CN112202353A - 双馈变频器及其调制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双馈变频器及其调制方法，双馈变频器包括三相桥臂和控制单元，每相桥臂包括第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块、第五开关模块及第六开关模块，控制单元控制所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块、所述第四开关模块、所述第五开关模块及所述第六开关模块的导通和关断，以使所述每相桥臂进入正半波周期状态、正死区状态、正零状态、全零状态、负零状态、负死区状态及负半波周期状态。

Description

双馈变频器及其调制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种双馈变频器及其调制方法。
背景技术
双馈发电机(DFIG)，定子转子均可向电网馈电，转子侧采用转差控制，励磁频率随着电机转速而变化。双馈变频器用于交流电网向发电机提供励磁电流，对发电机进行转矩控制，实现发电机向电网馈电。
目前市场上同类产品主要采用两电平变频器或者I型NPC三电平，针对双馈变频器同步速运行的特殊应用场景，变频器提供的励磁电流为直流，会使电流长时间流过变频器特定的某些功率半导体器件，使之发热集中，限制了发电机扭矩输出能力，存在失效风险。市面上针对ANPC三电平器件的使用，未对双馈发电机的此特殊工况进行处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双馈变频器及其调制方法，以解决现有的双馈变频器同步速运行情况下存在失效风险的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种双馈变频器调制方法，双馈变频器包括三相桥臂，每相桥臂包括第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块、第五开关模块及第六开关模块，包括：
控制所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块、所述第四开关模块、所述第五开关模块及所述第六开关模块的导通和关断，以使所述每相桥臂进入正半波周期状态、正死区状态、正零状态、全零状态、负零状态、负死区状态及负半波周期状态。
可选的，在所述的双馈变频器调制方法中，还包括：
在第一阶段，所述每相桥臂依次进入所述正半波周期状态、所述正死区状态、所述正零状态、所述全零状态、所述负零状态、所述全零状态、所述正零状态、所述正死区状态及所述正半波周期状态；
在第二阶段，所述每相桥臂依次进入所述正零状态、所述全零状态、所述负零状态、所述负死区状态、所述负半波周期状态、所述负死区状态、所述负零状态、所述全零状态及所述正零状态；
所述第一阶段和所述第二阶段互相循环进行。
可选的，在所述的双馈变频器调制方法中，还包括：所述双馈变频器所连接的发电机的转子转速与定子旋转磁场的转速相等。
可选的，在所述的双馈变频器调制方法中，所述每相桥臂还包括依次串联在正输入端和负输入端的之间的第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容的连接处为零输入端，其中：
所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块及所述第四开关模块依次串联在正输入端和负输入端之间；
所述第一开关模块与所述第二开关模块的连接处为第一连接点；
所述第三开关模块与所述第四开关模块的连接处为第二连接点；
所述第二开关模块与所述第三开关模块的连接处为每相输出端；
所述第五开关模块一端连接所述第一连接点，另一端连接所述第六开关模块和所述零输入端；
所述第六开关模块的另一端连接所述第二连接点。
可选的，在所述的双馈变频器调制方法中，在所述正半波周期状态下，电流流过所述第一开关模块和所述第二开关模块；
在所述正死区状态下，电流流过所述第二开关模块和所述第五开关模块；
在所述正零状态下，电流流过所述第二开关模块和所述第五开关模块；
在所述全零状态下，电流流过所述第二开关模块、所述第三开关模块、所述第五开关模块和所述第六开关模块；
