CN105450068A

CN105450068A - 一种三电平变流器igbt窄脉冲抑制方法

Info

Publication number: CN105450068A
Application number: CN201510848298.6A
Authority: CN
Inventors: 刘超; 李新元; 马骏; 于浩然; 陈天锦; 曹智慧
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Xuji Group Co Ltd; XJ Electric Co Ltd; Xuji Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Xuji Group Co Ltd; XJ Electric Co Ltd; Xuji Power Co Ltd
Priority date: 2015-11-26
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2035-11-26
Also published as: CN105450068B

Abstract

本发明涉及一种三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方法，该方法包括1)实时检测三电平变流器每相的当前电流方向及输出电压状态；2)当输出电压处于正的峰值点时，若该相电流为设定正向，令该相桥臂的开关管s3一直关断；若该相电流为设定负向，根据伏秒平衡原理，计算相应开关管的开通时间T_on，若T_on小于设定值，令T_on＝T_D，经过死区逻辑后，消除了窄脉冲，其中，T_D为IGBT的死区时间；3)当输出电压处于负的峰值点时，若该相电流为设定负向，令该相桥臂的开关管s1一直关断；若该相电流为设定正向，根据伏秒平衡原理，计算相应开关管的开通时间T_on，若T_on小于设定值，令T_on＝T_D，经过死区逻辑后，消除了窄脉冲。本发明具有实现简单、对窄脉冲抑制能力强的优点。

Description

一种三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方法

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方法。

背景技术

相对于传统的两电平全桥的拓扑结构，三电平NPC(中点钳位式)的拓扑结构具有一系列优点：1)开关损耗小，效率高；2)开关动作时dv/dt小，引起的电磁干扰(EMI)小；3)输出电压波形为三电平，谐波含量少，所需的滤波电感量小，有利于降低系统成本和功率损耗。正是由于上述优点三电平NPC的拓扑结构在中压大功率有了很广泛的应用，并且取得了很好的应用效果。由于随着技术发展，数字芯片和电力电子器件性能的提升，开关频率越来越高，这样就不得不考虑窄脉冲问题，窄脉冲会导致管子工作放大区而不是饱和区，从而是管子的开关损耗增大甚至导致管子损坏发生安全事故。

发明内容

本发明提供了一种三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方法，以解决三电平变流器中的窄脉冲现象导致开关管损耗增大，甚至损坏的问题。

为解决上述技术问题，本发明的三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方法包括如下步骤：

1.一种三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方法，其特征在于，该方法包括：

1)实时检测三电平变流器每相的当前电流方向及输出电压状态；

2)当输出电压处于正的峰值点时，若该相电流为设定正向，令该相桥臂的开关管s3一直关断，消除了开关管s1的窄脉冲；若该相电流为设定负向，根据伏秒平衡原理，计算相应开关管的开通时间T_on，若开通时间T_on小于设定值，令T_on＝T_D，经过死区逻辑后，消除了窄脉冲，其中，T_D为开关管IGBT的死区时间；

3)当输出电压处于负的峰值点时，若该相电流为设定负向，令该相桥臂的开关管s1一直关断，消除了开关管s1的窄脉冲；若该相电流为设定正向，根据伏秒平衡原理，计算相应开关管的开通时间T_on，若开通时间T_on小于设定值，令T_on＝T_D，经过死区逻辑后，消除了窄脉冲。

当输出电压过零点时，将三电平调制切换为两电平调制，以抑制窄脉冲。

所述三电平变流器为中点箝位式三电平变流器。

本发明的有益效果是：本发明的方法在输出电压峰值点根据电流方向和电压输出状态选择相应的策略对窄脉冲进行抑制，消除了窄脉冲又不影响输出电压；在输出电压峰值点，通过计算相应开关开通时间，与死区时间比较后，进行死区补偿，进一步减少了开关管窄脉冲。本发明具有实现简单、对窄脉冲抑制能力强等优点。

