CN108092500A - 一种变流器控制方法和控制装置 - Google Patents

一种变流器控制方法和控制装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种变流器控制方法和控制装置,所述变流器包括两个拓扑结构相同的变换单元,两个变换单元的直流侧并联接入直流源、交流侧并联接入交流滤波器,而且两个变换单元的直流母线中点直接相连;所述变流器还包括串联在至少一个变换单元的桥臂中点与所述交流滤波器之间的电感器。所述变流器控制方法包括:获取变流器内部温度值;判断变流器内部温度值是否低于第一设定值;如果变流器内部温度值低于第一设定值,对两个变换单元中开关管的通断进行控制,使得电流从所述直流源的正极流出,经过变流器中的若干个开关管和电感器回到负极,并且电流大小不超过限值,从而避免了变流器的功率半导体器件在变流器低温启动时因电压应力过大而失效损坏。

Description

一种变流器控制方法和控制装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域,更具体地说,涉及一种变流器控制方法和控制装置。
背景技术
变流器通常使用的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极晶体管)或MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属氧化物半导体场效应晶体管)等功率半导体器件在其他条件不变的情况下,温度越低,其电压应力越大。所以,当变流器在低温条件下启动时,变流器的功率半导体器件有因为电压应力过大而失效损坏的风险。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种变流器控制方法和控制装置,以避免变流器的功率半导体器件在变流器低温启动时因电压应力过大而失效损坏。
一种变流器控制方法,所述变流器包括两个拓扑结构相同的变换单元,两个变换单元的直流侧并联接入直流源、交流侧并联接入交流滤波器,而且两个变换单元的直流母线中点直接相连;所述变流器还包括串联在至少一个变换单元的桥臂中点与所述交流滤波器之间的电感器;
所述变流器控制方法包括:
获取变流器内部温度值;
判断变流器内部温度值是否低于第一设定值;
如果变流器内部温度值低于第一设定值,对两个变换单元中开关管的通断进行控制,使得电流从所述直流源的正极流出,经过所述变流器中的若干个开关管和电感器回到负极,并且电流大小不超过限值。
可选的,所述对两个变换单元中开关管的通断进行控制,包括:保持一个变换单元输出0电平,同时对另一变换单元进行脉宽调制。
可选的,所述对两个变换单元中开关管的通断进行控制,包括:保持一个变换单元输出0电平,同时对另一变换单元进行脉宽调制;并且,周期性交换两个变换单元的工作状态。
可选的,所述对两个变换单元中开关管的通断进行控制,包括:按照一定频率导通一个变换单元的一相上半桥以及另一变换单元的同一相下半桥。
可选的,所述对两个变换单元中开关管的通断进行控制,包括:按照一定频率导通一个变换单元的一相上半桥以及另一变换单元的同一相下半桥;并且,周期性换相。
可选的,所述对两个变换单元中开关管的通断进行控制之前,还包括:判断得到所述直流源的输出电压低于第二设定值。
一种变流器控制装置,所述变流器包括两个拓扑结构相同的变换单元,两个变换单元的直流侧并联接入直流源、交流侧并联接入交流滤波器,而且两个变换单元的直流母线中点直接相连;所述变流器还包括串联在至少一个变换单元的桥臂中点与所述交流滤波器之间的电感器;
所述变流器控制装置包括:
获取单元,用于获取变流器内部温度值;
判断单元,用于判断变流器内部温度值是否低于第一设定值;
控制单元,用于在变流器内部温度值低于第一设定值时,对两个变换单元中开关管的通断进行控制,使得电流从所述直流源的正极流出,经过所述变流器中的若干个开关管和电感器回到负极,并且电流大小不超过限值。
可选的,所述控制单元具体用于保持一个变换单元输出0电平,同时对另一变换单元进行脉宽调制。
可选的,所述控制单元具体用于按照一定频率导通一个变换单元的一相上半桥以及另一变换单元的同一相下半桥。
可选的,所述判断单元还用于判断所述直流源的输出电压是否低于第二设定值;
对应的,所述控制单元具体用于在变流器内部温度值低于第一设定值并且所述直流源的输出电压低于第二设定值时,对两个变换单元中开关管的通断进行控制,使得电流从所述直流源的正极流出,经过所述变流器中的若干个开关管和电感器回到负极,并且电流大小不超过限值。
