单相NPC逆变器的中性点电位控制方法技术

通过在三角波载波信号相互交叉的定时按每1/2周期划分三角波载波信号来形成多个载波模式，这些载波模式是载波模式A和载波模式B。基于上臂直流电压检测值Ea、下臂直流电压检测值Eb和输出电流检测值Iout，从载波模式A和载波模式B中选择中性点电位得以平衡的载波模式。通过执行将所选择的载波模式与输出电压指令Vref进行比较的PWM操作，生成用于各开关的通/断信号。利用这些操作，在单相NPC逆变器中，在不改变切换定时的情况下控制直流电压的中性点电位。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单相NPC逆变器的中性点电位控制方法
本专利技术涉及创建用于控制三电平单相逆变器中的中性点电位的切换模式的方法。
技术介绍
图11是示出单相NPC逆变器的结构的例子的电路图。单相NPC逆变器包括：多个电容器，串联连接在直流电压源的两个端子之间，将两个端子之间的直流电压分成两半，该分压点是中性点；逆变器电路，具有多个开关并将直流电压转换为交流电压；以及切换信号生成电路，控制逆变器电路的开关的接通和断开。单相NPC逆变器能够在每个臂输出三个电平的电压。作为用于控制每个臂输出电压的代表性调制法，已知单极调制法。在单极调制法中，如图12中所示，提供了用于控制正电压的上三角波载波信号Caryp和用于控制负电压的下三角波载波信号Caryn。通过将三角波载波信号Caryp和Caryn与输出电压指令Vref进行比较，并且通过此量值关系，生成用于开关(图11中的S1u至S4u以及S1v至S4v)的选通信号。然后，通过控制开关S1u至S4u以及S1v至S4v的通/断(ON/OFF)，能够输出三个电平的电压。在图11中，IGBT被用作开关S1u至S4u以及S1v至S4v，但可以用自消弧切换设备来代替。作为与单相NPC逆变器相关的技术，在专利文献1中公开。然而，要求NPC逆变器控制图11所示的中性点NP的电位。这是因为，如果不执行中性点电位控制，则上臂的直流电压Ea与下臂的直流电压Eb不相等或不平衡并且因此输出电压Vout的失真增加。在单相NPC逆变器的情况下，已经提出了如专利文献1中所公开的方法，其中在三角波载波信号Caryp和Caryn与输出电压指令Vref进行一次比较之后，根据中性点电位来操作开关的通/断信号。然而，这种方法具有以下问题(1)至(4)。(1)操作复杂，并且需要具有快速计算处理性能的控制设备。结果是，控制设备的成本增加。(2)由于在确定输出电压指令Vref之后操作开关信号，所以这种操作干扰如死区时间补偿等控制开关定时的功能，并且因此控制操作容易变得不稳定。(3)在逆变器相互并联连接的情况下，逆变器之间的切换定时相互不同步。由于逆变器之间的切换定时失去同步，容易在并联连接的逆变器的输出端子之间流过横流电流(crosscurrent)。(4)例如，在如专利文献2中公开的串联单元多路复用逆变器以及如图10中所示的逆变器那样的逆变器相互串联连接的情况下，不可能执行控制使得切换定时相互不重叠。以下对问题(4)进行说明。例如，在NPC逆变器被应用于如图10中所示的串联单元多路复用型逆变器的单相逆变器单元的情况下，为了抑制串联单元多路复用型逆变器的输出端子之间(例如，U端子与V端子之间)的浪涌电压，控制相互串联连接的单相逆变器单元的切换定时以使相互不重叠。专利文献2公开了这种技术。然而，如果为了控制NPC逆变器的中性点电位而改变在整个系统中被确定为相互不重叠的切换定时，则发生切换定时相互重叠的组合，并且这导致输出浪涌电压的增加。如果输出浪涌电压增加，则会导致如逆变器负载的绝缘恶化等不良影响。另外，在需要控制图10中所示那样的多个NPC逆变器的系统中，存在主要执行控制的计算处理设备和控制切换的计算处理设备互不相同的情况。当NPC逆变器的中性点电位控制变得复杂时，这些计算处理设备之间的通信数据量增加，并且这要求高速且昂贵的通信模块。专利文献[专利文献1]日本未审专利公开No.JPH06-261551[专利文献2]日本未审专利公开No.JP2006-109688
