CN113938043A - 一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法 - Google Patents

一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113938043A
CN113938043A CN202111107949.8A CN202111107949A CN113938043A CN 113938043 A CN113938043 A CN 113938043A CN 202111107949 A CN202111107949 A CN 202111107949A CN 113938043 A CN113938043 A CN 113938043A
Authority
CN
China
Prior art keywords
switching tube
neutral point
tube
active neutral
switch tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111107949.8A
Other languages
English (en)
Inventor
曾嵘
崔彬
屈鲁
赵彪
余占清
宋强
陈煜坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202111107949.8A priority Critical patent/CN113938043A/zh
Publication of CN113938043A publication Critical patent/CN113938043A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明提供一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法，所述方法包括步骤：采用第一测试时序和第二测试时序测试有源中性点箝位型变流器的单相桥臂中的电压路径。本发明的有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法可以覆盖有源中性点箝位型三电平变流器的所有开关工况，提高了测试效率。

Description

一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法
技术领域
本发明属于电力测试领域，特别涉及一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法。
背景技术
针对二极管中性点钳位型变流器在运行过程中会出现功率器件损耗不平衡以及飞跨电容钳位型变流器建造成本昂贵等问题，德国学者T.Bruckner于2001年首次IEEE-PESC会议上提出了有源中性点箝位型三电平变流器的拓扑结构。相较于二极管中性点钳位型变流器，有源中性点箝位型变流器采用有源全控器件代替二极管，增加了零电平时电流通路，分散了内管开关损耗，提高了输出电流能力。相较于飞跨电容钳位型变流器，有源中性点箝位型变流器省去了飞跨电容，大大减小了设备体积及建造成本。因此，有源中性点箝位型三电平变流器成为中压大容量变流器的主流拓扑之一。
现有的测试手段对于有源中性点箝位型三电平变流器的测试效率低下，亟需高效的测试手段。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法。
本发明的有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法，包括步骤：
采用第一测试时序和第二测试时序测试有源中性点箝位型变流器的单相桥臂中的电压路径。
进一步，
所述有源中性点箝位型变流器的单相桥臂包括第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第四开关管(S4)、第五开关管(S5)、第六开关管(S6)、第一电容(Cd1)和第二电容(Cd2)，
所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)中的每一个开关管都和一个对应的二极管反并联，即所述开关管的第一电极连接至所述对应的二极管的第二电极，且所述开关管的第二电极连接至所述对应的二极管的第一电极；
所述第一开关管(S1)至第四开关管(S4)依次顺序串联，即前一开关管的第二电极连接至后一开关管的第一电极；
所述第一电容(Cd1)的第一电极连接至第一开关管(S1)的第一电极，所述第一电容(Cd1)的第二电极连接至第二电容(Cd2)的第一电极和第五开关管(S5)的第二电极；
所述第二电容(Cd2)的第二电极连接至第四开关管(S4)的第二电极；
