一种变频器功率器件串联均压控制方法技术

本发明专利技术公开了一种变频器功率器件串联均压控制方法，先获取变频器各串联功率器件两端的总母线电压值及根据期望的器件两端电压值，计算串联器件均衡系数，对器件两端电压进行比例积分调节计算，根据输出电压结果，串联器件均衡系数对各个器件的调制波进行修正，将所得到的调制波与载波进行比较，产生PWM信号，控制器件动态均压。本专利方法解决了串联功率器件分压不均衡的问题，实现了各功率器件运行过程中的动态均衡。中的动态均衡。中的动态均衡。

【技术实现步骤摘要】
一种变频器功率器件串联均压控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子设备控制领域，尤其涉及一种变频器功率器件串联均压控制方法。

技术介绍

[0002]在船舶推进变频系统领域，为满足中压大功率、高效率的应用需求，器件的串联运行是简单有效的提压扩容方案。变频器中功率器件串联运行具有高效率、高可靠性、低成本等优势，而器件之间的电压应力均衡是串联运行的核心挑战。
[0003]直流电压等级的持续提高使功率器件串联应用的需求越来越大。目前为解决功率器件均压问题，一般采用增加吸收回路的方法。吸收回路大多由电容、电阻、电感和二极管组成，这些吸收回路占用体积大、成本高、安装复杂。
[0004]近年来变频器功率密度日益增加，增加吸收回路会明显的降低变频器的功率密度，同时吸收回路上的器件会带来额外的功率损耗降低变频器的效率。吸收回路的动态特性由元器件自身电气参数决定，缺乏动态调节能力。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述问题根，提出一种具有优秀的动静态响应性能的变频器功率器件串联均压控制方法。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种变频器功率器件串联均压控制方法，包括如下步骤：
[0007](1)获取变频器各功率器件串联后总母线电压值，以及每个功率器件两端电压值；
[0008](2)检测每个功率器件两端电压值，根据检测电压结果计算不均衡系数，根据总母线电压值和串联功率器件数量计算期望的器件两端电压值，对不均衡系数进行限制使其小于触发值1.1；
[0009](3)当计算的不均衡系数大于1.1时对每个功率器件两端电压值进行比例积分调节计算，对比例积分调节的输出结果进行限值，输出结果作为功率器件驱动信号的调制波；
[0010](4)将产生的调制波与载波比较产生PWM信号，控制功率器件动态均压。
[0011]所述的一种变频器功率器件串联均压控制方法，其步骤(2)中的期望的器件两端电压值U
d
＝U/n，其中U为串联器件所承受总母线电压，n为串联功率器件个数。
[0012]所述的一种变频器功率器件串联均压控制方法，其步骤(2)中的不均衡系数其中U
d
(n)为第n个功率器件两端电压的检测值，U
d
(n)max为检测到的最大电压值，fn为所得到的不均衡系数。
[0013]所述的一种变频器功率器件串联均压控制方法，其步骤(3)中串联电压比例积分调节计算是输入期望的器件两端电压值，将实际测量的器件两端电压值与期望的器件两端
电压值进行比较，差值进行比例积分调节计算，输出计算结果其中K
p
为比例环节系数，K
i
为积分环节系数，e(t)为期望的器件两端电压值与实际测量的器件两端电压值的差值。
[0014]所述的一种变频器功率器件串联均压控制方法，其步骤(3)中对计算结果进行限值是将输出结果最小值至零，将输出结果最大值等于上限值，上限值为变频器的最大工作电流。
[0015]所述的一种变频器功率器件串联均压控制方法，其功率器件为IGCT、IEGT或MOSFET。
[0016]本专利技术的有益效果是：本专利技术方法在不均衡系数大于1.1时对每个功率器件两端电压值进行比例积分调节计算，对比例积分调节的输出结果进行限值，输出结果作为功率器件驱动信号的调制波，使得控制方法的校正更加方便，有效解决了功率半导体吸收回路复杂成本高，均衡性能差的问题，实现了多个器件串联电压的动态平衡。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例控制方法流程图；
[0018]图2为本专利技术实施例变频器功率器件串联的电路示意图；
[0019]图3为本专利技术串联功率器件在多电平逆变器中的电路连接关系。
具体实施方式