在所述负零状态下，电流流过所述第三开关模块和所述第六开关模块；
在所述负死区状态下，电流流过所述第三开关模块和所述第六开关模块；
在所述负半波周期状态下，电流流过所述第三开关模块和所述第四开关模块。
可选的，在所述的双馈变频器调制方法中，还包括：
所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块、所述第四开关模块、所述第五开关模块及所述第六开关模块为Si IGBT模块和SiC MOSFET模块中的一种或多种。
可选的，在所述的双馈变频器调制方法中，还包括：
在所述正半波周期状态下，为所述第一开关模块、所述第二开关模块及所述第六开关模块提供第一信号，为所述第三开关模块、所述第四开关模块及所述第五开关模块提供第二信号；
在所述正死区状态下，为所述第二开关模块提供第一信号，为所述第一开关模块、所述第三开关模块、所述第四开关模块、所述第五开关模块及所述第六开关模块提供第二信号；
在所述正零状态下，为所述第二开关模块及所述第五开关模块提供第一信号，为所述第一开关模块、所述第三开关模块、所述第四开关模块及所述第六开关模块提供第二信号；
在所述全零状态下，为所述第二开关模块、所述第三开关模块、所述第五开关模块及所述第六开关模块提供第一信号，为所述第一开关模块及所述第四开关模块提供第二信号；
在所述负零状态下，为所述第三开关模块及所述第六开关模块提供第一信号，为所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第四开关模块及所述第五开关模块提供第二信号；
在所述负死区状态下，为所述第三开关模块提供第一信号，为所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第四开关模块及所述第五开关模块及所述第六开关模块提供第二信号；
在所述负半波周期状态下，为所述第三开关模块、所述第四开关模块及所述第五开关模块提供第一信号，为所述第一开关模块、所述第二开关模块及所述第六开关模块提供第二信号。
可选的，在所述的双馈变频器调制方法中，还包括：
提供调制波与载波；
所述调制波为正弦波，所述载波为三角波；
当所述调制波为正且大于所述载波时，进入所述正半波周期状态；
当所述调制波为正且小于所述载波时，进入零状态分析流程；
当所述调制波为负且大于所述载波时，进入零状态分析流程；
当所述调制波为负且小于所述载波时，进入所述负半波周期状态。
可选的，在所述的双馈变频器调制方法中，零状态分析流程包括：
计算所述正零状态、所述全零状态及所述负零状态的总和时间；
计算所述正零状态、所述全零状态及所述负零状态之间切换产生的额外开关损耗，得到第一标称损耗；
计算所述正零状态、所述全零状态及所述负零状态之间切换导致的导通损耗的降低量，得到第二标称损耗；
计算所述第一标称损耗小于所述第二标称损耗时调制波的幅值，得到标称调制波幅值；
判断发电机转速是否为同步速，或所述调制波的幅值是否小于所述标称调制波幅值；
若是，则开启零电平热优化重新分配，根据热损耗模型分配所述正零状态、所述全零状态及所述负零状态的时间，否则进入小回路ANPC调制；
输出所述正零状态、所述全零状态及所述负零状态的时间分配结果。
可选的，在所述的双馈变频器调制方法中，所述零电平热优化重新分配包括：
在第一阶段，所述每相桥臂依次进入所述正半波周期状态、所述正死区状态、所述正零状态、所述全零状态、所述负零状态、所述全零状态、所述正零状态、所述正死区状态及所述正半波周期状态；
在第二阶段，所述每相桥臂依次进入所述正零状态、所述全零状态、所述负零状态、所述负死区状态、所述负半波周期状态、所述负死区状态、所述负零状态、所述全零状态及所述正零状态。
可选的，在所述的双馈变频器调制方法中，所述小回路ANPC调制包括：
在第一阶段时，每相桥臂依次进入所述正半波周期状态、所述正死区状态、所述正零状态、所述正死区状态及所述正半波周期状态；
在第二阶段时，每相桥臂依次进入所述负半波周期状态、所述负死区状态、所述负零状态、所述负死区状态及所述负半波周期状态。
本发明还提供一种双馈变频器，包括三相桥臂和控制单元，其中：