从上述的技术方案可以看出,本发明通过对两个变换单元中开关管的通断进行控制,使得电流从直流源的正极流出,经过变流器中的若干个开关管和电感器回到负极,利用开关管和电感器的发热来提升变流器内部温度,从而避免了变流器的功率半导体器件在变流器低温启动时因电压应力过大而失效损坏;其中,该电流大小应控制在一定范围内,以避免电流过大烧毁回路上的器件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术公开的一种单相变流器结构示意图;
图2为现有技术公开的一种三相变流器结构示意图;
图3为本发明实施例公开的一种变流器控制方法流程图;
图4为基于图1所示单相变流器得到的一种回路示意图;
图5为基于图2所示三相变流器得到的一种回路示意图;
图6为基于图1所示单相变流器得到的又一种回路示意图;
图7为基于图2所示三相变流器得到的又一种回路示意图;
图8为本发明实施例公开的一种变流器控制装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开的变流器控制方法和变流器控制装置均是针对具有如下拓扑结构的变流器提出的,目的在于避免所述变流器的功率半导体器件在所述变流器低温启动时因电压应力过大而失效损坏,所述变流器的拓扑结构具体描述如下:
所述变流器包括两个拓扑结构相同的变换单元;这两个变换单元的直流侧并联接入直流源(例如光伏电池板或蓄电池等直流源)、交流侧并联接入交流滤波器,而且这两个变换单元的直流母线中点直接相连;
另外,所述变流器还包括串联在至少一个变换单元的桥臂中点与所述交流滤波器之间的电感器。
所述变流器可以是单相变流器,例如采用如图1所示拓扑结构;所述变流器也可以是三相变流器,例如采用如图2所示拓扑结构。
所述单相变流器中的变换单元包括A、B两相桥臂;任一相桥臂由两个钳位二极管和四个开关管组成,这四个开关管分别是上半桥的上、下管和下半桥的上、下管,这两个钳位二极管一个接在上半桥,一个接在下半桥。为便于描述,图1中,将所述单相变流器中的两个变换单元分别命名为变换单元1和变换单元2;对于变换单元x(x=1,2)的y(y=A,B)相桥臂,将上半桥的上、下管分别标识为Txy1、Txy2,下半桥的上、下管分别标识为Txy3、Txy4,对应上半桥的钳位二极管标识为Dxy1,对应下半桥的钳位二极管标识为Dxy2;将所述单相变流器中的电感器标识为L。图1以所述开关管为带体二极管的IGBT作为示例,当然所述开关管也可以是MOSFET。
所述三相变流器中的变换单元包括A、B、C三相桥臂;任一相桥臂由两个钳位二极管和四个开关管组成,这四个开关管分别是上半桥的上、下管和下半桥的上、下管,这两个钳位二极管一个接在上半桥,一个接在下半桥。为便于描述,图2中,将所述三相变流器中的两个变换单元分别命名为变换单元1和变换单元2;对于变换单元x(x=1,2)的y(y=A,B,C)相桥臂,将上半桥的上、下管分别标识为Txy1、Txy2,下半桥的上、下管分别标识为Txy3、Txy4,对应上半桥的钳位二极管标识为Dxy1,对应下半桥的钳位二极管标识为Dxy2;将所述三相变流器中的电感器标识为L。图2以所述开关管为带体二极管的IGBT作为示例,当然所述开关管也可以是MOSFET。
如图3所示,所述变流器控制方法包括:
步骤S01:获取变流器内部温度值;
步骤S02:判断变流器内部温度值是否低于第一设定值;如果变流器内部温度值低于第一设定值,进入步骤S03;否则,返回步骤S01;
步骤S03:对两个变换单元中开关管的通断进行控制,使得电流从所述直流源的正极流出,经过所述变流器中的若干个开关管和电感器回到负极,并且电流大小不超过限值。
具体的,本发明实施例通过对两个变换单元中开关管的通断进行控制,使得电流从直流源的正极流出,经过变流器中的若干个开关管和电感器回到负极,利用开关管和电感器的发热来提升变流器内部温度,从而避免了变流器的功率半导体器件在变流器低温启动时因电压应力过大而失效损坏;其中该电流大小应控制在一定范围内,以避免电流过大烧毁回路上的器件。本发明实施例无需额外引入硬件电路,不会增加硬件成本,便于推广应用。
可选的,所述对两个变换单元中开关管的通断进行控制,包括:保持一个变换单元输出0电平,同时对另一变换单元进行脉宽调制。具体的,可以保持图1/图2中的变换单元2输出0电平,同时对变换单元1进行脉宽调制;或者,也可以保持图1/图2中的变换单元1输出0电平,同时对变换单元2进行脉宽调制。
下面,以保持图1/图2中的变换单元2输出0电平,同时对变换单元1进行脉宽调制为例,阐述其原理如下:
