基于优先权适应机制的级联半桥式多电平变换器均衡方法技术

一种基于优先权适应机制的级联半桥式多电平变换器均衡方法，其提供了改进的开关器件通断组合选择策略，既能够使多电平变换器功率损耗在每个开关器件上均衡分布，也保证了相电压等效开关频率的一致，从而使总功率损耗基本不变。方法中既考虑到了开关损耗，又兼顾了导通损耗，能够使各开关器件的寿命得以延长并具有较高的一致性。该方法借助常用的载波移位PWM调制算法即可实现，具有较强的通用性和扩展性，对于任意电平数与拓扑结构的多电平变换器均能良好适用。器均能良好适用。器均能良好适用。

【技术实现步骤摘要】
基于优先权适应机制的级联半桥式多电平变换器均衡方法


[0001]本专利技术属于级联半桥式多电平变换器控制
，具体涉及一种基于优先权适应机制的级联半桥式多电平变换器损耗均衡方法。

技术介绍

[0002]多电平变换器由于其较低的谐波畸变与电压应力、较高的功率密度和效率等一系列优点在电机驱动、列车牵引、光伏发电及船舶推动等领域应用广泛。现有的各类多电平变换器拓扑形式中，级联半桥式多电平变换器由于省去了对中性点和电容电压平衡的需求，在使用中对同一电平可提供多种开关组合，具有更高的自由度。然而，不同的开关组合在级联半桥式多电平变换器中会产生截然不同的功率损耗分布，不合理的选择所导致的功率损耗分布不均衡会大幅缩短器件寿命，影响变换器甚至是整个系统的可靠性。在用于解决功率损耗分布问题的现有技术中主要采用载波旋转的手段，但这种手段普遍存在忽略了功率损耗中占一定比例的导通损耗以及总开关损耗更高的缺点。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，针对本领域中存在的技术问题，本专利技术提供了一种基于优先权适应机制的级联半桥式多电平变换器均衡方法，具体包括以下步骤：
[0004]1)根据变换器中所采用的功率开关器件确定其导通损耗与开关损耗之比H；可具体通过查询功率开关器件相关手册等方式获取所述H；
[0005]2)针对变换器的L+1个电平数初始化L个载波，每个载波均为对称三角波，定义三角波的最大值和最小值对应的开关状态分别为1和0，其中开关状态1代表各级H半桥并联支路中的其中一个支路上桥臂导通、下桥臂断开，开关状态0则代表该支路下桥臂导通、上桥臂断开；以及，初始化变换器中各支路的优先权指数P为0并使全部开关器件处于断开状态；
[0006]3)根据三相参考电压计算变换器每相对应的参考调制信号值，并在每个载波周期起始时刻对每相参考调制信号进行采样；
[0007]4)判断采样的每相参考调制信号在载波周期内对应的导通支路数N，并将该数值N与当前时刻变换器中实际导通的支路数M进行比较，根据比较结果结合各支路在该时刻的优先权指数P，分别确定各相参考调制信号值并执行以下操作：
[0008]a.N大于M时，从L
‑
M个未导通的支路中选择优先权指数最大的N
‑
M个支路为恒通，并L
‑
N个未导通支路中选择优先权指数最大的支路为脉宽调制；
[0009]b.N等于M时，从L
‑
M个未导通的支路中选择优先权指数最大的支路进行脉宽调制；
[0010]c.N小于M时，从已导通的M个支路中选择优先权指数最小的M
‑
N个断开，并从L
‑
N个未导通的支路中选择优先权指数最大的支路为脉宽调制；
[0011]5)对变换器中每个支路的优先权指数分别基于以下规则进行更新：
[0012]a.对于在第k
‑
1载波周期和当前第k载波周期均恒通的支路，将其优先权指数P(k)更新为：
[0013]P(k)＝P(k
‑
1)+H
[0014]b.对于在第k
‑
1载波周期断开、当前第k载波周期为恒通的支路，将其优先权指数P(k)更新为：
[0015]P(k)＝P(k
‑
1)+H+1
[0016]c.对于在第k
‑
1载波周期断开、当前第k载波周期进行脉宽调制的支路，将其优先权指数P(k)更新为：
[0017]P(k)＝P(k
‑
1)+HD+1
[0018]其中，D表示该支路的开关占空比；
[0019]d.对于在第k
‑
1载波周期和当前第k载波周期均断开的支路，则保持其优先权指数P(k)不变；
[0020]6)在每个载波周期的中间时刻，从已导通的N+1个支路中选择优先权指数最小的支路进行脉宽调制，其余已导通支路保持恒通；同时，对恒通的支路与进行脉宽调制的支路分别基于步骤5)中的相应规则再次更新，并分别确定各相参考调制信号值。
[0021]进一步地，步骤3)中对于每相对应的参考调制信号值C
x
具体基于以下公式计算：
