CN107645248A - 一种三电平拓扑的pwm控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三电平拓扑的PWM控制策略,包括T型三电平逆变器拓扑、T 型三电平逆变器的PMW 控制、死区效应的分析及补偿三个部分。针对T 型三电平拓扑结构，根据负载电流的极性，对零电平时的开关状态进行相应的控制，实现对输出参考电压矢量的合成。本发明提出的控制方法，使原本复杂的4 种电压畸变情况简化为2 种，并提出了具体的死区补偿策略，有效补偿了输出电压的畸变。

Description

一种三电平拓扑的PWM控制策略

所属技术领域

本发明涉及一种PWM控制策略，尤其涉及一种三电平拓扑的PWM控制策略。

背景技术

伴随着现代电力电子技术的发展，以绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、注入增强门极晶体管IEGT为代表的双极型复合自关断器件取得长足进步，与此同时，高压大容量变流器技术也迅速发展起来，特别是基于多电平拓扑结构的逆变器技术日趋成为大功率变流器的研究热点。多电平逆变器具有输出电压谐波小、所需器件耐压低和开关损耗低等优点，在众多中高压大功率场合得到广泛应用。其中，三电平拓扑结构以其结构简单、控制方便等更是得到迅猛发展。根据拓扑形式不同，基本三电平结构主要有3种：H桥级联型、二极管箝位型和飞跨电容型。目前，应用较多的是二极管箝位型。

近年来，T型三电平由于具有更低的成本和导通损耗、更少的独立驱动电源等优点越来越受关注。本发明研究了T型三电平拓扑结构，并和二极管中点箝位NPC（neutralpoint clamped）型三电平拓扑结构进行了对比，结合NPC型三电平逆变器的控制方法，提出一种三电平的PWM控制方法，该方法针对T型三电平的拓扑结构，根据负载电流的极性，对零电平时的开关状态进行相应的控制实现对输出参考电压矢量的合成。

发明内容

为了克服成本、导通损耗和多独立驱动电源的难题，本发明提出一种三电平拓扑的PWM控制策略。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明研究了T型三电平拓扑结构，结合NPC型三电平逆变器的控制方法，提出一种T型三电平的PWM控制方法，包括T型三电平逆变器拓扑、T 型三电平逆变器的PMW 控制、死区效应的分析及补偿三个部分。

所述T型三电平逆变器拓扑每相桥臂由4个功率开关器件组成，上下桥臂各一个功率开关管，并由两个反向串联的功率开关管与直流侧电容中点相连。

所述T 型三电平逆变器的PMW控制根据负载电流的极性，通过对零电平时的开关状态进行相应的控制来实现对输出参考电压矢量的合成。

所述死区效应的分析及补偿通过缩短理想导通时间和信号互补特性进行补偿。

本发明的有益效果是：通过结合NPC型三电平逆变器的控制方法，提出一种T型三电平的PWM控制方法，该方法针对T型三电平的拓扑结构，根据负载电流的极性，对零电平时的开关状态进行相应的控制实现对输出参考电压矢量的合成。本发明提出的PWM控制策略，提出了具体的死区补偿方法，有效补偿了输出电压的畸变。

附图说明

图1 NPC型三电平电路拓扑。

图2 共集电极。

图3共发射极。

图4 三电平空间矢量。

图5 补偿原理。

具体实施方案

图1、图2、图3中，每相桥臂由4 个功率开关器件组成，上下桥臂各一个功率开关管，并由两个反向串联的功率开关管与直流侧电容中点相连。NPC 型三电平拓扑结构相比，改变了每相桥臂2个功率开关管的位置，去除了2 个箝位二极管，减小了系统体积，降低了成本。当电路输出高电平或低电平时，电流流经器件的个数减少，相应的导通损耗也会减少。考虑三相逆变器电路，NPC型三电平电路需要10路独立驱动电源，共发射极的T型三电平电路需要7路，而共集电极电路只需要5路，故采用图3所示共集电极的拓扑结构更有利于功率密度的提升。

图4中，空间矢量调制SVPWM策略具有更高的直流电压利用率。三相三电平逆变器共有27个开关状态，组成19个有效空间矢量。其中，零矢量1个，对应3个开关状态；小矢量6个，对应2个开关状态；中矢量和大矢量各6个，分别对应1个开关状态。针对T型三电平拓扑结构，提出一种PWM控制方法，即根据负载电流的极性，通过对零电平时的开关状态进行相应的控制来实现对输出参考电压矢量的合成。

为避免在开关状态切换时，同桥臂互补开通的开关管发生短路，需在开关过程中插入死区。

图3中，当开关管S1导通时，输出高电平P，S3、S4导通时，输出零电平O，S2导通时，输出低电平N。以A相桥臂为例，当P-O状态切换时，死区存在于两个开关时刻：①S1开通，S3.4关断；②S1关断，S3.4开通。在死区期间，S1.2.3均不导通，若>0，二极管D2因续流导通，则桥臂输出低电平N；若<0，二极管D1导通，桥臂输出高电平P。同理，ON状态切换时，若>0，桥臂输出低电平N；若<0，桥臂输出高电平P。

由于加入死区后实际输出电压比理想输出电压多输出了Td时间的高电平。因此本发明采用时间补偿法。

图5中，通过改变开关管的实际导通时间，实现补偿目的。将S1的理想导通时间缩短Td，由信号的互补性，S3的开通时间就延长了Td，实现了电压实际输出值与参考值相等，补偿后的实际输出波形只是在相位上滞后了时间Td。最终得到死区补偿方法。

Claims (4)

1.一种三电平拓扑的PWM控制策略，其特征在于：包括T型三电平逆变器拓扑、T 型三电平逆变器的PMW 控制、死区效应的分析及补偿三个部分。

2.如权利要求1所述的三电平拓扑的PWM控制策略，其特征在于所述T型三电平逆变器拓扑每相桥臂由4个功率开关器件组成，上下桥臂各一个功率开关管，并由两个反向串联的功率开关管与直流侧电容中点相连。

3.如权利要求1所述的三电平拓扑的PWM控制策略，其特征在于所述T 型三电平逆变器的PMW控制根据负载电流的极性，通过对零电平时的开关状态进行相应的控制来实现对输出参考电压矢量的合成。

4.如权利要求1所述的三电平拓扑的PWM控制策略，其特征在于所述死区效应的分析及补偿通过缩短理想导通时间和信号互补特性进行补偿。