所述第五开关管(S5)的第一电极连接至第一开关管(S1)的第二电极，所述第五开关管(S5)的第二电极连接至第六开关管(S6)的第一电极。
进一步，
所述第一电容(Cd1)的第一电极为正极，第二电极为负极；
所述第二电容(Cd2)的第一电极为正极，第二电极为负极。
进一步，
所述对应的二极管的第一电极为阳极，第二电极为阴极。
进一步，
所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)为全控电力电子器件。
进一步，
所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)为绝缘栅双极型晶体管、集成门极换流晶闸管或注入增强型栅极晶体管，
所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)为绝缘栅双极型晶体管或注入增强型栅极晶体管时，所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)的第一电极为集电极，第二电极为发射极；
所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)为集成门极换流晶闸管时，所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)的第一电极为阳极，第二电极为阴极。
进一步，
在所述第二开关管(S2)的第二电极和第五开关管(S5)的第二电极之间连接有电感(L)。
进一步，
设T代表所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)的驱动控制信号中方波脉冲的持续时间段，
则所述第一测试时序和第二测试时序均包括6个连续相邻的持续时间段T：第1T至第6T，在所述第6T结束后，所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)均关闭，
其中，
所述第一测试时序中，在所述第1T和第3T开通所述第一开关管(S1)，在所述第1T至第4T和第6T开通所述第二开关管(S2)，所述第三开关管(S3)至第六开关管(S6)在所述第一测试时序中保持关闭；
所述第二测试时序中，在所述第1T和第3T开通所述第二开关管(S2)，在所述第1T至第4T和第6T开通所述第六开关管(S6)，在所述第1T至第4T开通所述第一开关管(S1)，所述第三开关管(S3)至第五开关管(S5)在所述第二测试时序中保持关闭。
进一步，
在输出电压为u0时，采用第一测试时序和第二测试时序测试有源中性点箝位型变流器的单相桥臂中的电压路径，得到正向电压矢量切换的测试结果，
其中，
所述输出电压为u0时，若所述第一开关管(S1)，第二开关管(S2)和第六开关管(S6)开通且所述第三开关管(S3)，第四开关管(S4)和第五开关管(S5)关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为E；若所述第二开关管(S2)，第四开关管(S4)和第五开关管(S5)开通且所述第一开关管(S1)，第三开关管(S3)和第六开关管(S6)关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为0；若所述第一开关管(S1)，第三开关管(S3)和第六开关管(S6)开通且所述第二开关管(S2)，第四开关管(S4)和第五开关管(S5)关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为0；若所述第三开关管(S3)，第四开关管(S4)和第五开关管(S5)开通且所述第一开关管(S1)，第二开关管(S2)和第六开关管(S6)关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为-E。
进一步，
在输出电压为-u0时，采用第一测试时序和第二测试时序测试有源中性点箝位型变流器的单相桥臂中的电压路径，得到反向电压矢量切换的测试结果，
其中，
所述输出电压为-u0时，若所述第一开关管(S1)，第二开关管(S2)和第六开关管(S6)开通且所述第三开关管(S3)，第四开关管(S4)和第五开关管(S5)关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为-E；若所述第二开关管(S2)，第四开关管(S4)和第五开关管(S5)开通且所述第一开关管(S1)，第三开关管(S3)和第六开关管(S6)关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为0；若所述第一开关管(S1)，第三开关管(S3)和第六开关管(S6)开通且所述第二开关管(S2)，第四开关管(S4)和第五开关管(S5)关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为0；若所述第三开关管(S3)，第四开关管(S4)和第五开关管(S5)开通且所述第一开关管(S1)，第二开关管(S2)和第六开关管(S6)关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为E。
