一种用于模块化多电平拓扑功率模块的死区精确控制方法技术

一种用于模块化多电平拓扑功率模块的死区精确控制方法，按照所述功率器件的开通和关断特性，确定在各种可能电流下，其开通和关断的最大延时Tmax；当电流流入功率模块时，上管保持闭锁，使得下管的实际动作时间相对于上位机指令延时为固定的Tmax；当电流流出功率模块时，下管保持闭锁，使得上管的实际动作时间相对于上位机指令延时为固定的Tmax；当电流变换方向时，计算因切换造成的调制误差，回送上位机，由上位机通过模块化多电平拓扑中的其他功率模块进行补偿。可以精确补偿因为死区、功率器件的开通关断延时所造成的影响，同时既可以实现各功率模块延时完全一致，也可以实现各功率模块的延时最小化。

A dead time precise control method for modular multilevel topology power modules

【技术实现步骤摘要】
一种用于模块化多电平拓扑功率模块的死区精确控制方法
本专利技术涉及电力电子
，特别涉及一种用于模块化多电平拓扑功率模块的死区精确控制方法。
技术介绍
电力电子装置的死区会导致输出电压畸变、输出电流谐波较大、以及系统性能变差的问题，传统的死区控制和调制误差补偿方法基本都是根据当前电流方向，根据死区的宽度，对输出到电力电子功率器件上的脉冲进行移位，以补偿死区的影响，如“CN201410148118-基于软件死区补偿的矢量控制器”、“CN201611136992-一种三电平T型逆变器死区消去及死区补偿联合方法”、“CN201810130390-一种电机传动PWM死区的补偿方法”等。这种方法控制复杂，需要提前预判可能发出的脉冲沿情况，而且要求功率模块中具有很强运算能力的CPU/FPGA。同时，这些方法没有真正考虑电力电子器件的动作时间，特别是电力电子器件的动作时间随电流的变化而变化。值得注意的是，死区本身就是因为电力电子器件的开通或关断有动作延时，而且动作延时不是恒定的，为了保护电力电子器件的安全，才加入了死区。所以死区本身和电力电子器件的开关动作延时在同一个数量级上，补偿死区而不补偿电力电子器件的动作延时没有意义。另外，为了对脉冲沿进行调整，对模块化多电平拓扑来说，需要预判可能发出的脉冲沿，实际实现中通常会增加电力电子装置的控制延时，毕竟实际装置不可能“预知”即将发出的脉冲的具体细节。柔性直流输电的换流阀、级联型无功补偿装置、级联型有源滤波装置、级联型高压变频装置都采用了模块化多电平结构，也称为级联拓扑。模块化多电平结构包括了大量的功率模块，每一个功率模块中都有一个或多个半桥结构或全球结构的电力电子器件，这些功率模块的死区同样会影响系统的谐波和控制性能。但是，与小功率变频器不同的是，这些功率模块的开关频率较低，典型在几十到几百Hz之间，而大功率的控制对功率模块延时、延时一致性的要求较高，否则容易出现各种中频震荡、次同步震荡问题，所以大功率电力电子设备的调制误差补偿不能沿用小功率电力电子设备的补偿方案。综上所述，模块化多电平拓扑控制中，需要一种既能精确控制、精确补偿调制误差的影响，又能降低系统控制延时，并保证系统延时一致的死区控制方法。同时希望这种方法不增加功率模块的控制复杂度，不增加其中控制器的成本。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中的技术问题，考虑到模块化多电平拓扑中的功率模块数量较大，某一个功率模块的调制误差可以用其他功率模块进行补偿，本专利技术提出了一种功率模块的死区精确控制方法，可以精确补偿因为死区、功率器件的开通关断延时所造成的影响，同时既可以实现各功率模块延时完全一致，也可以实现各功率模块的延时最小化。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种用于模块化多电平拓扑功率模块的死区精确控制方法，所述功率模块至少包括由两个功率器件：上管和下管，一个直流电容，由上管和下管串联组成的半桥或全桥桥臂，所述半桥或全桥桥臂和直流电容并联；所述功率模块接收上位机调制指令，并按要求执行调制指令。所述的控制方法包括如下：1)按照所述功率器件的开通和关断特性，确定在各种可能电流下，其开通和关断的最大延时Tmax；2)当电流流入功率模块时，上管保持闭锁，根据当前实际电流算出功率器件的对应延时Tx，然后控制功率模块延时(Tmax-Tx)后发出下管的脉冲，使得下管的实际动作时间相对于上位机指令延时为固定的Tmax；3)当电流流出功率模块时，下管保持闭锁，根据当前实际电流算出功率器件的对应延时Tx，然后控制功率模块延时(Tmax-Tx)后发出上管的脉冲，使得上管的实际动作时间相对于上位机指令延时为固定的Tmax；4)当电流变换方向时，计算因切换造成的调制误差，回送上位机，由上位机通过模块化多电平拓扑中的其他功率模块进行补偿。进一步地，当电流流入功率模块时，如果要求切除功率模块，根据当前电流估算出功率器件对应延时Tx为开通延时Ton，在收到上位机指令Tmax-Ton后开通下管；当电流流入功率模块时，如果要求投入功率模块，根据当前电流估算出功率器件对应延时Tx为关断延时Toff，在收到上位机指令Tmax-Toff后关断下管。