当保持图1/图2中的变换单元2输出0电平时(即图1中变换单元2的A相桥臂中点O和B相桥臂中点O'电位均为0V,图2中变换单元2的A相桥臂中点O、B相桥臂中点O'和C相桥臂中点O”电位均为0V),此时相当于变换单元2的交流输出短路,那么当对变换单元1进行脉宽调制时,例如当变换单元1中的一相上半桥和另一相下半桥导通时,此时从蓄电池正极流出的电流,就会经过变换单元1中的一相上半桥、本相上的电感器、变换单元2的交流侧、另一相上的电感器、变换单元1中的另一相下半桥流回所述蓄电池的负极,构成回路。
图4示出了当图1中的变换单元2输出0电平,同时变换单元1中的T1A1、T1A2、T1B3、T1B4导通时对应的回路。图5示出了当图2中的变换单元2输出0电平,变换单元1中的T1A1、T1A2、T1B3、T1B4导通时对应的回路。需要说明的是,在对单相变流器/三相变流器中的变换单元1进行脉宽调制时,变换单元1的开关管组合状态不同,形成的回路就不同,区别就在于各回路在变换单元1内部路径不同。
其中,保持图1中的变换单元x输出0电平,至少可以采用如表1所示的4种开关管组合状态。
表1
开关管组合状态 TxA1 TxA2 TxA3 TxA4 TxB1 TxB2 TxB3 TxB4
1 0 1 0 - 0 1 0 -
2 0 1 0 - - 0 1 0
3 - 0 1 0 0 1 0 -
4 - 0 1 0 - 0 1 0
注:0代表关断,1代表开通,-代表任意。下同。
其中,保持图2中的变换单元x输出0电平,至少可以采用如表2所示的8种开关管组合状态。
表2
开关管组合状态 TxA1 TxA2 TxA3 TxA4 TxB1 TxB2 TxB3 TxB4 TxC1 TxC2 TxC3 TxC4
1 0 1 0 - 0 1 0 - 0 1 0 -
2 0 1 0 - 0 1 0 - - 0 1 0
3 0 1 0 - - 0 1 0 0 1 0 -
4 0 1 0 - - 0 1 0 - 0 1 0
5 - 0 1 0 0 1 0 - 0 1 0 -
6 - 0 1 0 0 1 0 - - 0 1 0
7 - 0 1 0 - 0 1 0 0 1 0 -
8 - 0 1 0 - 0 1 0 - 0 1 0
可选的,所述对两个变换单元中开关管的通断进行控制,包括:保持一个变换单元输出0电平,同时对另一变换单元进行脉宽调制;并且,周期性交换两个变换单元的工作状态。从而,避免某个变换单元中的开关管长时间发热。
可选的,所述对两个变换单元中开关管的通断进行控制,包括:按照一定频率导通一个变换单元的一相上半桥以及另一变换单元的同一相下半桥。具体的,当所述变流器为单相变流器时,该相可以是A相或B相;当所述变流器为三相变流器时,该相可以是A相、B相或C相。
例如,当图1中的变换单元1的A相上半桥导通,变换单元2的A相下半桥导通时,从蓄电池的正极流出的电流,经过变换单元1的A相上半桥、A相上的电感器、变换单元2的A相下半桥后流回蓄电池负极,构成回路,如图6所示。其中,导通的相不同,就会构成不同的回路。
同样的,当图2中的变换单元1的A相上半桥导通,变换单元2的A相下半桥导通时,从蓄电池的正极流出的电流,经过变换单元1的A相上半桥、A相上的电感器、变换单元2的A相下半桥后流回蓄电池负极,构成回路,如图7所示。其中,导通的相不同,就会形成不同的回路。
可选的,所述对两个变换单元中开关管的通断进行控制,包括:按照一定频率导通一个变换单元的一相上半桥以及另一变换单元的同一相下半桥;并且,周期性换相。例如,先按照一定频率导通单相变流器的变换单元1的A相上半桥以及变换单元2的A相下半桥;间隔时间t后,再按照一定频率导通变换单元1的B相上半桥以及变换单元2的B相下半桥,以t为周期来回换相,从而,避免某个半桥上的开关管长时间发热。
可选的,上述公开的任一种变流器控制方法中,在对两个变换单元中开关管的通断进行控制之前,还包括:判断得到所述直流源的输出电压低于第二设定值。从而,避免了在直流输出电压过高的情况下启动变流器,造成回路上的器件承受过高的电压而损坏。
与上述实施例公开的变流器控制方法相对应的,本发明实施例还公开了一种变流器控制装置,所述变流器包括两个拓扑结构相同的变换单元,两个变换单元的直流侧并联接入直流源、交流侧并联接入交流滤波器,而且两个变换单元的直流母线中点直接相连;所述变流器还包括串联在至少一个变换单元的桥臂中点与所述交流滤波器之间的电感器;
如图8所示,所述变流器控制装置包括:
获取单元100,用于获取变流器内部温度值;
判断单元200,用于判断变流器内部温度值是否低于第一设定值;