本发明的有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法可以覆盖有源中性点箝位型三电平变流器的所有开关工况，提高测试效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
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示出了根据现有技术的有源中性点箝位型变流器电流导通路径一；
图2示出了根据现有技术的有源中性点箝位型变流器电流导通路径二；
图3示出了根据现有技术的有源中性点箝位型变流器电流导通路径三；
图4示出了根据现有技术的有源中性点箝位型变流器电流导通路径四；
图5示出了根据现有技术的有源中性点箝位型变流器电流导通路径五；
图6示出了根据现有技术的有源中性点箝位型变流器电流导通路径六；
图7示出了根据现有技术的有源中性点箝位型变流器电流导通路径七；
图8示出了根据现有技术的有源中性点箝位型变流器电流导通路径八；
图9示出了根据本发明实施例的双脉冲实验电路图；
图10示出了根据本发明实施例的有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法采用的测试时序1的示意图；
图11示出了根据本发明实施例的有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法采用的测试时序2的示意图，
图中：Cd1：第一电容，Cd2：第二电容，E：Cd1或Cd2的两端电压，S1：第一开关管，S2：第二开关管，S3：第三开关管，S4：第四开关管，S5：第五开关管，S6：第六开关管，D1：第一二极管，D2：第二二极管，D3：第三二极管，D4：第四二极管，D5：第五二极管，D6：第六二极管，u0：交流侧输出电压(简称输出电压)，i0：交流侧输出电流(简称输出电流)，V1+：第一正向电压矢量，V2+：第二正向电压矢量，V3+：第三正向电压矢量，V4+：第四正向电压矢量，V1-：第一反向电压矢量，V2-：第二反向电压矢量，V3-：第三反向电压矢量，V4-：第四反向电压矢量。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。
有源中性点箝位型变流器交流侧存在三个不同的电位E、-E、0，并且0电位具有两种不同的路径，根据其中的导通器件不同，存在四个电压矢量V1，V2，V3，V4如表1所示。
表1.有源中性点箝位型变流器脉宽调制(PWM)调制开关状态表
S<sub>1</sub> S<sub>2</sub> S<sub>3</sub> S<sub>4</sub> S<sub>5</sub> S<sub>6</sub> 输出电压u<sub>0</sub> 电压矢量
1 1 0 0 0 1 E V1
0 1 0 1 1 0 0 V2
1 0 1 0 0 1 0 V3
0 0 1 1 1 0 -E V4
当施加上述四种电压矢量时，根据交流电流方向的不同时，有源中性点箝位型变流器共存在图1至图8所示的八种电流导通路径。如图1至图8所示，图中，Cd1和Cd2分别为第一电容和第二电容，S1至S6分别为第一开关管至第六开关管，D1至D6分别为第一二极管至第六二极管。u0和i0分别为输出电压和输出电流，其中，输出电压为u0时，若S1，S2和S6开通且S3，S4和S5关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为E；若S2，S4和S5开通且S1，S3和S6关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为0；若S1，S3和S6开通且S2，S4和S5关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为0；若S3，S4和S5开通且S1，S2和S6关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为-E。当电流从第二开关管S2的发射极或第三开关管S3的集电极输出时(即输出电压为u0如表1中所示时)，电压矢量为正，上述四种电压矢量标记为V1+，V2+，V3+，V4+。当电流从第二开关管S2的发射极或第三开关管S3的集电极输入时(即输出电压为-u0，有源中性点箝位型变流器交流侧电位与表1中“输出电压u0”列所示相反时)，电压矢量为负，上述四种电压矢量标记为V1-，V2-，V3-，V4-。表1中，1代表“开通”，0代表“关断”。
