一种ANPC三电平变流器控制系统及其调制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种ANPC三电平变流器控制系统及其调制方法，对控制器的两路输出信号进行解码，即可得到ANPC三电平的驱动信号，不需要控制器直接输出6路控制信号，大大节省了硬件资源，降低了控制器的成本。本发明专利技术提供的调制方法在开关状态变化时均实现短换流路径切换，降低开关管关断电压尖峰和二极管反向恢复尖峰，防止开关管过压损坏；并确保各开关管两端电压在不同开关状态均能够有效钳位，防止因电压浮动导致的过压损坏，保证ANPC三电平变流器安全工作，提升开关管使用寿命。提升开关管使用寿命。提升开关管使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种ANPC三电平变流器控制系统及其调制方法


[0001]本专利技术涉及一种ANPC三电平变流器控制系统及其调制方法，属于电力电子


技术介绍

[0002]为实现“双碳目标”，加快能源结构调整，国家大力推进新能源发电建设，变流器作为新能源发电的关键设备得到广泛应用。
[0003]在风光储系统中的变流器通常使用三电平拓扑，有源钳位型（ANPC）三电平拓扑由于其冗余的开关状态，控制更加灵活，ANPC拓扑由6个开关管T1~T6及其反并联二极管D1~D6组成，6个开关管需要6路控制信号。ANPC三电平变流器中各开关管承受1/2直流母线电压（1/2V
dc
），但是当开关管关断时，会在此基础产生一个额外的电压，称为关断尖峰电压，关断尖峰电压与硬件电路的杂散参数有关，杂散电感越大，关断尖峰电压越高，若叠加关断尖峰电压后大于开关管耐压值，则会造成开关管炸毁。
[0004]并且为了避免开关管出现直通风险，需要在开关管切换过程中增加死区，这样会导致ANPC变流器正负半周切换时，开关管两端电压存在无法有效钳位到1/2V
dc
的问题，若此时开关管两端电压大于1/2V
dc
，叠加关断电压尖峰后也可能会大于开关管耐压值，造成开关管炸毁。
[0005]为了防止电磁干扰，目前控制器输出信号大多为光信号，光信号只能够传递通断和通断时间等信息，通常每一个开关管需要单独的光信号进行。应用于NPC拓扑和TNPC拓扑的控制器为节省成本，通常只具备4路驱动信号，而ANPC拓扑需要额外2路驱动信号，故控制器无法通用，并且重新开发控制器成本较高。
[0006]因此，为了解决以上技术问题急需要设计一种新的ANPC三电平变流器控制系统。

