关管的导通和关断。较佳地,所述S133中的结合S12判定的悬浮电容电压状态和/或当前正弦调制波的相位,唯一确定一个与之对应的开关状态组合具体为:当采样的悬浮电容电压值大于额定电压值时选择其中一种开关状态组合,当采用的悬浮电容电压值小于额定电压值时选择另一种开关状态组合;和/或,当当前正弦调制波处于正半周期时选择其中一种开关状态组合,当当前正弦调制波处于负半周期时选择另一种开关状态组合。较佳地,采用此调制方法的五电平变流器包括:第一电容C1、第二电容C2、悬浮电容C3、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7以及第八开关管S8;其中,直流侧包括:串联所述第一电容C1以及所述第二电容C2;所述悬浮电容C3位于交流侧;所述悬浮电容C3的正极通过第一开关管S1与所述交流侧的输出端相连,所述悬浮电容C3的负极通过所述第二开关管S2与所述交流侧的输出端相连;所述直流侧的正极与所述悬浮电容C3的正极通过所述第五开关管S5相连,所述直流侧的负极与所述悬浮电容C3的负极通过所述第七开关管S7相连;所述直流侧的中点通过串联的所述第六开关管S6以及所述第一二极管D1与所述悬浮电容C3的正极相连;所述直流侧的中点通过串联的所述第六开关管S6以及所述第四开关管S4与所述悬浮电容C3的负极相连;所述直流侧的中点还通过串联的所述第八开关管S8以及所述第三开关管S3与所述悬浮电容C3的正极相连;所述直流侧的中点还通过串联的所述第六开关管S6以及所述第二二极管D2与所述悬浮电容C3的负极相连。较佳地,所述五电平变流器的开关状态组合包括十六种,其中八种的输出电流为正方向,该八种开关状态组合组成一个状态机;另外八种的输出电流为负方向,该八种开关状态组合组成另一个状态机。较佳地,当输出电平对应的开关状态组合包括两种时,根据采样的悬浮电容电压值与额定电压值进行比较和/或根据当前正弦调制波的相位来选择;具体地为:当采样的悬浮电容电压值大于额定电压值时选择其中一种开关状态组合,当采用的悬浮电容电压值小于额定电压值时选择另一种开关状态组合;和/或,当当前正弦调制波处于正半周期时选择其中一种开关状态组合,当当前正弦调制波处于负半周期时选择另一种开关状态组合。相较于现有技术,本专利技术具有以下优点:(1)本专利技术的适用于五电平变流器的调制方法,通过状态机的使用,合理分配驱动信号,实现在每个状态机中相邻两个开关状态组合的切换不需要死区时间,避免了潜在的电压跳变和死区时间里的额外损耗;(2)本专利技术的适用于五电平变流器的调制方法,能够在几个载波周期内实现悬浮电容电压的平衡,因此悬浮电容的容值可以大大减小,悬浮电容的体积大大缩小,所以变流器的成本得以降低,同时功率密度显著提高;(3)本专利技术的适用于五电平变流器的调制方法,通过灵活运用冗余开关,减小了开关损耗,其中开关管S5、S7的开关频率可以降低至电网频率,S3、S4、S6、S8的开关频率可以降低至两倍的电网频率;(4)本专利技术的适用于五电平变流器的调制方法,因为每相都可以按照该调制方法产生相应的驱动信号,彼此不会相互影响,因此本专利技术不仅适用于单相电路,而且适用于三相三线制、三相四线制的五电平变流器电路.。当然,实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明下面结合附图对本专利技术的实施方式作进一步说明:图1是本专利技术一实施例的适用于五电平变流器的调制方法的流程图;图2是本专利技术一实施例的单相五电平变流器的电路结构示意图;图3是本专利技术一实施例在调制过程中将单相主电路拆分为正电流通路和负电流通路的正电流通路等效电路图;图4是本专利技术一实施例在调制过程中将单相主电路拆分为正电流通路和负电流通路的负电流通路等效电路图;图5是本专利技术一实施例在调制过程中开关状态组合为A1的正电流等效电路图;图6是本专利技术一实施例在调制过程中开关状态组合为B1的正电流等效电路图;图7是本专利技术一实施例在调制过程中开关状态组合为C1的正电流等效电路图;图8是本专利技术一实施例在调制过程中开关状态组合为D1的正电流等效电路图;图9是本专利技术一实施例在调制过程中开关状态组合为E1的正电流等效电路图;图10是本专利技术一实施例在调制过程中开关状态组合为F1的正电流等效电路图;图11是本专利技术一实施例在调制过程中开关状态组合为G1的正电流等效电路图;图12是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于五电平变流器的调制方法,其特征在于,包括:S11:将正弦调制波与从上至下依次层叠的四条三角载波进行比较,确定输出电平;四条所述三角载波的相位以及幅值相同,所述正弦调制波的幅值与四条三角载波层叠后的幅值相同;S12:每个载波周期采样一次悬浮电容电压值和输出电流值;S13:根据S11和S12得到的电平信号和采样信号,结合状态机的指示,得到开关管的驱动信号。

【技术特征摘要】
1.一种适用于五电平变流器的调制方法,其特征在于,包括:S11:将正弦调制波与从上至下依次层叠的四条三角载波进行比较,确定输出电平;四条所述三角载波的相位以及幅值相同,所述正弦调制波的幅值与四条三角载波层叠后的幅值相同;S12:每个载波周期采样一次悬浮电容电压值和输出电流值;S13:根据S11和S12得到的电平信号和采样信号,结合状态机的指示,得到开关管的驱动信号。2.根据权利要求1所述的适用于五电平变流器的调制方法,其特征在于,所述S11具体包括:S111:正弦调制波分别与四条从上之下依次层叠的同相位等幅值的三角载波进行比较,生成四个逻辑关系,若调制波高于载波,则生成1,若载波高于调制波,则生成0;S112:对四个逻辑关系进行判断,若四者均为1,则输出+2电平;若三者为1,另一为0,则输出+1电平;若两者为1,另两者为0,则输出0电平;若三者为0,另一为1,则输出-1电平;若四者均为0,则输出-2电平。3.根据权利要求1或2所述的适用于五电平变流器的调制方法,其特征在于,所述S12具体包括:S121:采样悬浮电容电压值,与其额定电压值比较,判定该给悬浮电容充电或者放电;S122,采样输出电流值,判定输出电流方向为正或者为负。4.根据权利要求3所述的适用于五电平变流器的调制方法,其特征在于,所述S13具体包括:S131:根据S12判定出的电流方向,在两个状态机中选出对应的一个状态机;S132:根据S11得到的电平信号,在状态机中选出对应的开关状态组合。5.根据权利要求4所述的适用于五电平变流器的调制方法,其特征在于,所述S132之后还包括:S133:若存在冗余的开关状态组合,结合S12判定的悬浮电容电压状态和/或当前正弦调制波的相位,唯一确定一个与之对应的开关状态组合,最后产生驱动信号,控制开关管的导通和关断。6.根据权利要求5所述的适用于五电平变流器的调制方法,其特征在于,所述S133中的结合S12判定的悬浮电容电压状态和/或当前正弦调制波的相位,唯一确定一个与之对应的开关状态组合具体为:当采样的悬浮电容电压值大于额定电压值时选择其中一种开关状态组合,当采用的悬浮电容电压值小于额定电压值时选择另一种开关状态组合;和...

【专利技术属性】
技术研发人员:郑帅李睿
申请(专利权)人:上海交通大学
类型:发明
国别省市:上海,31

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