本发明在电压过零点时，选择相应的策略对窄脉冲进行抑制，进一步消除了窄脉冲。

本发明的方法不同于目前一些根据矢量调制来消除窄脉冲，该方法适用于单相调制，应用范围更大。

本发明是基于数字方法实现，在不更改硬件电路的基础上便于实现和应用。

附图说明

图1为三电平NPC的拓扑结构示意图；

图2(a)理想的SPWM驱动生成示意图；

图2(b)电流方向为正时SPWM驱动生成示意图；

图2(c)电流方向为负时SPWM驱动生成示意图；

图3(a)为各桥臂的三种开关状态下、电流方向为正时的[1]状态下的电流流通回路示意图；

图3(b)为各桥臂的三种开关状态下、电流方向为正时的[0]状态下的电流流通回路示意图；

图3(c)为各桥臂的三种开关状态下、电流方向为正时的[-1]状态下的电流流通回路示意图；

图4(a)为各桥臂的三种开关状态下、电流方向为负时的[1]状态下的电流流通回路示意图；

图4(b)为各桥臂的三种开关状态下、电流方向为负时的[0]状态下的电流流通回路示意图；

图4(c)为各桥臂的三种开关状态下、电流方向为负时的[-1]状态下的电流流通回路示意图；

图5为根据伏秒平衡原理生成驱动脉冲的原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本实施例中三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方法包括如下步骤：

下面以三电平NPC为例来详细阐述上述步骤：

三电平NPC的拓扑结构如图1所示，规定电流流出桥臂为正，流入桥臂为负。在三电平逆变电路中，每相的开关状态有三种-1，0，1，对应的交流侧输出电压为-U_dc/2，0，U_dc/2。

根据图2可以看出当输出电压接近满调制的时候，在电压峰值点桥臂开关管s2、s3存在窄脉冲，在电压过零点桥臂的开关管s1、s4存在窄脉冲。

1)假设如图2所示当输出电压接近满调制(可以根据目标电压来判断)在输出电压正的峰值点，开关管1的开通时间很长，由于开关管s1和开关管s3是反向开通，所以开关管s3就存在窄脉冲的情况，当电流为正如图3所示电流不会流经桥臂的开关管s3、s4，开关管s3、s4处于冗余状态，那么在此就令开关管s3一直关断，消除开关管3存在的在脉冲问题；当电流为负如图4所示，电流不会流经开关管s1、s2，开关管s1、s2处于冗余状态，那么在此就可令开关管s1一直关断，然后进一步采用如下方法来消除开通的开关管存在的窄脉冲：

由伏秒平衡可知：T_on*0.5U_dc+T_off*0＝U_out(1)

T_on+T_off＝T(2)

如图5所示是驱动生成的方法，通过式子(1)、(2)可以计算出T_on，当开通时间T_on或T-T_on小于IGBT的死区时间T_D都视为窄脉冲，需要加以抑制，令T_on＝0和T-T_on为零，并在此基础上加上死区时间T_D，得到T_on+T_D作为脉冲作用时间，对死区进行补偿，消除加上死区后依然有窄脉冲的问题。

也就是说，判断计算出的开通时间T_on是否小于设定值，当小于设定值后，令开通时间T_on等于IGBT的死区时间T_D，然后经过死区逻辑，即减去死区开通时间T_D，得到实际的开通时间T_on＝0，从而消除了窄脉冲。

同理，在输出电压负的峰值点，若电流为负，令开关管s1一直关断，若电流为正，可令开关管s3一直关断，然后进一步采用上述计算开通时间的方法来消除开通的开关管存在的窄脉冲：

2)在输出电压过零点时，如果按照三电平进行调制，由式子(1)、(2)可知，在输出电压过零点时必然会有窄脉冲存在，如果在过零点把调制方式改为两电平，根据伏秒平衡可知：

T_on*0.5U_dc-T_off*U_dc＝U_out(3)

T_on+T_off＝T(4)

由式子(3)、(4)可知这样就没有了窄脉冲的问题。

上述实施例以图1中A相为例，具体阐述了消除该相开关管窄脉冲的方法，当然作为其他实施方式，上述方法还可以用于B、C两相，此时，将上述方法中的开关管s1、s2、s3、s4分别对应替换为s5、s6、s7、s8即可实现B相开关管窄脉冲抑制，同理，将上述方法中的开关管s1、s2、s3、s4分别对应替换为s9、s10、s11、s12即可实现C相开关管窄脉冲抑制。

Claims

2.根据权利要求1所述三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方法，其特征在于，当输出电压过零点时，将三电平调制切换为两电平调制，以抑制窄脉冲。

3.根据权利要求1-2任一所述三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方法，其特征在于，所述三电平变流器为中点箝位式三电平变流器。