每相桥臂包括第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块、第五开关模块及第六开关模块；
所述控制单元控制所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块、所述第四开关模块、所述第五开关模块及所述第六开关模块的导通和关断，以使所述每相桥臂进入正半波周期状态、正死区状态、正零状态、全零状态、负零状态、负死区状态及负半波周期状态。
在本发明提供的双馈变频器及其调制方法中，通过控制单元控制第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块、第五开关模块及第六开关模块的导通和关断，以使每相桥臂进入正半波周期状态、正死区状态、正零状态、全零状态、负零状态、负死区状态及负半波周期状态，实现了灵活使用ANPC零电平分布时间，特别对于大功率双馈变频器，在同步转速工作点下使各个开关模块的器件热分布更加均匀，换流回路均采用小回路，使各个开关模块的器件的源漏极电压更低、电压应力和热分布的问题均得到有效解决，第一开关模块与第二开关模块之间，以及第五开关模块与第六开关模块之间的均压效果更好，变频器同步转速电流输出能力增加20％以上。
本发明通过零电平热优化重新分配调制，使得第二开关模块的器件导通损耗、第五开关模块的器件导通损耗转移到了第三开关模块和第六开关模块上。由于这个过程中额外增加了第二开关模块、第五开关模块、第三开关模块和第六开关模块的开关次数(如在状态切换时第二开关模块、第五开关模块承受1/4Udc电压进行开关动作，会造成少量额外的损耗△Ps)，状态切换后，第二开关模块、第五开关模块降低的器件导通损耗为△Pon。结合双馈发电机的转速和损耗降低的关系，确定调制进入零电平优化的条件，对各种零电平状态(正零和负零)进行时间分配。因此本发明先计算了第一标称损耗、第二标称损耗，并根据两者进行了判断分析，若切换导致的导通损耗的降低量小于切换产生的额外开关损耗，则采用切换次数更少的小回路ANPC调制，使零电平热优化重新分配调制策略更加合理。
本发明提供的一种ANPC三电平双馈变频器调制策略，主动均匀损耗分布的调制方法，在常规ANPC三电平的调制开关序列中，把零状态分为正零OU，负零OL和中间暂态全零OUL，并根据双馈发电机的工作点和损耗模型，进行零状态重新优化分配，使损耗分布更加均匀，提升变频器的输出能力。另外，本发明的方案还可以对各个开关模块的器件进行主动均压，例如，在正半波周期状态，开通第一开关模块和第二开关模块的同时，开通第五开关模块，对第三开关模块和第四开关模块承受的电压进行均分，防止不均压导致的器件失效。输出电压状态既可以通过空间矢量得出也可以通过载波调制，载波调制通过控制环输出的低频正弦电压信号和三角载波进行比较，当调制波大于零且大于载波，输出正状态，当调制波小于零且小于载波，输出负状态，其余输出零状态。
附图说明
图1是现有的ANPC结构和电流路径示意图；
图2是现有的ANPC常规小回路调制换流回路示意图；
图3是现有的ANPC常规大回路调制换流回路示意图；
图4是本发明一实施例双馈变频器调制方法电流换流回路示意图；
图5是本发明一实施例双馈变频器调制方法调制开关信号示意图；
图6是本发明一实施例双馈变频器调制方法调制逻辑流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的双馈变频器及其调制方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
本发明的核心思想在于提供一种双馈变频器及其调制方法，以解决现有的双馈变频器同步速运行情况下存在失效风险的问题。
为实现上述思想，本发明提供了一种双馈变频器及其调制方法，双馈变频器包括三相桥臂和控制单元，其中：每相桥臂包括第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块、第五开关模块及第六开关模块；所述控制单元控制所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块、所述第四开关模块、所述第五开关模块及所述第六开关模块的导通和关断，以使所述每相桥臂进入正半波周期状态、正死区状态、正零状态、全零状态、负零状态、负死区状态及负半波周期状态。