[0020]为进一步说明本专利技术的目的和技术方案，下面将结合附图的具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。以下实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限定。
[0021]参照图1所示，本专利技术公开的一种变频器功率器件串联均压控制方法，有效解决了功率半导体吸收回路复杂成本高、均衡性能差的问题，实现了多个器件串联电压的动态平衡；具体包括如下步骤：
[0022](1)获取变频器各功率器件串联后总母线电压值，以及每个功率器件两端电压值，其中功率器件包括IGCT、IEGT、MOSFET等由驱动信号控制开断的电力电子器件。
[0023](2)检测每个功率器件两端电压值，根据检测电压结果计算不均衡系数，根据总母线电压值和串联功率器件数量计算期望的器件两端电压值，对不均衡系数进行限制使其小于触发值1.1。
[0024]本实施实例中期望的器件两端电压值计算方法为串联器件所承受总母线电压U除以串联器件个数n，得到串联器件每个期望电压U
d
，其计算公式如下：
[0025]U
d
＝U/n。
[0026]所述不均衡系数通过以下公式获得：
[0027][0028]其中其中U
d
(n)为第n个功率器件两端电压的检测值，U
d
(n)max为检测到的最大电压值，fn为所得到的不均衡系数。
[0029]Ud(n)为第n个器件两端电压的检测值，U
d
(n)max为检测到的最大电压值，f
n
为所得到的不均衡系数。
[0030](3)当计算的不均衡系数大于1.1时对每个功率器件两端电压值进行比例积分调节计算，对比例积分调节的输出结果进行限值，输出结果作为功率器件驱动信号的调制波。
[0031]其中串联电压比例积分调节计算是输入期望的器件两端电压值，将实际测量的器件两端电压值与期望的器件两端电压值进行比较，差值进行比例积分调节计算，计算公式如下：
[0032][0033]其中K
p
为比例环节系数，K
i
为积分环节系数，e(t)为期望的器件两端电压值与实际测量的器件两端电压值的差值，u(t)为输出计算结果。比例积分串行控制结构中，比例环节影响系统的增益，积分环节影响系统的带宽，两者相互独立，或者说K
p
和K
i
的调节可以对串联电压控制解耦。
[0034]对计算结果进行限值是将输出结果最小值至零，将输出结果最大值等于上限值，上限值为变频器的最大工作电流。
[0035](4)将产生的调制波与载波比较产生PWM信号，控制功率器件动态均压。
[0036]图2为本专利技术实例提供的多电平逆变器中功率器件串联电路连接关系，该串联电路包括驱动信号，功率器件与电压检测模块；图3为本专利技术又一实例提供的功率器件串联电路在多电平逆变器中的电路连接关系。
[0037]所述的功率器件串联电路指电力电子器件发射极T1与T2集电极相连的结构，反向二极管D1的正极与与D2的负极相连。所述电压检测模块用于采集各串联器件电压值；串联器件驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变频器功率器件串联均压控制方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)获取变频器各功率器件串联后总母线电压值，以及每个功率器件两端电压值；(2)检测每个功率器件两端电压值，计算不均衡系数，根据总母线电压值和串联功率器件数量计算期望的器件两端电压值，对不均衡系数进行限制使其小于触发值1.1；(3)当计算的不均衡系数大于1.1时对每个功率器件两端电压值进行比例积分调节计算，对计算结果进行限值，输出结果作为功率器件驱动信号的调制波；(4)将产生的调制波与载波比较产生PWM信号，控制功率器件动态均压。2.根据权利要求1所述的一种变频器功率器件串联均压控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中的期望的器件两端电压值U
d
＝U/n，其中U为串联器件所承受总母线电压，n为串联功率器件个数。3.根据权利要求2所述的一种变频器功率器件串联均压控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中的不均衡系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢鹏飞，刘乐，邵俊波，肖烨然，柳思奇，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：