技术实现思路
如上所述，挑战或任务是在单相NPC逆变器中不改变切换定时的情况下控制直流电压的中性点电位。本专利技术是鉴于上述技术问题而做出的。根据本专利技术的一个方面，提供了一种单相NPC逆变器的中性点电位控制方法，所述单相NPC逆变器包括：多个电容器，串联连接于直流电压源的两个端子之间，将两个端子之间的直流电压分成两半，其中分压点是中性点；逆变器电路，具有多个开关并将直流电压转换为交流电压；以及切换信号生成电路，控制逆变器电路的开关的通/断，该方法包括：在所述切换信号生成电路中，提供多个载波模式，所述多个载波模式是通过在三角波载波信号相互交叉的定时按每1/2周期划分三角波载波信号而形成的；基于上臂直流电压检测值、下臂直流电压检测值和输出电流检测值，从这多个载波模式中选择中性点电位得以平衡的载波模式；以及通过执行将所选择的载波模式与输出电压指令进行比较的PWM操作来生成用于各开关的通/断信号。所述多个载波模式是载波模式A和载波模式B，所述载波模式A是如下模式：其中U相上臂三角波载波信号在1/2周期的前1/4周期中从0.5减小到0并且在1/2周期的后1/4周期中从0增加到0.5，V相上臂三角波载波信号在1/2周期的前1/4周期中从0.5增加到1并且在1/2周期的后1/4周期中从1减小到0.5，U相下臂三角波载波信号在1/2周期的前1/4周期中从－0.5减小到－1并且在1/2周期的后1/4周期中从－1增加到－0.5，并且V相下臂三角波载波信号在1/2周期的前1/4周期中从－0.5增加到0并且在1/2周期的后1/4周期中从0减小到－0.5，并且载波模式B是如下模式：其中U相上臂三角波载波信号在1/2周期的前1/4周期中从0.5增加到1并且在1/2周期的后1/4周期中从1减小到0.5，V相上臂三角波载波信号在1/2周期的前1/4周期中从0.5减小到0并且在1/2周期的后1/4周期中从0增加到0.5，U相下臂三角波载波信号在1/2周期的前1/4周期中从－0.5增加到0并且在1/2周期的后1/4周期中从0减小到－0.5，并且V相下臂三角波载波信号在1/2周期的前1/4周期中从－0.5减小到－1并且在1/2周期的后1/4周期中从－1增加到－0.5。所述多个载波模式是载波模式C和载波模式D，所述载波模式C是如下模式：其中U相上臂三角波载波信号在1/2周期的前1/4周期中从0.5减小到0并且在1/2周期的后1/4周期中从0增加到0.5，V相上臂三角波载波信号在1/2周期的前1/4周期中从0.5增加到1并且在1/2周期的后1/4周期中从1减小到0.5，U相下臂三角波载波信号在1/2周期的前1/4周期中从－0.5增加到0并且在1/2周期的后1/4周期中从0减小到－0.5，并且V相下臂三角波载波信号在1/2周期的前1/4周期中从－0.5减小到－1并且在1/2周期的后1/4周期中从－1增加到－0.5，并且载波模式D是如下模式：其中U相上臂三角波载波信号在1/2周期的前1/4周期中从0.5增加到1并且在1/2周期的后1/4周期中从1减小到0.5，V相上臂三角波载波信号在1/2周期的前1/4周期中从0.5减小到0并且在1/2周期的后1/4周期中从0增加到0.5，U相下臂三角波载波信号在1/2周期的前1/4周期中从－0.5减小到－1并且在1/2周期的后1/4周期中从－1增加到－0.5，并且V相下臂三角波载波信号在1/2周期的前1/4周期中从－0.5增加到0并且在1/2周期的后1/4周期中从0减小到－0.5。