本发明提供的一种双馈变频器及其调制方法实现了ANPC三电平器件在双馈变频器应用，并针对双馈变频器在电机同步速工作点重新设计调制策略，提高扭矩输出能力，降低功率模块失效风险，变频器功率半导体器件热损耗分布均匀。
现有常规ANPC调制，如图2所示，以电流流向交流侧，调制正半周为例。输出正电平时，T1和T2导通，电流流过T1和T2。输出零电平时，经过死区后，T2和T5导通，电流流过D5和T2。针对双馈发电机特殊的工况，在同步速附近，转子电流为直流，转子调制电压接近0，此时交流侧长时间输出0电平，对应状态即图1中的正零状态OU，电流长时间流过D5和T2，导致热主要分布在D5和T2管，二极管的热阻更大，热分布较为集中，因此限制了双馈变频器此工况电流的输出能力。
针对市面上常用的三电平模块封装结构，如白模块，外管T1/D1和T5/D5为一个封装，内管T2/D2和T3/D3为一个封装，外管T4/D4和T6/D6为一个封装。现有调制技术如图3所示，对于大功率变频器并不适用，考虑到功率模组的寄生回路存在电感参数，会增加半导体器件的电压应力，使直流电压利用率降低，并增加额外损耗，对寿命也造成不良影响。
本实施例提供一种双馈变频器调制方法，如图1所示，双馈变频器包括三相桥臂，每相桥臂包括第一开关模块T1、第二开关模块T2、第三开关模块T3、第四开关模块T4、第五开关模块T5及第六开关模块T6，每相交流输出有3种状态，分别为(母线电压为Udc)正电压+0.5Udc、零电压、负电压-0.5Udc，对应的开关状态有7种，包括：如图4所示，控制所述第一开关模块T1、所述第二开关模块T2、所述第三开关模块T3、所述第四开关模块T4、所述第五开关模块T5及所述第六开关模块T6的导通和关断，以使所述每相桥臂进入正半波周期状态P、正死区状态DeadP、正零状态OU、全零状态OUL、负零状态OL、负死区状态DeadN及负半波周期状态N。
如图4所示，其中图4(1)称为P状态(正半波周期状态P)，对应开关序列为110010。图4(2)称为DeadP状态，即正死区状态DeadP，对应开关序列为010000。图4(3)称为OU状态，即正零状态OU，对应开关序列为010010。图4(4)称为OUL状态，即全零状态OUL，对应开关序列为011011。图4(5)称为OL状态，即负零状态OL，对应开关序列为001001。图4(6)称为DeadN状态，即负死区状态DeadN，对应开关序列为001000。图4(7)称为N状态，即负半波周期状态N，对应开关序列为001110。
具体的，在所述的双馈变频器调制方法中，还包括：在第一阶段，所述每相桥臂依次进入所述正半波周期状态P、所述正死区状态DeadP、所述正零状态OU、所述全零状态OUL、所述负零状态OL、所述全零状态OUL、所述正零状态OU、所述正死区状态DeadP及所述正半波周期状态P；在第二阶段，所述每相桥臂依次进入所述正零状态OU、所述全零状态OUL、所述负零状态OL、所述负死区状态DeadN、所述负半波周期状态N、所述负死区状态DeadN、所述负零状态OL、所述全零状态OUL及所述正零状态OU；所述第一阶段和所述第二阶段互相循环进行。
进一步的，在所述的双馈变频器调制方法中，还包括：所述双馈变频器所连接的发电机的转子转速与定子旋转磁场的转速相等。
如图4所示，在所述的双馈变频器调制方法中，所述每相桥臂还包括依次串联在正输入端P和负输入端N的之间的第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1和所述第二电容C2的连接处为零输入端O，其中：所述第一开关模块T1、所述第二开关模块T2、所述第三开关模块T3及所述第四开关模块T4依次串联在正输入端P和负输入端N之间；所述第一开关模块T1与所述第二开关模块T2的连接处为第一连接点；所述第三开关模块T3与所述第四开关模块T4的连接处为第二连接点；所述第二开关模块T2与所述第三开关模块T3的连接处为每相输出端；所述第五开关模块T5一端连接所述第一连接点，另一端连接所述第六开关模块T6和所述零输入端O；所述第六开关模块T6的另一端连接所述第二连接点。
