CN112564516B - 一种变流器控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种变流器控制方法，所述变流器包括依次连接的整流器、直流母线电容以及逆变器；所述变流器控制方法包括：发波方式采用DPWM，DPWM发波方式中的零矢量对于载波的相对位置不随扇区的切换而变化，在一个发波周期之内，所述整流器和所述逆变器之间零矢量相位相同。本申请通过使整流器与逆变器在一个发波周期之内零矢量相位相同，降低直流母线电容纹波电流，进而降低电容芯温，提高电容寿命。

Description

一种变流器控制方法

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种变流器控制方法。

背景技术

目前在电力电子领域母线电容的寿命是制约变流器长期工作的一个主要因素。母线电容的寿命越长，变流器能够正常工作的时间也越长。母线电容的芯温决定了母线电容的寿命，芯温越高，母线电容寿命越短。常见的降低母线电容的芯温的方法有如下几种：

1)、加强散热：降低环境温度，提高母线电容散热风量等，该种方法必然导致散热设备的增加，提高设备成本。

2)、减少发热：增加电容数量、使用高纹波耐受能力的电容、采用叠层母排降低谐振纹波电流等，该方法也会增加器件成本，并在某种程度上限制工程设计。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种变流器控制方法，以解决如何降低电容芯温，提高电容寿命的问题。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种变流器控制方法，所述变流器包括依次连接的整流器、直流母线电容以及逆变器；所述整流器和逆变器均采用DPWM发波方式，并采用相同频率且相位相同或相反的载波，在同一个开关周期之内，整流器和逆变器所选取的零矢量相对开关周期中心的位置分布相同。

所述DPWM发波方式，在一个发波周期内仅含有一个零矢量,在扇区切换时更改零矢量在发波周期内的相对位置,使新扇区零矢量与前一扇区零矢量的时间间隔不发生变化。

所述的在扇区切换时更改零矢量在发波周期内的相对位置，可以通过在扇区切换时通过对载波进行移相180°来实现新扇区零矢量与前一扇区零矢量的时间间隔不发生变化。或者通过在扇区切换时对调制波取补并将调制波与载波比较方式取反来实现扇区零矢量与前一扇区零矢量的时间间隔不发生变化。

本申请的变流器控制方法，通过整流器和逆变器在同一个开关周期内零矢量行为相同，降低直流母线电容纹波电流，进而降低电容芯温，提高电容寿命。

附图说明

图1为本申请实施例提供的变流器示意图；

图2为本申请实施例提供的发波方式1的三角载波示意图；

图3为本申请实施例提供的发波方式2的三角载波示意图；

图4为本申请实施例提供的5段发波扇区切换的三角载波示意图；

图5为本申请实施例提供的发波方式4的三角载波示意图；

图6为本申请实施例提供的发波方式5的三角载波示意图；

图7为本申请实施例提供的发波方式6的三角载波示意图；

图8为本申请实施例提供的发波方式7的三角载波示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1为本申请实施例提供的变流器示意图。

如图1所示，所述变流器包括依次连接的整流器1、直流母线电容C1以及逆变器2。

整流器1用于对三相交流电压(A相、B相、C相)进行整流，将其转换为直流电压输入到正整流母线L1和负整流母线L2上。逆变器2用于将正整流母线L1和负整流母线L2上的直流电压逆变为三相交流电压(U相、V相、W相)，输出到交流设备M3中。直流母线电容C1的两端分别连接在正整流母线L1和负整流母线L2上。需要说明的是，整流器1和逆变器2均可以为双向变换器，在此不作限定。

整流器1包括功率半导体器件Sap、Sbp、Scp、San、Sbn、Scn，Sap和San串联，Sbp和Sbn串联，Scp和Scn串联。

逆变器2包括功率半导体器件Sup、Svp、Swp、Sun、Svn、Swn，Sup和Sun串联，Svp和Svn串联，Swp和Swn串联。

功率半导体器件包括但不限于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、集成门极换流晶闸管(IGCT)、注入增强栅晶体管(IEGT)。

在本示例中，所述整流器1和所述逆变器2均采用脉冲宽度调制(PWM)方式进行工作。

具体地，整流器1的功率半导体器件(Sap、Sbp、Scp、San、Sbn、Scn)根据控制信号Sa、Sb、Sc来动作：在不考虑死区的情况下，Sa＝1时表示Sap导通，San非导通；Sa＝0时表示Sap非导通，San导通。Sb、Sc控制逻辑同上。逆变器2控制逻辑同整流器1。控制信号Sa、Sb、Sc、Su、Sv、Sw由控制器3提供。