根据本专利技术的另一方面，提供了一种单相NPC逆变器的中性点电位控制方法，所述单相NPC逆变器包括：多个电容器，串联连接于直流电压源的两个端子之间，将两个端子之间的直流电压分成两半，其中分压点是中性点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相NPC逆变器的中性点电位控制方法，所述单相NPC逆变器包括：多个电容器，串联连接于直流电压源的两个端子之间，将所述两个端子之间的直流电压分成两半，其中，分压点是中性点；逆变器电路，具有多个开关并将所述直流电压转换为交流电压；以及切换信号生成电路，控制所述逆变器电路的所述开关的通/断，所述方法包括：在所述切换信号生成电路中，提供多个载波模式，所述多个载波模式是通过在三角波载波信号相互交叉的定时按每1/2周期划分所述三角波载波信号而形成的；基于上臂直流电压检测值、下臂直流电压检测值和输出电流检测值，从所述多个载波模式中选择中性点电位得以平衡的载波模式；以及通过执行将所选择的载波模式与输出电压指令进行比较的PWM操作，生成用于各开关的通/断信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.11 JP 2014-1632681.一种单相NPC逆变器的中性点电位控制方法，所述单相NPC逆变器包括：多个电容器，串联连接于直流电压源的两个端子之间，将所述两个端子之间的直流电压分成两半，其中，分压点是中性点；逆变器电路，具有多个开关并将所述直流电压转换为交流电压；以及切换信号生成电路，控制所述逆变器电路的所述开关的通/断，所述方法包括：在所述切换信号生成电路中，提供多个载波模式，所述多个载波模式是通过在三角波载波信号相互交叉的定时按每1/2周期划分所述三角波载波信号而形成的；基于上臂直流电压检测值、下臂直流电压检测值和输出电流检测值，从所述多个载波模式中选择中性点电位得以平衡的载波模式；以及通过执行将所选择的载波模式与输出电压指令进行比较的PWM操作，生成用于各开关的通/断信号。2.根据权利要求1所述的单相NPC逆变器的中性点电位控制方法，其中，所述多个载波模式是载波模式A和载波模式B，所述载波模式A是如下模式：其中，U相上臂三角波载波信号在所述1/2周期的前1/4周期中从0.5减小到0并且在所述1/2周期的后1/4周期中从0增加到0.5，V相上臂三角波载波信号在所述1/2周期的所述前1/4周期中从0.5增加到1并且在所述1/2周期的所述后1/4周期中从1减小到0.5，U相下臂三角波载波信号在所述1/2周期的所述前1/4周期中从－0.5减小到－1并且在所述1/2周期的所述后1/4周期中从－1增加到－0.5，并且V相下臂三角波载波信号在所述1/2周期的所述前1/4周期中从－0.5增加到0并且在所述1/2周期的所述后1/4周期中从0减小到－0.5，并且所述载波模式B是如下模式：其中，所述U相上臂三角波载波信号在所述1/2周期的所述前1/4周期中从0.5增加到1并且在所述1/2周期的所述后1/4周期中从1减小到0.5，所述V相上臂三角波载波信号在所述1/2周期的所述前1/4周期中从0.5减小到0并且在所述1/2周期的所述后1/4周期中从0增加到0.5，所述U相下臂三角波载波信号在所述1/2周期的所述前1/4周期中从－0.5增加到0并且在所述1/2周期的所述后1/4周期中从0减小到－0.5，并且所述V相下臂三角波载波信号在所述1/2周期的所述前1/4周期中从－0.5减小到－1并且在所述1/2周期的所述后1/4周期中从－1增加到－0.5。3.根据权利要求1所述的单相NPC逆变器的中性点电位控制方法，其中，所述多个载波模式是载波模式C和载波模式D，所述载波模式C是如...

【专利技术属性】
技术研发人员：小仓和也，
申请(专利权)人：株式会社明电舍，
类型：发明
国别省市：日本,JP