其中，在所述的双馈变频器调制方法中，在所述正半波周期状态P下，电流流过所述第一开关模块T1和所述第二开关模块T2；在所述正死区状态DeadP下，电流流过所述第二开关模块T2和所述第五开关模块T5；在所述正零状态OU下，电流流过所述第二开关模块T2和所述第五开关模块T5；在所述全零状态OUL下，电流流过所述第二开关模块T2、所述第三开关模块T3、所述第五开关模块T5和所述第六开关模块T6；在所述负零状态OL下，电流流过所述第三开关模块T3和所述第六开关模块T6；在所述负死区状态DeadN下，电流流过所述第三开关模块T3和所述第六开关模块T6；在所述负半波周期状态N下，电流流过所述第三开关模块T3和所述第四开关模块T4。
在本发明的一个实施例中，在所述的双馈变频器调制方法中，还包括：所述第一开关模块T1、所述第二开关模块T2、所述第三开关模块T3、所述第四开关模块T4、所述第五开关模块T5及所述第六开关模块T6为Si IGBT模块和SiC MOSFET模块中的一种或多种。
如图4～5所示，在所述的双馈变频器调制方法中，还包括：在所述正半波周期状态P下，为所述第一开关模块T1、所述第二开关模块T2及所述第六开关模块T6提供第一信号，为所述第三开关模块T3、所述第四开关模块T4及所述第五开关模块T5提供第二信号；在所述正死区状态DeadP下，为所述第二开关模块T2提供第一信号，为所述第一开关模块T1、所述第三开关模块T3、所述第四开关模块T4、所述第五开关模块T5及所述第六开关模块T6提供第二信号；在所述正零状态OU下，为所述第二开关模块T2及所述第五开关模块T5提供第一信号，为所述第一开关模块T1、所述第三开关模块T3、所述第四开关模块T4及所述第六开关模块T6提供第二信号；在所述全零状态OUL下，为所述第二开关模块T2、所述第三开关模块T3、所述第五开关模块T5及所述第六开关模块T6提供第一信号，为所述第一开关模块T1及所述第四开关模块T4提供第二信号；在所述负零状态OL下，为所述第三开关模块T3及所述第六开关模块T6提供第一信号，为所述第一开关模块T1、所述第二开关模块T2、所述第四开关模块T4及所述第五开关模块T5提供第二信号；在所述负死区状态DeadN下，为所述第三开关模块T3提供第一信号，为所述第一开关模块T1、所述第二开关模块T2、所述第四开关模块T4及所述第五开关模块T5及所述第六开关模块T6提供第二信号；在所述负半波周期状态N下，为所述第三开关模块T3、所述第四开关模块T4及所述第五开关模块T5提供第一信号，为所述第一开关模块T1、所述第二开关模块T2及所述第六开关模块T6提供第二信号。
如图5～6所示，在所述的双馈变频器调制方法中，还包括：提供调制波与载波；所述调制波为低频正弦波，所述载波为高频三角波，其中图5中只示出了正弦波的微观图像，该微观图像接近于方波；当所述调制波为正且大于所述载波时，进入所述正半波周期状态P；当所述调制波为正且小于所述载波时，进入零状态分析流程；当所述调制波为负且大于所述载波时，进入零状态分析流程；当所述调制波为负且小于所述载波时，进入所述负半波周期状态N。
如图6所示，在所述的双馈变频器调制方法中，零状态分析流程包括：计算所述正零状态OU、所述全零状态OUL及所述负零状态OL的总和时间；计算所述正零状态OU、所述全零状态OUL及所述负零状态OL之间切换产生的额外开关损耗，得到第一标称损耗；计算所述正零状态OU、所述全零状态OUL及所述负零状态OL之间切换导致的导通损耗的降低量，得到第二标称损耗；计算所述第一标称损耗小于所述第二标称损耗时调制波的幅值，得到标称调制波幅值；判断发电机转速是否为同步速，或所述调制波的幅值是否小于所述标称调制波幅值；若是，则开启零电平热优化重新分配，根据热损耗模型分配所述正零状态OU、所述全零状态OUL及所述负零状态OL的时间，否则进入小回路ANPC调制；输出所述正零状态OU、所述全零状态OUL及所述负零状态OL的时间分配结果。
在本发明的一个实施例中，在所述的双馈变频器调制方法中，所述零电平热优化重新分配包括：在第一阶段，所述每相桥臂依次进入所述正半波周期状态P、所述正死区状态DeadP、所述正零状态OU、所述全零状态OUL、所述负零状态OL、所述全零状态OUL、所述正零状态OU、所述正死区状态DeadP及所述正半波周期状态P；在第二阶段，所述每相桥臂依次进入所述正零状态OU、所述全零状态OUL、所述负零状态OL、所述负死区状态DeadN、所述负半波周期状态N、所述负死区状态DeadN、所述负零状态OL、所述全零状态OUL及所述正零状态OU。