[0022][0023]式中，v
x
为三相参考电压；E为每个半桥的直流电压；m为变换器中级联的半桥个数；相比x＝{a,b,c}对应各相。
[0024]进一步地，为防止优先权指数过大超出处理器数值范围，在每次完成优先权指数更新后，将全部支路的优先权指数均减去最小的优先权指数，再用于后一载波周期。
[0025]上述本专利技术所提供的基于优先权适应机制的级联半桥式多电平变换器均衡方法，提供了改进的开关器件通断组合选择策略，既能够使多电平变换器功率损耗在每个开关器件上均衡分布，也保证了相电压等效开关频率的一致，从而使总功率损耗基本不变。方法中既考虑到了开关损耗，又兼顾了导通损耗，能够使各开关器件的寿命得以延长并具有较高的一致性。该方法借助常用的载波移位PWM调制算法即可实现，具有较强的通用性和扩展性，对于任意电平数与拓扑结构的多电平变换器均能良好适用。
附图说明
[0026]图1为本专利技术所提供方法对应的级联半桥式多电平变换器拓扑结构图；
[0027]图2为本专利技术所提供方法的总体流程示意图；
[0028]图3为本专利技术的实例中基于载波移位PWM调制执行损耗均衡的示意图。
具体实施方式
[0029]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]本专利技术所针对的级联半桥式多电平变换器如图1所示，当电平数为L+1时，每相将串联m＝L/2个H桥，且每个H桥由两个并联的开关支路构成，根据门极驱动信号的不同，每个H桥能够输出
‑
E，0，E三种电平。本专利技术通过执行如图2所示的以下步骤进项损耗均衡：
[0031]1)根据变换器中所采用的功率开关器件确定其导通损耗与开关损耗之比H；可具体通过查询功率开关器件相关手册等方式获取所述H；
[0032]2)针对变换器的L+1个电平数初始化L个载波，每个载波均为对称三角波，定义三角波的最大值和最小值对应的开关状态分别为1和0，其中开关状态1代表各级H半桥并联支路中的其中一个支路上桥臂导通、下桥臂断开，开关状态0则代表该支路下桥臂导通、上桥臂断开；以及，初始化变换器中各支路的优先权指数P为0并使全部开关器件处于断开状态；
[0033]3)根据三相参考电压计算变换器每相对应的参考调制信号值，并在每个载波周期起始时刻对每相参考调制信号进行采样；
[0034]4)判断采样的每相参考调制信号在载波周期内对应的导通支路数N，并将该数值N与当前时刻变换器中实际导通的支路数M进行比较，根据比较结果结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于优先权适应机制的级联半桥式多电平变换器均衡方法，其特征在于：具体包括以下步骤：1)根据变换器中所采用的功率开关器件确定其导通损耗与开关损耗之比H；可具体通过查询功率开关器件相关手册等方式获取所述H；2)针对变换器的L+1个电平数初始化L个载波，每个载波均为对称三角波，定义三角波的最大值和最小值对应的开关状态分别为1和0，其中开关状态1代表各级H半桥并联支路中的其中一个支路上桥臂导通、下桥臂断开，开关状态0则代表该支路下桥臂导通、上桥臂断开；以及，初始化变换器中各支路的优先权指数P为0并使全部开关器件处于断开状态；3)根据三相参考电压计算变换器每相对应的参考调制信号值，并在每个载波周期起始时刻对每相参考调制信号进行采样；4)判断采样的每相参考调制信号在载波周期内对应的导通支路数N，并将该数值N与当前时刻变换器中实际导通的支路数M进行比较，根据比较结果结合各支路在该时刻的优先权指数P，分别确定各相参考调制信号值并执行以下操作：a.N大于M时，从L
‑
M个未导通的支路中选择优先权指数最大的N
‑
M个支路为恒通，并L
‑
N个未导通支路中选择优先权指数最大的支路为脉宽调制；b.N等于M时，从L
‑
M个未导通的支路中选择优先权指数最大的支路进行脉宽调制；c.N小于M时，从已导通的M个支路中选择优先权指数最小的M
‑
N个断开，并从L
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N个未导通的支路中选择优先权指数最大的支路为脉宽调制；5)对变换器中每个支路的优先权指数分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙逢春，孙庆乐，王志福，王泽尚，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：