减小电压应力的基于ANPC拓扑的换流方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种减小电压应力的基于ANPC拓扑的换流方法，包括生成驱动信号；利用驱动信号控制开关管的开通关断，在正半周，保持S2常通，S3和S4常断，S1、S5和S6在中性端O的电压由零电平转变到正电平或由正电平转变到零电平的过程中进行开关切换；在负半周，保持S3常通，S1和S2常断，S4、S6和S5在中性端O的电压由零电平转变到负电平或由负电平转变到零电平的过程中进行开关切换。本发明专利技术将整个调制周期中系统的稳定状态分为正半周的P和O+、负半周的N和O

【技术实现步骤摘要】
减小电压应力的基于ANPC拓扑的换流方法及系统


[0001]本专利技术涉及电路
，更特别地，涉及一种减小电压应力的基于ANPC拓扑的换流方法及系统。

技术介绍

[0002]随着市场上储能产品的装机容量不断增大，单个模块也趋向于大功率。由于IGBT产能不足，传统的三电平NPC(Neutral point clamped，中性点钳位)拓扑面临IGBT模块缺货的问题。ANPC拓扑可以利用三个两电平模块取代NPC拓扑，解决IGBT缺货的问题。
[0003]图1为单相NPC拓扑图，由于D5和D6的不可控，总会存在一个长换流路径。譬如当系统工作在逆变工况下，即当u>0，i>0时，系统在路径“S1、S2”和路径“D5、S2”之间切换，此为短换流路径；当系统工作在整流工况下，即当u>0，i<0时，系统在路径“D2、D1”和路径“S3、D6”之间切换，此为短换流路径，特别是当路径“S3、D6”向路径“D2、D1”切换时，S3承受较大的关断应力，风险较大。
[0004]ANPC(Active Neutral Point Clamped，有源钳位三电平拓扑)拓扑是在NPC(Neutral point clamped，中性点钳位)拓扑的基础上，用两个带反并联二极管的功率开关器件替换原来的钳位二极管。由于多了两个自由度，换流控制上会变的更加复杂。现有技术都是在NPC拓扑换流控制的基础上稍作修改，即当S2、S3同时开通时，开通S5、S6，当S2、S3同时关断时，关断S5、S6。因此，虽然该换流方法简单，在原有NPC换流控制程序的基础上稍作修改即可，但是不能发挥ANPC拓扑的最大优势，存在较多的长换流路径，IGBT电压应力较大。
[0005]基于此，需要一种新的解决方案。