进一步地，当电流流出功率模块时，如果要求投入功率模块，根据当前电流估算出功率器件对应延时Tx为开通延时Ton，在收到上位机指令Tmax-Ton后开通上管；当电流流出功率模块时，如果要求切除功率模块，根据当前电流估算出功率器件对应延时Tx为关断延时Toff，在收到上位机指令Tmax-Toff后关断上管。进一步地，当电流改变方向，从流出功率模块变为流入功率模块时，如果当前上位机指令为投入功率模块，立刻关闭上管；当电流改变方向，从流出功率模块变为流入功率模块时，如果当前上位机指令为切除功率模块，立刻开通下管，并根据当前电容电压和电流改变方向的时刻计算调制误差，上送上位机；当电流改变方向，从流入功率模块变为流出功率模块时，如果当前上位机指令为切除功率模块，立刻关闭下管；当电流改变方向，从流入功率模块变为流出功率模块时，如果当前上位机指令为投入功率模块，立刻开通上管，并根据当前电容电压和电流改变方向的时刻计算调制误差，上送上位机。本专利技术也可以采用以下技术实现，不强求延时一致，只是做到延时最小化：第二种用于模块化多电平拓扑功率模块的死区精确控制方法，所述功率模块至少包括由两个功率器件：上管和下管，一个直流电容，由上管和下管串联组成的半桥或全桥桥臂，所述半桥或全桥桥臂和直流电容并联；所述功率模块接收上位机调制指令，并按要求执行调制指令；所述的控制方法包括如下：1)当电流流入功率模块时，上管保持闭锁，依据调制指令立刻开通或关断下管；同时根据当前电流算出功率器件的实际延时Tx，计算出调制误差上送上位机；2)当电流流出功率模块时，下管保持闭锁，依据调制指令立刻开通或关断上管；同时根据当前电流算出功率器件的实际延时Tx，计算出调制误差上送上位机；3)当电流变换方向时，计算因切换造成的调制误差，回送上位机；4)上位机累计所有功率模块的调制误差的总和，并在后续控制周期中进行补偿。进一步地，当电流流入功率模块时，如果要求切除功率模块，在收到上位机指令后立刻开通下管；根据当前电流算出功率器件实际延时Tx的开通延时Ton，计算出调制误差为Vdc*Ton，上送上位机；当电流流入功率模块时，如果要求投入功率模块，在收到上位机指令后立刻关断下管；根据当前电流算出功率器件实际延时Tx的关断延时Toff，计算出调制误差Vdc*Toff，上送上位机。进一步地，当电流流出功率模块时，如果要求投入功率模块，在收到上位机指令后立刻开通上管；根据当前电流算出功率器件实际延时Tx的开通延时Ton，计算出调制误差为Vdc*Ton，上送上位机；Vdc为模块的直流电压；当电流流出功率模块时，如果要求切除功率模块，在收到上位机指令后立刻关断上管；根据当前电流算出功率器件实际延时Tx的关断延本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于模块化多电平拓扑功率模块的死区精确控制方法，所述功率模块至少包括由两个功率器件：上管和下管，一个直流电容，由上管和下管串联组成的半桥或全桥桥臂，所述半桥或全桥桥臂和直流电容并联；所述功率模块接收上位机调制指令，并按要求执行调制指令；其特征在于，所述的控制方法包括如下：/n1)按照所述功率器件的开通和关断特性，确定在各种可能电流下，其开通和关断的最大延时Tmax；/n2)当电流流入功率模块时，上管保持闭锁，根据当前实际电流算出功率器件的对应延时Tx，然后控制功率模块延时(Tmax-Tx)后发出下管的脉冲，使得下管的实际动作时间相对于上位机指令延时为固定的Tmax；/n3)当电流流出功率模块时，下管保持闭锁，根据当前实际电流算出功率器件的对应延时Tx，然后控制功率模块延时(Tmax-Tx)后发出上管的脉冲，使得上管的实际动作时间相对于上位机指令延时为固定的Tmax；/n4)当电流变换方向时，计算因切换造成的调制误差，回送上位机，由上位机通过模块化多电平拓扑中的其他功率模块进行补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于模块化多电平拓扑功率模块的死区精确控制方法，所述功率模块至少包括由两个功率器件：上管和下管，一个直流电容，由上管和下管串联组成的半桥或全桥桥臂，所述半桥或全桥桥臂和直流电容并联；所述功率模块接收上位机调制指令，并按要求执行调制指令；其特征在于，所述的控制方法包括如下：
1)按照所述功率器件的开通和关断特性，确定在各种可能电流下，其开通和关断的最大延时Tmax；
2)当电流流入功率模块时，上管保持闭锁，根据当前实际电流算出功率器件的对应延时Tx，然后控制功率模块延时(Tmax-Tx)后发出下管的脉冲，使得下管的实际动作时间相对于上位机指令延时为固定的Tmax；
3)当电流流出功率模块时，下管保持闭锁，根据当前实际电流算出功率器件的对应延时Tx，然后控制功率模块延时(Tmax-Tx)后发出上管的脉冲，使得上管的实际动作时间相对于上位机指令延时为固定的Tmax；
4)当电流变换方向时，计算因切换造成的调制误差，回送上位机，由上位机通过模块化多电平拓扑中的其他功率模块进行补偿。