在本发明的另一个实施例中，在所述的双馈变频器调制方法中，所述小回路ANPC调制包括：在第一阶段时，每相桥臂依次进入所述正半波周期状态P、所述正死区状态DeadP、所述正零状态OU、所述正死区状态DeadP及所述正半波周期状态P；在第二阶段时，每相桥臂依次进入所述负半波周期状态N、所述负死区状态DeadN、所述负零状态OL、所述负死区状态DeadN及所述负半波周期状态N。
根据以上7种开关状态设置状态切换逻辑，开关序列切换分为两种：
小回路调制：正半波周期P—>DeadP—>OU—>DeadP—>P、负半波周期N—>DeadN—>OL—>DeadN—>N；以输出电压从正状态切换为零状态时为例，切换关系如图4中(1)(2)(3)所示，开关状态由正状态先切换到正半周死区态DeadP(关闭T1，T2保留打开状态)，DeadP工作时长为△Tdead，由器件开关时间确定，再打开T2，输出切换到正零态OU，电流路径从T1/D1和T2/D2切换到了路径T2/D2和T5/D5。
零电平状态优化调制：正半波周期P—>DeadP—>OU—>OUL—>OL、负半波周期N—>DeadN—>OL—>OUL—>OU；以输出电压从正状态切换为零状态时为例，切换关系如图4中(1)(2)(3)(4)(5)所示，小回路调制基础上，正零继续切换，增加了暂态全零OUL过程，打开内管T2/T3和钳位管T5/T6，电流流过T2/D2、T5/D5和T3/D3、T6/D6，再关闭T2/T5使电流切换到负零OL，此时电流流过T3/D3、T6/D6。
本实施例还提供一种双馈变频器，包括三相桥臂和控制单元，其中：每相桥臂包括第一开关模块T1、第二开关模块T2、第三开关模块T3、第四开关模块T4、第五开关模块T5及第六开关模块T6；所述控制单元控制所述第一开关模块T1、所述第二开关模块T2、所述第三开关模块T3、所述第四开关模块T4、所述第五开关模块T5及所述第六开关模块T6的导通和关断，以使所述每相桥臂进入正半波周期状态P、正死区状态DeadP、正零状态OU、全零状态OUL、负零状态OL、负死区状态DeadN及负半波周期状态N。
在本发明提供的双馈变频器及其调制方法中，通过控制单元控制第一开关模块T1、第二开关模块T2、第三开关模块T3、第四开关模块T4、第五开关模块T5及第六开关模块T6的导通和关断，以使每相桥臂进入正半波周期状态P、正死区状态DeadP、正零状态OU、全零状态OUL、负零状态OL、负死区状态DeadN及负半波周期状态N，实现了灵活使用ANPC零电平分布时间，特别对于大功率双馈变频器，在同步转速工作点下使各个开关模块的器件热分布更加均匀，换流回路均采用小回路，使各个开关模块的器件的源漏极电压更低、电压应力和热分布的问题均得到有效解决，第一开关模块T1与第二开关模块T2之间，以及第五开关模块T5与第六开关模块T6之间的均压效果更好，变频器同步转速电流输出能力增加20％以上。
本发明通过零电平热优化重新分配调制，使得第二开关模块T2的器件导通损耗、第五开关模块T5的器件导通损耗转移到了第三开关模块T3和第六开关模块T6上。由于这个过程中额外增加了第二开关模块T2、第五开关模块T5、第三开关模块T3和第六开关模块T6的开关次数(如在状态切换时第二开关模块T2、第五开关模块T5承受1/4Udc电压进行开关动作，会造成少量额外的损耗△Ps)，状态切换后，第二开关模块T2、第五开关模块T5降低的器件导通损耗为△Pon。结合双馈发电机的转速和损耗降低的关系，确定调制进入零电平优化的条件，对各种零电平状态(正零和负零)进行时间分配。因此本发明先计算了第一标称损耗、第二标称损耗，并根据两者进行了判断分析，若切换导致的导通损耗的降低量小于切换产生的额外开关损耗，则采用切换次数更少的小回路ANPC调制，使零电平热优化重新分配调制策略更加合理。