有源中性点箝位型变流器的单相桥臂中，第一开关管S1至第六开关管S6均为全控电力电子器件如IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。每一个所述开关管Si(设为IGBT)都和对应的二极管Di反并联，i为整数且1≤i≤6，即第i开关管Si的集电极连接至第i二极管Di的阴极，且第i开关管Ti的发射极连接至第i二极管Di的阳极。第一开关管S1至第四开关管S4依次顺序串联，即前一开关管的发射极连接至后一开关管的集电极；第一电容Cd1的正极连接至第一开关管S1的集电极，第一电容Cd1的负极连接至第二电容Cd2的正极和第五开关管S5的发射极；第二电容Cd2的负极连接至第四开关管S4的发射极；第五开关管S5的集电极连接至第一开关管S1的发射极，第五开关管S5的发射极连接至第六开关管S6的集电极；第六开关管S6的发射极连接至第四开关管S4的集电极。其中，所述全控电力电子器件也可为IGCT(集成门极换流晶闸管)或IEGT(注入增强型栅极晶体管)，当开关管为IGCT时，所述开关管的集电极应为阳极，所述开关管的发射极应为阴极。其中，当第五开关管S5和第六开关管S6也参与调制的时候，所述单相桥臂为有源中性点钳位(ANPC)模式。
由图1至图8可知，有源中性点箝位型变流器的八种电流导通路径为：
一、电压矢量为V1+时，电流由第一电容Cd1的负极输入，并由第开关管S2的发射极输出，此时电流导通路径为第一种电流导通路径：第一电容Cd1→第一开关管S1→第二开关管S2；
二、电压矢量为V2+时，电流由第一电容Cd1的负极输入，并由第二开关管S2的发射极输出，此时电流导通路径为第二种电流导通路径：第五二极管D5→第二开关管S2；
三、电压矢量为V3+时，电流由第一电容Cd1的负极输入，并由第三开关管S3的集电极输出，此时电流导通路径为第三种电流导通路径：第六开关管S6→第三二极管D3；
四、电压矢量为V4+时，电流由第一电容Cd1的负极输入，并由第三开关管S3的集电极输出，此时电流导通路径为第四种电流导通路径：第二电容Cd2→第四二极管D4→第三二极管D3；
五、电压矢量为V1-时，电流由第二开关管S2的发射极输入，并由第一电容Cd1的负极输出，此时电流导通路径为第五种电流导通路径：第二二极管D2→第一二极管D1→第一电容Cd1；
六、电压矢量为V2-时，电流由第二开关管S2的发射极输入，并由第一电容Cd1的负极输出，此时电流导通路径为第六种电流导通路径：第二二极管D2→第五开关管S5；
七、电压矢量为V3-时，电流由第三开关管S3的集电极输入，并由第一电容Cd1的负极输出，此时电流导通路径为第七种电流导通路径：第三开关管S3→第六二极管D6；
八、电压矢量为V4-时，电流由第三开关管S3的集电极输入，并由第一电容Cd1的负极输出，此时电流导通路径为第八种电流导通路径：第三开关管S3→第四开关管S4→第二电容Cd2。
图9所示为实施本发明的有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法的双脉冲实验电路图。由图9可知，实施本发明的有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法，需要在有源中性点箝位型变流器的单相桥臂中，第二开关管S2的发射极和第五开关管S5的发射极之间连接有电感L，即第二开关管S2的发射极连接电感L的第一端，电感L的另一端连接第五开关管S5的发射极。电感L用作负载。
为了测试不同输出电平之间切换时的开关暂态特性，八种电流路径之间的切换可用如下八种双脉冲实验测试，其中，在控制所述单相桥臂的方波信号(可简称方波信号)中，在每一个方波周期中，在输出电平为E的脉冲后为输出电平为0的零电平：
(1)V1+与V2+切换(即V1+→V2+，其中，“→”表示切换)。
即第一种电流导通路径和第二种电流导通路径切换。进行V1+与V2+切换时，如表2所示，方波信号中的每一个方波周期中，在输出电平为E的脉冲期间，控制电压矢量为V1+，此时，所述单相桥臂中为第一种电流导通路径，当方波信号中，输出电平为E的脉冲转换为输出电平为0的零电平时，控制电压矢量由V1+切换为V2+，即实现了所述单相桥臂中的第一种电流导通路径至第二种电流导通路径的切换。而在连续两个相邻的方波周期中，控制前一个方波周期中输出电平为0的零电平转换至后一个方波周期中输出电平为E的脉冲时，控制电压矢量由V2+切换为V1+，即实现了所述单相桥臂中的第二种电流导通路径至第一种电流导通路径的切换。综上，在方波信号中相邻的两个方波周期中，可依次控制完成V1+→V2+，V2+→V1+，V1+→V2+的切换。
表2.双脉冲电压矢量表1
输出电平 电压矢量
脉冲1 E V1+
零电平1 0 V2+
脉冲2 E V1+
零电平2 0 V2+