2.根据权利要求1所述的一种用于模块化多电平拓扑功率模块的死区精确控制方法，其特征在于：
当电流流入功率模块时，如果要求切除功率模块，根据当前电流算出功率器件对应延时Tx，此时Tx为开通延时Ton，在收到上位机指令Tmax-Ton后开通下管；
当电流流入功率模块时，如果要求投入功率模块，根据当前电流算出功率器件对应延时Tx，此时Tx为关断延时Toff，在收到上位机指令Tmax-Toff后关断下管。


3.根据权利要求1所述的一种用于模块化多电平拓扑功率模块的死区精确控制方法，其特征在于：
当电流流出功率模块时，如果要求投入功率模块，根据当前电流算出功率器件对应延时Tx，此时Tx为开通延时Ton，在收到上位机指令Tmax-Ton后开通上管；
当电流流出功率模块时，如果要求切除功率模块，根据当前电流算出功率器件对应延时Tx，此时Tx为关断延时Toff，在收到上位机指令Tmax-Toff后关断上管。


4.根据权利要求1所述的一种用于模块化多电平拓扑功率模块的死区精确控制方法，其特征在于：
当电流改变方向，从流出功率模块变为流入功率模块时，如果当前上位机指令为投入功率模块，立刻关闭上管；
当电流改变方向，从流出功率模块变为流入功率模块时，如果当前上位机指令为切除功率模块，立刻开通下管，并根据当前电容电压和电流改变方向的时刻计算调制误差，上送上位机；
当电流改变方向，从流入功率模块变为流出功率模块时，如果当前上位机指令为切除功率模块，立刻关闭下管；
当电流改变方向，从流入功率模块变为流出功率模块时，如果当前上位机指令为投入功率模块，立刻开通上管，并根据当前电容电压和电流改变方向的时刻计算调制误差，上送上位机。


5.一种用于模块化多电平拓扑功率模块的死区精确控制方法，所述功率模块至少包括由两个功率器件：上管和下管，一个直流电容，由上管和下管串联组成的半桥或全桥桥臂，所述半桥或全桥桥臂和直流电容并联。所述功率模块接收上位机调制指令，并按要求执行调制指令；其特征在于，所述的控制方法包括如下：
1)当电流流入功率模块时，上管保持闭锁，依据调制指令立刻开通或关断下管；同时根据当前电流算出功率器件的实际延时Tx，计算出调制误差...

【专利技术属性】
技术研发人员：任成林，翁海清，易荣，胡雨龙，余琼，周竞宇，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司，荣信汇科电气技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44