本发明提供的一种ANPC三电平双馈变频器调制策略，主动均匀损耗分布的调制方法，在常规ANPC三电平的调制开关序列中，把零状态分为正零OU，负零OL和中间暂态全零OUL，并根据双馈发电机的工作点和损耗模型，进行零状态重新优化分配，使损耗分布更加均匀，提升变频器的输出能力。另外，本发明的方案还可以对各个开关模块的器件进行主动均压，例如，在正半波周期状态P，开通第一开关模块T1和第二开关模块T2的同时，开通第五开关模块T5，对第三开关模块T3和第四开关模块T4承受的电压进行均分，防止电压不均导致的器件失效。输出电压状态既可以通过空间矢量得出也可以通过载波调制，载波调制通过控制环输出的低频正弦电压信号和三角载波进行比较，当调制波大于零且大于载波，输出正状态，当调制波小于零且小于载波，输出负状态，其余输出零状态。
综上，上述实施例对双馈变频器及其调制方法的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
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。对于实施例公开的系统而言，由于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。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.一种双馈变频器调制方法，双馈变频器包括三相桥臂，每相桥臂包括第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块、第五开关模块及第六开关模块，其特征在于，包括：
控制所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块、所述第四开关模块、所述第五开关模块及所述第六开关模块的导通和关断，以使所述每相桥臂进入正半波周期状态、正死区状态、正零状态、全零状态、负零状态、负死区状态及负半波周期状态。
2.如权利要求1所述的双馈变频器调制方法，其特征在于，还包括：
在第一阶段，所述每相桥臂依次进入所述正半波周期状态、所述正死区状态、所述正零状态、所述全零状态、所述负零状态、所述全零状态、所述正零状态、所述正死区状态及所述正半波周期状态；
在第二阶段，所述每相桥臂依次进入所述正零状态、所述全零状态、所述负零状态、所述负死区状态、所述负半波周期状态、所述负死区状态、所述负零状态、所述全零状态及所述正零状态；
所述第一阶段和所述第二阶段互相循环进行。
3.如权利要求1所述的双馈变频器调制方法，其特征在于，还包括：所述双馈变频器所连接的发电机的转子转速与定子旋转磁场的转速相等。
4.如权利要求1所述的双馈变频器调制方法，其特征在于，所述每相桥臂还包括依次串联在正输入端和负输入端的之间的第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容的连接处为零输入端，其中：
所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块及所述第四开关模块依次串联在正输入端和负输入端之间；
所述第一开关模块与所述第二开关模块的连接处为第一连接点；
所述第三开关模块与所述第四开关模块的连接处为第二连接点；
所述第二开关模块与所述第三开关模块的连接处为每相输出端；
所述第五开关模块一端连接所述第一连接点，另一端连接所述第六开关模块和所述零输入端；
所述第六开关模块的另一端连接所述第二连接点。
5.如权利要求1所述的双馈变频器调制方法，其特征在于，在所述正半波周期状态下，电流流过所述第一开关模块和所述第二开关模块；
在所述正死区状态下，电流流过所述第二开关模块和所述第五开关模块；
在所述正零状态下，电流流过所述第二开关模块和所述第五开关模块；
在所述全零状态下，电流流过所述第二开关模块、所述第三开关模块、所述第五开关模块和所述第六开关模块；
在所述负零状态下，电流流过所述第三开关模块和所述第六开关模块；
在所述负死区状态下，电流流过所述第三开关模块和所述第六开关模块；
在所述负半波周期状态下，电流流过所述第三开关模块和所述第四开关模块。
6.如权利要求1所述的双馈变频器调制方法，其特征在于，还包括：
所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块、所述第四开关模块、所述第五开关模块及所述第六开关模块为Si IGBT模块和SiC MOSFET模块中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的双馈变频器调制方法，其特征在于，还包括：