(2)V1+与V3+切换。
即第一种电流导通路径和第三种电流导通路径切换。进行V1+与V3+切换时，如表3所示，方波信号中的每一个方波周期中，在输出电平为E的脉冲期间，控制电压矢量为V1+，此时，所述单相桥臂中为第一种电流导通路径，当方波信号中，输出电平为E的脉冲转换为输出电平为0的零电平时，控制电压矢量由V1+切换为V3+，即实现了所述单相桥臂中的第一种电流导通路径至第三种电流导通路径的切换。而在连续两个相邻的方波周期中，控制前一个方波周期中输出电平为0的零电平转换至后一个方波周期中输出电平为E的脉冲时，控制电压矢量由V3+切换为V1+，即实现了所述单相桥臂中的第三种电流导通路径至第一种电流导通路径的切换。综上，在方波信号中相邻的两个方波周期中，可依次控制完成V1+→V3+，V3+→V1+，V1+→V3+的切换。
表3.双脉冲电压矢量表2
输出电平 电压矢量
脉冲1 E V1+
零电平1 0 V3+
脉冲2 E V1+
零电平2 0 V3+
(3)V2+与V4+切换。
即第二种电流导通路径和第四种电流导通路径切换。进行V2+与V4+切换时，如表4所示，方波信号中，两个相邻的方波周期中的第一个方波周期中，在输出电平为E的脉冲期间，控制电压矢量为V1+，此时，所述单相桥臂中为第一种电流导通路径，当第一个方波周期中输出电平为E的脉冲转换为输出电平为0的零电平时，控制电压矢量由V1+切换为V2+，实现了所述单相桥臂中的第一种电流导通路径至第二种电流导通路径切换。而在两个相邻的方波周期中，控制第一个方波周期中输出电平为0的零电平转换至第二个方波周期中输出电平为-E的脉冲时，控制电压矢量由V2+切换为V4+，实现了所述单相桥臂中的第二种电流导通路径至第四种电流导通路径的切换。之后，在连续两个相邻的方波周期中的第二个方波周期中，当方波信号中，输出电平为-E的脉冲转换为输出电平为0的零电平时，控制电压矢量由V4+切换为V2+，实现了所述单相桥臂中的第四种电流导通路径至第二种电流导通路径的切换。综上，在方波信号中第一个方波周期的零电平和第二个方波周期中，依次控制完成V2+→V4+，V4+→V2+的切换。
表4.双脉冲电压矢量表3
输出电平 电压矢量
脉冲1 E V1+
零电平1 0 V2+
脉冲2 -E V4+
零电平2 0 V2+
(4)V3+与V4+切换。
即第三种电流导通路径和第四种电流导通路径切换。进行V3+与V4+切换时，如表5所示，方波信号中，两个相邻的方波周期中的第一个方波周期中，在输出电平为E的脉冲期间，控制电压矢量为V1+，此时，所述单相桥臂中为第一种电流导通路径，当第一个方波周期中输出电平为E的脉冲转换为输出电平为0的零电平时，控制电压矢量由V1+切换为V3+，实现了所述单相桥臂中的第一种电流导通路径至第三种电流导通路径切换。而在两个相邻的方波周期中，控制第一个方波周期中输出电平为0的零电平转换至第二个方波周期中输出电平为-E的脉冲时，控制电压矢量由V3+切换为V4+，实现了所述单相桥臂中的第三种电流导通路径至第四种电流导通路径的切换。之后，在连续两个相邻的方波周期中的第二个方波周期中，当方波信号中，输出电平为-E的脉冲转换为输出电平为0的零电平时，控制电压矢量由V4+切换为V3+，实现了所述单相桥臂中的第四种电流导通路径至第三种电流导通路径的切换。综上，在方波信号中第一个方波周期的零电平和第二个方波周期中，依次控制完成V3+→V4+，V4+→V3+的切换。
表5.双脉冲电压矢量表4
Figure BDA0003273207590000111
Figure BDA0003273207590000121
(5)V1-与V2-切换。
即第五种电流导通路径和第六种电流导通路径切换。进行V1-与V2-切换时，如表6所示，方波信号中，两个相邻的方波周期中的第一个方波周期中，在输出电平为-E的脉冲期间，控制电压矢量为V4-，此时，所述单相桥臂中为第八种电流导通路径，当第一个方波周期中输出电平为-E的脉冲转换为输出电平为0的零电平时，控制电压矢量由V4-切换为V2-，实现了所述单相桥臂中的第八种电流导通路径至第六种电流导通路径切换。而在两个相邻的方波周期中，控制第一个方波周期中输出电平为0的零电平转换至第二个方波周期中输出电平为E的脉冲时，控制电压矢量由V2-切换为V1-，实现了所述单相桥臂中的第六种电流导通路径至第五种电流导通路径的切换。之后，在连续两个相邻的方波周期中的第二个方波周期中，当方波信号中，输出电平为E的脉冲转换为输出电平为0的零电平时，控制电压矢量由V1-切换为V2-，实现了所述单相桥臂中的第五种电流导通路径至第六种电流导通路径的切换。综上，在方波信号中第一个方波周期的零电平和第二个方波周期中，依次控制完成V2-→V1-，V1-→V2-的切换。
表6.双脉冲电压矢量表5
Figure BDA0003273207590000122
Figure BDA0003273207590000131
