一种降低变流器输出电压变化率的电路及控制方法技术

本申请实施例公开了一种降低变流器输出dv/dt的电路及控制方法，其中，该电路包括至少一个单相桥结构，该单相桥结构包括时序交错的两相并联桥臂、相间变压器和控制器，两相并联桥臂包括并联连接的第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂的中点通过相间变压器连接第二桥臂的中点；控制器用于根据变流器的母线电压、负载允许的dv/dt、该变流器与该负载之间的电缆的寄生参数以及负载的寄生参数，确定第一桥臂与第二桥臂间的开关时间差，并根据上位机下发的脉冲控制信号和该开关时间差，控制第一桥臂和第二桥臂的开关。该电路既能有效地降低变流器输出的dv/dt以及过电压，又能减少在此过程中额外产生的损耗。

A circuit and control method to reduce the change rate of output voltage of converter

【技术实现步骤摘要】
一种降低变流器输出电压变化率的电路及控制方法
本申请涉及电力电子与电气传动
，具体涉及一种降低变流器输出电压变化率的电路及控制方法。
技术介绍
在实际应用中，为了实现高开关频率和低损耗，部署在变流器中的开关器件(如IGBT器件、SiC器件等)普遍具有较高的电压变化率(DeltaVoltageDeltaTime，dv/dt)，因此通常会导致变流器输出的dv/dt过高，通过电缆后因线缆反射会进一步导致负载侧存在更高的dv/dt和过电压，这对于负载的绝缘以及长期运行可靠性会产生很大的影响。针对上述技术问题，目前已有的实现方式普遍采用基于电感电容电阻(InductorandCapacitorandResistor，LCR)的滤波器结构来解决，不同的实现方式在对共模和差模电压处理方面可能存在一些差异，因而不同的实现方式实际采用的电路结构可能存在细微的差别，但是就对变流器输出的dv/dt进行控制而言，目前已有的实现方式均是基于LCR滤波器结构实现的。然而，经本申请专利技术人研究发现，在实际应用中采用上述实现方式降低变流器输出的dv/dt，必须通过阻尼元件使得LCR滤波器工作在临界阻尼状态附近，每一次电压变化，阻尼元件都会相应地消耗能量，因此存在较高的阻尼损耗。此外，滤波电感本身存在的基波电流、变流器输出的谐波电流和LCR滤波器的谐振电流都会引起电感磁芯损耗，可见，LCR滤波器中的滤波电感本身也存在较大的损耗。
技术实现思路
本申请实施例提供了一种降低变流器输出电压变化率的电路及控制方法，既能有效地降低变流器输出的dv/dt以及过电压，又能够减少在此过程中额外产生的损耗。有鉴于此，本申请第一方面提供了一种降低变流器输出电压变化率的电路，所述电路包括至少一个单相桥结构，所述单相桥结构包括：时序交错的两相并联桥臂、相间变压器和控制器；所述两相并联桥臂包括并联连接的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂的中点通过所述相间变压器连接所述第二桥臂的中点；所述控制器，用于根据变流器的母线电压、负载允许的电压变化率、所述变流器与所述负载间的电缆的寄生参数以及所述负载的寄生参数，确定开关时间差；并根据上位机下发的脉冲控制信号和所述开关时间差，控制所述第一桥臂和所述第二桥臂的开关。本申请第二方面提供了一种控制方法，所述方法应用于控制器，所述控制器用于控制第一方面所述电路的单相桥结构中的两相并联桥臂的开关；所述方法包括：根据变流器的母线电压、负载允许的电压变化率、所述变流器与所述负载间的电缆的寄生参数，确定开关时间差；根据上位机下发的脉冲控制信号和所述开关时间差，控制所述两相并联桥臂中第一桥臂和第二桥臂的开关。从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：本申请实施例提供了一种降低变流器输出dv/dt的电路，该电路包括至少一个单相桥结构，该单相桥结构包括时序交错的两相并联桥臂、相间变压器和控制器，其中，两相并联桥臂包括并联连接的第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂的中点通过相间变压器连接第二桥臂的中点；控制器用于根据变流器的母线电压、负载允许的电压变化率、该变流器与该负载之间的电缆的寄生参数以及负载的寄生参数，确定第一桥臂与第二桥臂间的开关时间差，进而根据上位机下发的脉冲控制信号和该开关时间差，控制第一桥臂和第二桥臂的开关。在上述变流器中，控制器可以通过调整两相并联桥臂的交错开关时间差，使得电缆和负载的寄生参数工作在准稳态谐振状态，如此可以有效地降低变流器输出的dv/dt以及过电压。另外，相比传统的基于LCR滤波器降低变流器输出dv/dt的实现方案，本申请提供的电路结构无需引入任何阻尼元件，可以采用空心电抗器或电缆的寄生电感，实现了变流器输出dv/dt的低损耗滤波。附图说明图1为本申请实施例提供的三相逆变器与负载的简化连接关系示意图；图2为本申请实施例提供的一种降低变流器输出dv/vt的电路中单相桥结构的示意图；图3为本申请实施例提供的一种控制模式示意图；图4为本申请实施例提供的一种降低变流器输出dv/vt的电路中单相桥结构的示意图；图5为本申请实施例提供的一种降低变流器输出dv/vt的电路中单相桥结构的示意图；图6为本申请实施例提供的一种降低变流器输出dv/vt的电路中单相桥结构的示意图；图7为本申请实施例提供的一种降低变流器输出dv/vt的电路中单相桥结构的示意图；图8为本申请实施例提供的一种降低变流器输出dv/vt的电路中单相桥结构的示意图；图9为本申请实施例提供的一种降低变流器输出dv/vt的电路中单相桥结构的示意图；图10为本申请实施例提供的一种降低变流器输出dv/vt的电路中单相桥结构的示意图；图11为本申请实施例提供的另一种控制模式示意图；图12为本申请实施例提供的又一种控制模式示意图；图13为现有技术中的变流器输出的电压波形与负载侧的电压波形；图14为采用了本申请实施例提供的电路的变流器输出的电压波形与负载侧的电压波形；图15为本申请实施例提供的控制方法的流程示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。以本申请实施例提供的降低变流器输出dv/dt的电路应用于三相逆变器为例，图1所示即为三相逆变器与负载的简化连接关系示意图，三相交流电经三相逆变器逆变处理后转换为直流电，通过电缆输出至负载。本申请实施例提供的降低变流器输出dv/dt的电路部署在图1所示的三相逆变器中，该电路中的单相桥结构实质上即为图1中的桥臂A1，三相逆变器中相应地包括三个该单相桥结构。应理解，在实际应用中，本申请实施例提供的电路还可以部署在单相逆变器、H桥逆变器和多相逆变器中，单相逆变器、H桥逆变器和多相逆变器中分别包括单个桥臂A1、两个桥臂A1和多个桥臂A1。此外，本申请实施例提供的电路除了可以部署在逆变器中外，还可以部署在整流器、变频器中等等其他类型的变流器中。在此不对本申请实施例提供的电路具体适用的变流器的类型做任何限定，也不对该电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低变流器输出电压变化率的电路，其特征在于，所述电路包括至少一个单相桥结构，所述单相桥结构包括：时序交错的两相并联桥臂、相间变压器和控制器；/n所述两相并联桥臂包括并联连接的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂的中点通过所述相间变压器连接所述第二桥臂的中点；/n所述控制器，用于根据变流器的母线电压、负载允许的电压变化率、所述变流器与所述负载间的电缆的寄生参数以及所述负载的寄生参数，确定开关时间差；并根据上位机下发的脉冲控制信号和所述开关时间差，控制所述第一桥臂和所述第二桥臂的开关。/n