技术实现思路

[0007]目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种ANPC三电平变流器控制系统及其调制方法，降低变流器控制器成本，提升控制器通用性，降低开关管关断时承受的尖峰电压，使开关管两端电压任何时刻都能有效钳位。
[0008]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：第一方面，一种ANPC三电平变流器控制系统，包括：控制器、光电解码器、驱动板。所述控制器根据三电平变流器的工况计算得到两路控制信号TX1、TX2，在三相变流器中，X表示三相交流电中A、B、C任意一相，第一路控制信号TX1为开关频率动作的信号，用来描述三电平变流器相调制电压的占空比，第二路控制信号TX2为工频动作的信号，用来描述三电平变流器调制电压正负；两路控制信号TX1、TX2通过光纤接入光电转换板后与光电解码器相连接；所述光电解码器将TX1、TX2两路光信号转换为6路电信号G1~G6接入驱动板，驱动板根据6路电信号G1~G6直接驱动三电平变流器上的开关管T1~T6的开关状态。
[0009]作为可选方案，当TX2为正、负、上升沿或下降沿时，TX1决定三电平变流器开关状
态切换逻辑时序。
[0010]作为可选方案，所述三电平变流器采用ANPC结构。
[0011]作为可选方案，所述三电平变流器开关状态，包括：开关状态P、O+、O、O
‑
和N。五种开关状态，如表1所示：开关状态T1T2T3T4T5T6输出电压P导通导通关断关断关断导通+V
dc
/2O+关断导通关断关断导通关断0O关断导通导通关断导通导通0O
‑
关断关断导通关断关断导通0N关断关断导通导通导通关断
‑
V
dc
/2第二方面，一种ANPC三电平变流器控制系统调制方法，包括如下步骤：TX2=1，TX1使开关状态在P和O+间相互切换。
[0012]TX2=0，TX1使开关状态在N和O
‑
间相互切换。
[0013]TX2由1变为0，TX1为高电平，使开关状态由P切换至O
‑
。
[0014]TX2由1变为0，TX1为低电平，使开关状态由O+切换至N。
[0015]TX2由1变为0，TX1由低电平变为高电平，使开关状态由O+切换至O
‑
。
[0016]TX2由1变为0，TX1由高电平变为低电平，使开关状态由P切换至N。
[0017]TX2由0变为1，TX1为高电平，使开关状态由O
‑
切换至P。
[0018]TX2由0变为1，TX1为低电平，使开关状态由N切换至O+。
[0019]TX2由0变为1，TX1由高电平变为低电平，使开关状态O
‑
切换至O+。
[0020]TX2由0变为1，TX1由低电平变为高电平，使开关状态由N切换至P。
[0021]作为可选方案，TX2=1，TX1使开关状态在P和O+间相互切换，包括：t1时刻，开关状态开始由P切换至O+，开关管T1、T6先同时关断，T2保持导通，t2时刻，开关管T5开始导通，完成开关状态由P向O+切换；t3时刻，开关状态开始由O+切换至P，开关管T5先关断，T2保持导通，t4时刻，开关管T1、T6同时导通，完成开关状态由O+向P切换。其中，t1为开关状态P向O+切换的起始时刻，t2为开关状态由P向O+切换的结束时刻，t3为开关状态O+向P切换的起始时刻，t4为开关状态由O+向P切换的结束时刻，t1~t2、t3~t4为死区时间。
[0022]作为可选方案，TX2=0，TX1使开关状态在N和O
‑
间相互切换，包括：t5时刻，开关状态开始由N切换至O
‑
，开关管T4、T5先同时关断，T3保持导通，t6时刻，开关管T6开始导通，完成开关状态由N向O
‑
切换；t7时刻，开关状态开始由O
‑
切换至N，开关管T6先关断，T3保持导通，t8时刻，开关管T4、T5同时导通，完成开关状态由O
‑
向N切换。其中，t5为开关状态N向O
‑
切换的起始时刻，t6为开关状态由N向O
‑
切换的结束时刻，t7为开关状态O
‑
向N切换的起始时刻，t8为开关状态由O
‑
向N切换的结束时刻，t5~t6、t7~t8为死区时间。
[0023]作为可选方案，TX2由1变为0，TX1为高电平，使开关状态由P切换至O
‑
，包括：t9时刻，开关管T1、T6先同时关断，T2保持导通，t10时刻，开关管T5导通，t11时刻，保持开关管T2、T5导通，T3、T6也导通，t12时刻，开关管T2、T5关断，完成P到O
‑
的切换过程。其中，t9为开关状态P向O
‑
切换的起始时刻，t10为中间态O+的起始时刻，t11为中间态O的起
始时刻，t12为开关状态P向O
‑
切换的结束时刻，t9~t10为死区时间，t10~t11、t11~t12为1/2最小脉宽时间，最小脉宽时间为开关管完成开通过程和关断过程的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ANPC三电平变流器控制系统，其特征在于：包括：控制器、光电解码器、驱动板；所述控制器根据三电平变流器的工况计算得到两路控制信号TX1、TX2，在三相变流器中，X表示三相交流电中A、B、C任意一相，第一路控制信号TX1为开关频率动作的信号，用来描述三电平变流器相调制电压的占空比，第二路控制信号TX2为工频动作的信号，用来描述三电平变流器调制电压正负；两路控制信号TX1、TX2通过光纤接入光电转换板后与光电解码器相连接；所述光电解码器将TX1、TX2两路光信号转换为6路电信号G1~G6接入驱动板，驱动板根据6路电信号G1~G6直接驱动三电平变流器上的开关管T1~T6的开关状态。2.根据权利要求1所述的一种ANPC三电平变流器控制系统，其特征在于：当TX2为正、负、上升沿或下降沿时，TX1决定三电平变流器开关状态切换逻辑时序。3.根据权利要求1所述的一种ANPC三电平变流器控制系统，其特征在于：所述三电平变流器采用ANPC结构。4.根据权利要求2所述的一种ANPC三电平变流器控制系统，其特征在于：所述三电平变流器开关状态，包括：开关状态P、O+、O、O