在PWM控制中采用Vx(x＝0～7的整数)表示功率半导体器件的开关逻辑，其中的字母x是按照(4*Sa+2*Sb+Sc)而赋予的。例如，如果上臂侧的功率半导体器件Sap、Sbp、Scp全部非导通，下臂侧的功率半导体器件San、Sbn、Scn全部导通，在这种情况下Sa＝Sb＝Sc＝0，x＝0，整流器1工作在V0这样的零矢量的状态。相反，如果上臂侧的功率半导体器件Sap、Sbp、Scp全部导通，下臂侧的功率半导体器件San、Sbn、Scn全部非导通，在这种情况下Sa＝Sb＝Sc＝1，x＝7，整流器1工作在V7这样的零矢量的状态。逆变器2与此类似。

直流母线电容C1的纹波电流Icap＝Irec-Iinv，直流母线电流Irec＝Sa*Ia+Sb*Ib+Sc*Ic。当整流器1工作在零矢量V0时，Irec＝0；当整流器1工作在零矢量V7时，直流母线电流Irec＝Ia+Ib+Ic＝0。同样的，逆变器2工作在零矢量V0或V7时，直流母线电流Iinv＝0。当整流器1工作在零矢量V0或V7时，如果逆变器2工作在非零矢量V1-V6时，直流母线电容C1需要为逆变器2提供电流支持；而当逆变器2工作在零矢量V0或V7时，直流母线电容C1无需为两者提供电流支持，此时直流母线电容C1的纹波电流值最小。为最大程度上重合整流器1和逆变器2的发波零矢量(V0或V7)，需要两者的零矢量(V0或V7)相位相同。

PWM的控制可以等效为三角载波调制，Uma、Umb、Umc分别为控制信号Sa、Sb、Sc等效的电压矢量调制波信号，三角载波峰值为UT，当电压矢量调制波信号值大于三角载波时，对应的控制信号控制逻辑为1，反之为0。

常规的DPWM发波分为两种情况：

如图2所示，当Uma、Umb、Umc中的一个值等于UT时，此时记为发波方式1，无零矢量V0，零矢量V7发生在三角载波相位的180°。此时可记为零矢量的相角为180°。

如图3所示，当Uma、Umb、Umc中的一个值等于0时，此时记为发波方式2，零矢量V0发生在三角载波相位的0°和360°，无零矢量V7。此时可记为零矢量的相角为0°。

在现有的DPWM发波中，整流器和逆变器的发波方式会随扇区切换而在发波方式1和发波方式2之间进行切换；每切换一次扇区，发波方式切换一次。如图4所示扇区切换前零矢量为V7(Sa＝Sb＝Sc＝1)，扇区切换后零矢量为V0(Sa＝Sb＝Sc＝0),零矢量相位由180°变化为0°。

当整流器1与逆变器2都采用5段发波，在一个发波周期时两者都只有一个零矢量。在当前扇区零矢量相位对齐后，当两者其一发生扇区切换后零矢量的相位角度相差180°，从而导致纹波电流变大。

为应对该情况，本实施例提供如下发波方式以保证扇区切换后零矢量中心位置相对前一零矢量的中心位置时间间隔保持不变，从而使得不管整流器或逆变器哪一个发生扇区切换，其零矢量中心仍然可以对齐。

为明确零矢量相位，引入虚拟载波，根据零矢量位于虚拟载波位置确定零矢量相角。

如图5所示，扇区切换前零矢量为V7，切换后零矢量为V0。在扇区切换后对三角载波进行移相180°，从而使切换后的零矢量V0发生在虚拟载波相位的180°，与前一扇区V7所在的虚拟载波相位相同。此时可记为零矢量的相角为180°，此时记为发波方式3。

如图6所示，扇区切换前零矢量为V7，切换后零矢量为V0。在扇区切换后对调制波Uma、Umb、Umc取补值，更改比较方式，当电压矢量调制波信号值大于三角载波时，对应的控制信号控制逻辑为0，反之为1。由此使零矢量V0发生在虚拟载波相位的180°，与前一扇区V7所在的虚拟载波相位相同。此时可记为零矢量的相角为180°，此时记为发波方式4。