【技术特征摘要】
1.一种降低变流器输出电压变化率的电路，其特征在于，所述电路包括至少一个单相桥结构，所述单相桥结构包括：时序交错的两相并联桥臂、相间变压器和控制器；
所述两相并联桥臂包括并联连接的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂的中点通过所述相间变压器连接所述第二桥臂的中点；
所述控制器，用于根据变流器的母线电压、负载允许的电压变化率、所述变流器与所述负载间的电缆的寄生参数以及所述负载的寄生参数，确定开关时间差；并根据上位机下发的脉冲控制信号和所述开关时间差，控制所述第一桥臂和所述第二桥臂的开关。


2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制器具体用于：
根据所述母线电压和所述电压变化率，确定输出电压上升时间；
基于所述输出电压上升时间调整所述开关时间差，以使所述电缆和所述负载的寄生参数工作在准稳态谐振状态；
按照预设的交错开关时序和所述开关时间差，控制所述第一桥臂和所述第二桥臂的开关，以使所述相间变压器的差分电流小于预设阈值。


3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述单相桥结构还包括：差分电流传感器；
所述差分电流传感器，用于采集所述第一桥臂与所述第二桥臂之间的差分电流，并将所述差分电流传输至所述控制器；
所述控制器，具体用于根据所述差分电流确定所述第一桥臂和所述第二桥臂的交错开关时序，并根据所述交错开关时序、所述脉冲控制信号和所述开关时间差，控制所述第一桥臂和所述第二桥臂的开关，以使所述相间变压器的差分电流小于预设阈值。


4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述单相桥结构还包括：第一电流传感器和第二电流传感器；
所述第一电流传感器，用于采集所述第一桥臂的第一电流，并将所述第一电流传输至所述控制器；
所述第二电流传感器，用于采集所述第二桥臂的第二电流，并将所述第二电流传输至所述控制器；
所述控制器，具体用于根据所述第一电流和所述第二电流，确定所述第一桥臂与所述第二桥臂之间的差分电流，并根据所述差分电流确定所述第一桥臂和所述第二桥臂的交错开关时序；根据所述交错开关时序、所述脉冲控制信号和所述开关时间差，控制所述第一桥臂和所述第二桥臂的开关，以使所述相间变压器的差分电流小于预设阈值。