技术实现思路

[0006]根据本专利技术的一方面，提供一种减小电压应力的基于ANPC拓扑的换流方法，所述ANPC变换器包括6个开关管S1～S6，其中，每个开关管都反并联一个二极管，第一开关管S1和第四开关管S4分别连接直流网络的正极端P和负极端N，第五开关管S5和第六开关管S6的连接点连接直流网络的中性端O，第二开关管S2和第三开关管S3的连接点连接交流网络，所述调制方法包括：
[0007]生成驱动信号；
[0008]利用所述驱动信号控制每个开关管的关断，其中，
[0009]在正半周，保持第二开关管S2常通，第三开关管S3和第四开关管S4常断，在中性端O的电压由零电平转变到正电平的过程中，第一开关管S1开通，第五开关管S5在第一开关管S1开通前关断，第六开关管S6在第五开关管S5关断前关断并在第一开关管S1完全开通后开通；在中性端O的电压由正电平转变到零电平的过程中，第一开关管S1关断，第五开关管S5在第一开关管S1关断后开通；
[0010]在负半周，保持第三开关管S3常通，第一开关管S1和第二开关管S2常断，在中性端
O的电压由零电平转变到负电平的过程中，第四开关管S4开通，第六开关管S6在第四开关管S4开通前关断，第五开关管S5在第六开关管S6关断前关断并在第四开关管S4完全开通后开通；在中性端O的电压由负电平转变到零电平的过程中，第四开关管S4关断，第六开关管S6在第四开关管S4关断后开通。
[0011]在本专利技术提供的减小电压应力的基于ANPC拓扑的换流方法中，所述调制方法还包括：
[0012]由正半周向负半周过零电平切换时，第三开关管S3开通，第二开关管S2在第三开关管S3开通前关断；
[0013]由负半周向正半周过零电平切换时，第二开关管S2开通，第三开关管S3在第二开关管S2开通前关断。
[0014]在本专利技术提供的减小电压应力的基于ANPC拓扑的换流方法中，在所述高压侧MOSFET电流小于预设阈值时，所述比较结果信号为高电平。
[0015]在本专利技术提供的减小电压应力的基于ANPC拓扑的换流方法中，生成驱动信号的所述步骤包括：
[0016]由DSP输出3路PWM信号到CPLD；
[0017]由CPLD输出18路PWM控制信号到驱动板；
[0018]由驱动板输出18路驱动信号控制每个开关管的关断。
[0019]在本专利技术提供的减小电压应力的基于ANPC拓扑的换流方法中，由CPLD输出18路PWM控制信号到驱动板的步骤包括：
[0020]CPLD包含三组模块，每一组模块将DSP输入的1路PWM信号扩展为带有死区的6路PWM临时信号；
[0021]经过时序控制，生成6路PWM正式信号；
[0022]将6路PWM正式信号送入驱动板生成6路开关管驱动信号。
[0023]在本专利技术提供的减小电压应力的基于ANPC拓扑的换流方法中，所述时序控制包括开机时序和关机时序，其中，
[0024]在开机时序中，先同时开通第五开关管S5和第二开关管S6，然后开通第二开关管S2或第三开关管S3，最后开通第一开关管S1或第四开关管S4；
[0025]在关机时序中，先同时关断第一开关管S1和第四开关管S4，然后同时关断第二开关管S2和第三开关管S3，最后同时关断第五开关管S5和第二开关管S6。
[0026]根据本专利技术的另一方面，还提供一种用于减小电压应力的基于ANPC拓扑的换流系统，所述ANPC变换器包括6个开关管S1～S6，其中，每个开关管都反并联一个二极管，第一开关管S1和第四开关管S4分别连接直流网络的正极端P和负极端N，第五开关管S5和第六开关管S6的连接点连接直流网络的中性端O，第二开关管S2和第三开关管S3的连接点连接交流网络，所述调制系统包括：
[0027]驱动信号生成模块，用于生成驱动信号；
[0028]调制模块，用于利用所述驱动信号控制每个开关管的开通关断，其中，
[0029]在正半周，保持第二开关管S2常通，第三开关管S3和第四开关管S4常断，在中性端O的电压由零电平转变到正电平的过程中，第一开关管S1开通，第五开关管S5在第一开关管S1开通前关断，第六开关管S6在第五开关管S5关断前关断并在第一开关管S1完全开通后开
通；在中性端O的电压由正电平转变到零电平的过程中，第一开关管S1关断，第五开关管S5在第一开关管S1关断后开通；
[0030]在负半周，保持第三开关管S3常通，第一开关管S1和第二开关管S2常断，在中性端O的电压由零电平转变到负电平的过程中，第四开关管S4开通，第六开关管S6在第四开关管S4开通前关断，第五开关管S5在第六开关管S6关断前关断并在第四开关管S4完全开通后开通；在中性端O的电压由负电平转变到零电平的过程中，第四开关管S4关断，第六开关管S6在第四开关管S4关断后开通。
[0031]在本专利技术提供的用于减小电压应力的基于ANPC拓扑的换流系统中，所述调制模块还用于：
[0032]由正半周向负半周过零电平切换时，第三开关管S3开通，第二开关管S2在第三开关管S3开通前关断；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减小电压应力的基于ANPC拓扑的换流方法，所述ANPC变换器包括三相，每相有6个开关管S1～S6，其中，每个开关管都反并联一个二极管，第一开关管S1和第四开关管S4分别连接直流网络的正极端P和负极端N，第五开关管S5和第六开关管S6的连接点连接直流网络的中性端O，第二开关管S2和第三开关管S3的连接点连接交流网络，其特征在于，所述调制方法包括：生成驱动信号；利用所述驱动信号控制每个开关管的开通关断，其中，在正半周，保持第二开关管S2常通，第三开关管S3和第四开关管S4常断，在中性端O的电压由零电平转变到正电平的过程中，第一开关管S1开通，第五开关管S5在第一开关管S1开通前关断，第六开关管S6在第五开关管S5关断前关断并在第一开关管S1完全开通后开通；在中性端O的电压由正电平转变到零电平的过程中，第一开关管S1关断，第五开关管S5在第一开关管S1关断后开通；在负半周，保持第三开关管S3常通，第一开关管S1和第二开关管S2常断，在中性端O的电压由零电平转变到负电平的过程中，第四开关管S4开通，第六开关管S6在第四开关管S4开通前关断，第五开关管S5在第六开关管S6关断前关断并在第四开关管S4完全开通后开通；在中性端O的电压由负电平转变到零电平的过程中，第四开关管S4关断，第六开关管S6在第四开关管S4关断后开通。2.根据权利要求1所述的减小电压应力的基于ANPC拓扑的换流方法，其特征在于，所述调制方法还包括：由正半周向负半周过零电平切换时，第三开关管S3开通，第二开关管S2在第三开关管S3开通前关断；由负半周向正半周过零电平切换时，第二开关管S2开通，第三开关管S3在第二开关管S2开通前关断。3.根据权利要求1所述的减小电压应力的基于ANPC拓扑的换流方法，其特征在于，生成驱动信号的所述步骤包括：由DSP输出3路PWM信号到CPLD；由CPLD输出18路PWM控制信号到驱动板；由驱动板输出18路驱动信号控制每个开关管的关断。4.根据权利要求3所述的减小电压应力的基于ANPC拓扑的换流方法，其特征在于，由CPLD输出18路PWM控制信号到驱动板的步骤包括：CPLD包含三组模块，每一组模块将DSP输入的1路PWM信号扩展为带有死区的6路PWM临时信号；经过时序控制，生成6路PWM正式信号；将6路PWM正式信号送入驱动板生成6路开关管驱动信号。5.根据权利要求4所述的减小电压应力的基于ANPC拓扑的换流方法，其特征在于，所述时序控制包括开机时序和关机时序，其中，在开机时序中，先同时开通第五开关管S5和第二开关管S6，然后开通第二开关管S2或第三开关管S3，最后开通第一开关管S1或第四开关管S4；在关机时...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛嘉丰，
申请(专利权)人：西安盛弘电气有限公司，
类型：发明
国别省市：