如图7所示，扇区切换前零矢量为V0，切换后零矢量为V7。在扇区切换后对三角载波进行移相180°，从而使切换后的零矢量V7发生在虚拟载波相位的0°，与前一扇区V0所在的虚拟载波相位相同。此时可记为零矢量的相角为0°，此时记为发波方式5。

如图8所示，扇区切换前零矢量为V0，切换后零矢量为V7。在扇区切换后对调制波Uma、Umb、Umc取补值，更改比较方式，当电压矢量调制波信号值大于三角载波时，对应的控制信号控制逻辑为0，反之为1。由此使零矢量V7发生在虚拟载波相位的0°，与前一扇区V0所在的虚拟载波相位相同。此时可记为零矢量的相角为0°，此时记为发波方式6。

综上，当整流器1和逆变器2其中一个的发波方式为发波方式3或4时，另一个发波方式为发波方式3或4时，为使零矢量相位相同，两三角载波相位应相差0°。

当整流器1和逆变器2其中一个的发波方式为发波方式5或6时，另一个发波方式为发波方式5或6时，为使零矢量相位相同，两三角载波相位应相差0°。

当整流器1和逆变器2其中一个的发波方式为发波方式3或4时，另一个发波方式为发波方式5或6时，为使零矢量相位相同，两三角载波相位应相差180°。

以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。

Claims (7)

1.一种变流器控制方法，所述变流器包括依次连接的整流器、直流母线电容以及逆变器；其特征在于，所述整流器和所述逆变器均采用DPWM发波方式，并采用相同频率且相位相同或相反的载波，在同一个开关周期之内，所述整流器和所述逆变器所选取的零矢量相对开关周期中心的位置分布相同；

所述DPWM发波方式，在一个发波周期内仅含有一个零矢量，在扇区切换时通过对载波进行移相180°或者对调制波取补并将调制波与载波的比较方式取反更改零矢量在发波周期内的相对位置，使新扇区零矢量与前一扇区零矢量的时间间隔不发生变化。

2.根据权利要求1所述的变流器控制方法，其特征在于，在扇区切换时通过对载波进行移相180°来实现新扇区零矢量与前一扇区零矢量的时间间隔不发生变化，存在一虚拟载波，该载波不进行移相操作，相对于该虚拟载波，零矢量V7位于载波波谷位置，零矢量V0位于载波波峰位置并移相180°，记做发波方式三；或者，相对于该虚拟载波，零矢量V7位于载波波谷位置并移相180°，零矢量V0位于载波波峰位置，记做发波方式五。

3.根据权利要求2所述的变流器控制方法，其特征在于，在扇区切换时对调制波取补并将调制波与载波通过比较方式取反来实现扇区零矢量与前一扇区零矢量的时间间隔不发生变化，存在一虚拟载波，该载波不进行移相操作，相对于该虚拟载波，零矢量V7时不对调制波及其比较方式进行更改，零矢量V0时对调制波取补并将调制波与载波的比较方式取反，记做发波方式四；或者

零矢量V7时对调制波取补并将调制波与载波的比较方式取反，零矢量V0时不对调制波及其比较方式进行更改，记做发波方式六。

4.根据权利要求3所述的变流器控制方法，其特征在于，整流器和逆变器所选取的零矢量相对开关周期中心的位置分布相同，当整流器和逆变器其中一个的发波方式为发波方式三或发波方式四时，另一个发波方式为发波方式三或发波方式四时，为使零矢量相位相同，两虚拟载波相位应相差0°。

5.根据权利要求3所述的变流器控制方法，其特征在于，当整流器和逆变器其中一个的发波方式为发波方式五或发波方式六时，另一个发波方式为发波方式五或发波方式六时，为使零矢量相位相同，两虚拟载波相位应相差0°。

6.根据权利要求3所述的变流器控制方法，其特征在于，当整流器和逆变器其中一个的发波方式为发波方式三或发波方式四时，另一个发波方式为发波方式五或发波方式六时，为使零矢量相位相同，两虚拟载波相位应相差180°。

7.根据权利要求3所述的变流器控制方法，其特征在于，所述的零矢量V0和V7，V7零矢量三相逆变器上桥臂开关管全部导通，V7零矢量三相逆变器下桥臂开关管全部非导通；V0零矢量三相逆变器上桥臂开关管全部非导通，V0零矢量三相逆变器下桥臂开关管全部导通。

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