在所述正半波周期状态下，为所述第一开关模块、所述第二开关模块及所述第六开关模块提供第一信号，为所述第三开关模块、所述第四开关模块及所述第五开关模块提供第二信号；
在所述正死区状态下，为所述第二开关模块提供第一信号，为所述第一开关模块、所述第三开关模块、所述第四开关模块、所述第五开关模块及所述第六开关模块提供第二信号；
在所述正零状态下，为所述第二开关模块及所述第五开关模块提供第一信号，为所述第一开关模块、所述第三开关模块、所述第四开关模块及所述第六开关模块提供第二信号；
在所述全零状态下，为所述第二开关模块、所述第三开关模块、所述第五开关模块及所述第六开关模块提供第一信号，为所述第一开关模块及所述第四开关模块提供第二信号；
在所述负零状态下，为所述第三开关模块及所述第六开关模块提供第一信号，为所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第四开关模块及所述第五开关模块提供第二信号；
在所述负死区状态下，为所述第三开关模块提供第一信号，为所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第四开关模块及所述第五开关模块及所述第六开关模块提供第二信号；
在所述负半波周期状态下，为所述第三开关模块、所述第四开关模块及所述第五开关模块提供第一信号，为所述第一开关模块、所述第二开关模块及所述第六开关模块提供第二信号。
8.如权利要求1所述的双馈变频器调制方法，其特征在于，还包括：
提供调制波与载波；
所述调制波为正弦波，所述载波为三角波；
当所述调制波为正且大于所述载波时，进入所述正半波周期状态；
当所述调制波为正且小于所述载波时，进入零状态分析流程；
当所述调制波为负且大于所述载波时，进入零状态分析流程；
当所述调制波为负且小于所述载波时，进入所述负半波周期状态。
9.如权利要求8所述的双馈变频器调制方法，其特征在于，零状态分析流程包括：
计算所述正零状态、所述全零状态及所述负零状态的总和时间；
计算所述正零状态、所述全零状态及所述负零状态之间切换产生的额外开关损耗，得到第一标称损耗；
计算所述正零状态、所述全零状态及所述负零状态之间切换导致的导通损耗的降低量，得到第二标称损耗；
计算所述第一标称损耗小于所述第二标称损耗时调制波的幅值，得到标称调制波幅值；
判断发电机转速是否为同步速，或所述调制波的幅值是否小于所述标称调制波幅值；
若是，则开启零电平热优化重新分配，根据热损耗模型分配所述正零状态、所述全零状态及所述负零状态的时间，否则进入小回路ANPC调制；
输出所述正零状态、所述全零状态及所述负零状态的时间分配结果。
10.如权利要求9所述的双馈变频器调制方法，其特征在于，所述零电平热优化重新分配包括：
在第一阶段，所述每相桥臂依次进入所述正半波周期状态、所述正死区状态、所述正零状态、所述全零状态、所述负零状态、所述全零状态、所述正零状态、所述正死区状态及所述正半波周期状态；
在第二阶段，所述每相桥臂依次进入所述正零状态、所述全零状态、所述负零状态、所述负死区状态、所述负半波周期状态、所述负死区状态、所述负零状态、所述全零状态及所述正零状态。
11.如权利要求9所述的双馈变频器调制方法，其特征在于，所述小回路ANPC调制包括：
在第一阶段时，每相桥臂依次进入所述正半波周期状态、所述正死区状态、所述正零状态、所述正死区状态及所述正半波周期状态；
在第二阶段时，每相桥臂依次进入所述负半波周期状态、所述负死区状态、所述负零状态、所述负死区状态及所述负半波周期状态。
12.一种双馈变频器，其特征在于，包括三相桥臂和控制单元，其中：
每相桥臂包括第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块、第五开关模块及第六开关模块；
所述控制单元控制所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块、所述第四开关模块、所述第五开关模块及所述第六开关模块的导通和关断，以使所述每相桥臂进入正半波周期状态、正死区状态、正零状态、全零状态、负零状态、负死区状态及负半波周期状态。
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