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/d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