‑
和N；五种开关状态，如表1所示：开关状态T1T2T3T4T5T6输出电压P导通导通关断关断关断导通+V
dc
/2O+关断导通关断关断导通关断0O关断导通导通关断导通导通0O
‑
关断关断导通关断关断导通0N关断关断导通导通导通关断
‑
V
dc
/2。5.一种ANPC三电平变流器控制系统调制方法，其特征在于：包括如下步骤：TX2=1，TX1使开关状态在P和O+间相互切换；TX2=0，TX1使开关状态在N和O
‑
间相互切换；TX2由1变为0，TX1为高电平，使开关状态由P切换至O
‑
；TX2由1变为0，TX1为低电平，使开关状态由O+切换至N；TX2由1变为0，TX1由低电平变为高电平，使开关状态由O+切换至O
‑
；TX2由1变为0，TX1由高电平变为低电平，使开关状态由P切换至N；TX2由0变为1，TX1为高电平，使开关状态由O
‑
切换至P；TX2由0变为1，TX1为低电平，使开关状态由N切换至O+；TX2由0变为1，TX1由高电平变为低电平，使开关状态O
‑
切换至O+；TX2由0变为1，TX1由低电平变为高电平，使开关状态由N切换至P。6.根据权利要求5所述的一种ANPC三电平变流器控制系统调制方法，其特征在于：所述TX2=1，TX1使开关状态在P和O+间相互切换，包括：t1时刻，开关状态开始由P切换至O+，开关管T1、T6先同时关断，T2保持导通，t2时刻，开关管T5开始导通，完成开关状态由P向O+切换；t3时刻，开关状态开始由O+切换至P，开关管T5先关断，T2保持导通，t4时刻，开关管T1、T6同时导通，完成开关状态由O+向P切换；其中，t1为开关状态P向O+切换的起始时刻，t2为开关状态由P向O+切换的结束时刻，t3为开关状态O+向P切换的起始时刻，t4为开关状态由O+向P切换的结束时刻，t1~t2、t3~t4为死区时间。
7.根据权利要求5述的一种ANPC三电平变流器控制系统调制方法，其特征在于：所述TX2=0，TX1使开关状态在N和O
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间相互切换，包括：t5时刻，开关状态开始由N切换至O
‑
，开关管T4、T5先同时关断，T3保持导通，t6时刻，开关管T6开始导通，完成开关状态由N向O
‑
切换；t7时刻，开关状态开始由O
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切换至N，开关管T6先关断，T3保持导通，t8时刻，开关管T4、T5同时导通，完成开关状态由O
‑
向N切换；其中，t5为开关状态N向O
‑
切换的起始时刻，t6为开关状态由N向O
‑
切换的结束时刻，t7为开关状态O
‑
向N切换的起始时刻，t8为开关状态由O
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向N切换的结束时刻，t5~t6、t7~t8为死区时间。8.根据权利要求5述的一种ANPC三电平变流器控制系统调制方法，其特征在于：所述TX2由1变为0，TX1为高电平，使开关状态由P切换至O
‑
，包括：t9时刻，开关管T1、T6先同时关断，T2保持导通，t10时刻，开关管T5导通，t11时刻，保持开关管T2、T5导通，T3、T6也导通，t12时刻，开关管T2、T5关断，完成P到O
‑
的切换过程；其中，t9为开关状态P向O
‑
切换的起始时刻，t10为中间态O+的起始时刻，t11为中间态O的起始时刻，t12为开关状态P向O
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切换的结束时刻，t9~t10为死区时间，t10~t11、t11~t12为1/2最小脉宽时间，最小脉宽时间为开关管完成开通过程和关断过程的最小脉冲作用时间；所述TX2由1变为0，TX1为低电平，使开关状态由O+切换至N，包括：t13时刻，保持开关管T2、T5导通，T3、T6也导通，t14时刻，开关管T2、T5关断，t15时刻，开关管T6先关断，T3保持导通，t16时刻，开关管T4、T5同时导通，完成O+到N的切换过程；其中，t13为开关状态O+向N切换的起始时刻，t14为中间态O的结束时刻，t15为中间态O
‑
的结束时刻，t16为开关状态O+向N切换的结束时刻，t13~t14、t14~t15为1/2最小脉宽时间，t15~t16为死区时间；所述TX2由1变为0，TX1由低电平变为高电平，使开关状态由O+切换至O
‑
，包括：t17时刻，保持开关管T2、T5导通，T3、T6也导通；t18时刻，开关管T2、T5关断，完成O+到O
‑
的切换过程；其中，t17为开关状态O+向O
‑
切换的起始时刻，t18为开关状态O+向O
...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯凯，宋飞，王俊辉，赵晨，曹鹏，朱忠斌，孙海洋，余良辉，刘建平，史顺飞，
申请(专利权)人：国电南瑞南京控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：