5.根据权利要求1至4任一项所述的电路，其特征在于，所述单相桥结构还包括：滤波电感和滤波电容；
所述滤波电感的第一端连接所述相间变压器中两个绕组的串联连接点，所述滤波电感的第二端连接所述变流器的输出端；
所述滤波电容的第一端连接所述滤波电感的第二端；当所述电路包括一个所述单相桥结构时，所述滤波电容的第二端连接所述变流器的母线负极；当所述电路包括多个所述单相桥结构时，所述滤波电容的第二端连接多个所述单相桥结构的公共点；
则所述控制器具体通过以下方式确定所述开关时间差：
根据所述母线电压和所述电压变化率，确定输出电压上升时间；
基于所述输出电压上升时间，调整所述开关时间差、所述滤波电感和所述滤波电容，以使所述滤波电感、所述滤波电容以及所述电缆和所述负载的寄生参数工作在准稳态谐振状态。


6.根据权利要求1至4任一项所述的电路，其特征在于，在所述负载侧部署有串联连接的滤波电感和滤波电容；
则所述控制器具体通过以下方式确定所述开关时间差：
根据所述母线电压和所述电压变化率，确定输出电压上升时间；
基于所述输出电压上升时间，调整所述开关时间差、所述滤波电感和所述滤波电容，以使所述滤波电感、所述滤波电容以及所述电缆和所述负载的寄生参数工作在准稳态谐振状态。


7.根据权利要求1至4任一项所述的电路，其特征在于，在所述负载侧部署有滤波电容；
则所述控制器具体通过以下方式确定所述开关时间差：
根据所述母线电压和所述电压变化率，确定输出电压上升时间；
基于所述输出电压上升时间，调整所述开关时间差和所述滤波电容，以使所述滤波电容以及所述电缆和所述负载的寄生参数工作在准稳态谐振状态。


8.根据权利要求1至4任一项所述的电路，其特征在于，所述单相桥结构还包括滤波电感；
所述滤波电感的第一端连接所述相间变压器中两个绕组的串联连接点，所述滤波电感的第二端连接所述变流器的输出端；
则所述控制器具体通过以下方式确定所述开关时间差：
根据所述母线电压和所述电压变化率，确定输出电压上升时间；
基于所述输出电压上升时间，调整所述开关时间差和所述滤波电感，以使所述滤波电感以及所述电缆和所述负载的寄生参数工作在准稳态谐振状态。


9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一桥臂的上开关和下开关以及所述第二桥臂的上开关和下开关均包括n个并联的功率半导体器件，所述n为大于或等于1的整数。


10.一种控制方法，其特征在于，所述方法应用于控制器，所述控制器用于控制权利要求1至9中任一项所述电路的单相桥结构中的两相并联桥臂的开关；所述方法包括：
根据变流器的母线电压、负载允许的电压变化率、所述变流器与所述负载间的电缆的寄生参数，确定开关时间差；
根据上位机下发的脉冲控制信号和所述开关时间差，控制所述两相并联桥臂中第一桥臂和第二桥臂的开关。


11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述根据变流器的母线电压、负载允许的电压变化率、所述变流器与所述负载间的电缆的寄生参数，确定开关时间差，包括：
根据所述母线电压和所述电压变化率，确定输出电压上升时间；
基于所述输出电压上升时间调整所述开关时间差，以使所述电缆和所述负载的寄生参数工作在准稳态谐振状态；
所述根据上位机下发的脉冲控制信号和所述开关时间差，控制所述两相并联桥臂中第一桥臂和第二桥臂的开关，包括：
按照预设的交错开关时序和所述开关时间差，控制所述第一桥臂和所述第二桥臂的开关，以使所述单相桥结构中的相间变压器的差分电流小于预设阈值。


12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述按照预设的交错开关时序和所述开关时间差，控制所述第一桥臂和所述第二桥臂的开关，包括：
在一个开关周期内，当根据所述脉冲控制信号确定开通上开关管、关断下开关管时，控制所述第一桥臂的上开关管开通、下开关管关断，间隔所述开关时间差后，控制所述第二桥臂的上开关管开通、下开关管关断；当根据所述脉冲控制信号确定开通下开关管、关断上开关管时，控制所述第一桥臂的上开关管关断、下开关管开通，间隔所述开关时间差后，控制所述第二桥臂的上开关管关断、下开关管开通；
或者，在一个开关周期内，当根据所述脉冲控制信号确定开通上开关管、关断下开关管时，控制所述第二桥臂的上开关管开通、下开关管关断，间隔所述开关时间差后，控制所述第一桥臂的上开关管开通、下开关管关断；当根据所述脉冲控制信号确定开通下开关管、关断上开关管时，控制所述第二桥...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯江华，梅文庆，窦泽春，陈燕平，朱武，谢舜蒙，吕永灿，忻兰苑，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43