控制单元300,用于在变流器内部温度值低于第一设定值时,对两个变换单元中开关管的通断进行控制,使得电流从所述直流源的正极流出,经过所述变流器中的若干个开关管和电感器回到负极,并且电流大小不超过限值。
可选的,控制单元300具体用于保持一个变换单元输出0电平,同时对另一变换单元进行脉宽调制。
可选的,控制单元300具体用于保持一个变换单元输出0电平,同时对另一变换单元进行脉宽调制;并且,周期性交换两个变换单元的工作状态。
可选的,控制单元300具体用于按照一定频率导通一个变换单元的一相上半桥以及另一变换单元的同一相下半桥。
可选的,控制单元300具体用于按照一定频率导通一个变换单元的一相上半桥以及另一变换单元的同一相下半桥;并且,周期性换相。
可选的,判断单元200还用于判断所述直流源的输出电压是否低于第二设定值;
对应的,控制单元300具体用于在变流器内部温度值低于第一设定值并且所述直流源的输出电压低于第二设定值时,对两个变换单元中开关管的通断进行控制,使得电流从所述直流源的正极流出,经过所述变流器中的若干个开关管和电感器回到负极,并且电流大小不超过限值。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种变流器控制方法,其特征在于,所述变流器包括两个拓扑结构相同的变换单元,两个变换单元的直流侧并联接入直流源、交流侧并联接入交流滤波器,而且两个变换单元的直流母线中点直接相连;所述变流器还包括串联在至少一个变换单元的桥臂中点与所述交流滤波器之间的电感器;
所述变流器控制方法包括:
获取变流器内部温度值;
判断变流器内部温度值是否低于第一设定值;
如果变流器内部温度值低于第一设定值,对两个变换单元中开关管的通断进行控制,使得电流从所述直流源的正极流出,经过所述变流器中的若干个开关管和电感器回到负极,并且电流大小不超过限值。
2.根据权利要求1所述的变流器控制方法,其特征在于,所述对两个变换单元中开关管的通断进行控制,包括:
保持一个变换单元输出0电平,同时对另一变换单元进行脉宽调制。
3.根据权利要求1所述的变流器控制方法,其特征在于,所述对两个变换单元中开关管的通断进行控制,包括:
保持一个变换单元输出0电平,同时对另一变换单元进行脉宽调制;并且,周期性交换两个变换单元的工作状态。
4.根据权利要求1所述的变流器控制方法,其特征在于,所述对两个变换单元中开关管的通断进行控制,包括:
按照一定频率导通一个变换单元的一相上半桥以及另一变换单元的同一相下半桥。
5.根据权利要求1所述的变流器控制方法,其特征在于,所述对两个变换单元中开关管的通断进行控制,包括:
按照一定频率导通一个变换单元的一相上半桥以及另一变换单元的同一相下半桥;并且,周期性换相。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的变流器控制方法,其特征在于,所述对两个变换单元中开关管的通断进行控制之前,还包括:
判断得到所述直流源的输出电压低于第二设定值。
7.一种变流器控制装置,其特征在于,所述变流器包括两个拓扑结构相同的变换单元,两个变换单元的直流侧并联接入直流源、交流侧并联接入交流滤波器,而且两个变换单元的直流母线中点直接相连;所述变流器还包括串联在至少一个变换单元的桥臂中点与所述交流滤波器之间的电感器;
所述变流器控制装置包括:
获取单元,用于获取变流器内部温度值;
判断单元,用于判断变流器内部温度值是否低于第一设定值;
控制单元,用于在变流器内部温度值低于第一设定值时,对两个变换单元中开关管的通断进行控制,使得电流从所述直流源的正极流出,经过所述变流器中的若干个开关管和电感器回到负极,并且电流大小不超过限值。
8.根据权利要求7所述的变流器控制装置,其特征在于,所述控制单元具体用于保持一个变换单元输出0电平,同时对另一变换单元进行脉宽调制。
9.根据权利要求7所述的变流器控制装置,其特征在于,所述控制单元具体用于按照一定频率导通一个变换单元的一相上半桥以及另一变换单元的同一相下半桥。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的变流器控制装置,其特征在于,所述判断单元还用于判断所述直流源的输出电压是否低于第二设定值;
对应的,所述控制单元具体用于在变流器内部温度值低于第一设定值并且所述直流源的输出电压低于第二设定值时,对两个变换单元中开关管的通断进行控制,使得电流从所述直流源的正极流出,经过所述变流器中的若干个开关管和电感器回到负极,并且电流大小不超过限值。
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