(6)V1-与V3-切换。
即第五种电流导通路径和第七种电流导通路径切换。进行V1-与V3-切换时，如表7所示，方波信号中，两个相邻的方波周期中的第一个方波周期中，在输出电平为-E的脉冲期间，控制电压矢量为V4-，此时，所述单相桥臂中为第八种电流导通路径，当第一个方波周期中输出电平为-E的脉冲转换为输出电平为0的零电平时，控制电压矢量由V4-切换为V3-，实现了所述单相桥臂中的第八种电流导通路径至第七种电流导通路径切换。而在两个相邻的方波周期中，控制第一个方波周期中输出电平为0的零电平转换至第二个方波周期中输出电平为E的脉冲时，控制电压矢量由V3-切换为V1-，实现了所述单相桥臂中的第七种电流导通路径至第五种电流导通路径的切换。之后，在连续两个相邻的方波周期中的第二个方波周期中，当方波信号中，输出电平为E的脉冲转换为输出电平为0的零电平时，控制电压矢量由V1-切换为V3-，实现了所述单相桥臂中的第五种电流导通路径至第七种电流导通路径的切换。综上，在方波信号中第一个方波周期的零电平和第二个方波周期中，依次控制完成V3-→V1-，V1-→V3-的切换。
表7.双脉冲电压矢量表6
输出电平 电压矢量
脉冲1 -E V4-
零电平1 0 V3-
脉冲2 E V1-
零电平2 0 V3-
(7)V2-与V4-切换。
即第六种电流导通路径和第八种电流导通路径切换。进行V2-与V4-切换时，如表8所示，方波信号中的每一个方波周期中，在输出电平为-E的脉冲期间，控制电压矢量为V4-，此时，所述单相桥臂中为第八种电流导通路径，当方波信号中，输出电平为E的脉冲转换为输出电平为0的零电平时，控制电压矢量由V4-切换为V2-，即实现了所述单相桥臂中的第八种电流导通路径至第六种电流导通路径的切换。而在连续两个相邻的方波周期中，控制前一个方波周期中输出电平为0的零电平转换至后一个方波周期中输出电平为-E的脉冲时，控制电压矢量由V2-切换为V4-，即实现了所述单相桥臂中的第六种电流导通路径至第八种电流导通路径的切换。综上，在方波信号中相邻的两个方波周期中，可依次控制完成V4-→V2-，V2-→V4-，V4-→V2-的切换。
表8.双脉冲电压矢量表7
输出电平 电压矢量
脉冲1 -E V4-
零电平1 0 V2-
脉冲2 -E V4-
零电平2 0 V2-
(8)V3-与V4-切换。
即第七种电流导通路径和第八种电流导通路径切换。进行V3-与V4-切换时，如表9所示，方波信号中的每一个方波周期中，在输出电平为-E的脉冲期间，控制电压矢量为V4-，此时，所述单相桥臂中为第八种电流导通路径，当方波信号中，输出电平为E的脉冲转换为输出电平为0的零电平时，控制电压矢量由V4-切换为V3-，即实现了所述单相桥臂中的第八种电流导通路径至第七种电流导通路径的切换。而在连续两个相邻的方波周期中，控制前一个方波周期中输出电平为0的零电平转换至后一个方波周期中输出电平为-E的脉冲时，控制电压矢量由V3-切换为V4-，即实现了所述单相桥臂中的第七种电流导通路径至第八种电流导通路径的切换。综上，在方波信号中相邻的两个方波周期中，可依次控制完成V4-→V3-，V3-→V4-，V4-→V3-的切换。
表9.双脉冲电压矢量表8
输出电平 电压矢量
脉冲1 -E V4-
零电平1 0 V3-
脉冲2 -E V4-
零电平2 0 V3-
如果直接基于上述八种双脉冲电压矢量进行实验，则每个有源中性点箝位型变流器单个桥臂功率模块要进行八组实验。为了提高测试效率，提出下面的双脉冲实验时序。
图10和图11分别示出了本发明的有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法采用的测试时序1(即第一测试时序)和测试时序2(即第二测试时序)。图10和图11中，g1-g6代表第一开关管S1-第六开关管S6的门极驱动信号，T代表第一开关管S1-第六开关管S6的门极驱动信号(即第一开关管S1-第六开关管S6驱动控制信号)中方波脉冲的持续时间段。
考虑在输出电压u0的工况下，图10所示的测试时序1中，包括6个连续相邻的持续时间段T：第1T至第6T，第6T结束后，第一开关管S1至第六开关管S6关闭。其中，在第1T和第3T开通第一开关管S1，在第1T至第4T和第6T开通第二开关管S2，第三开关管S3至第六开关管S6在测试时序1中保持关闭。在第1T的起始时刻及第1T至第6T的各持续时间段T的结束时刻(共7个时刻)，发生电压矢量的切换。在第1T中，第一开关管S1和第二开关管S2开通，其余开关管关闭，有源中性点箝位型变流器单个桥臂功率模块中电压矢量为第一正向电压矢量V1+；在第2T中，第二开关管S2开通，其余开关管关闭，有源中性点箝位型变流器单个桥臂功率模块中电压矢量为第二正向电压矢量V2+；在第3T中，有源中性点箝位型变流器单个桥臂功率模块中电压矢量与在第1T中相同，为第一正向电压矢量V1+；在第4T中，有源中性点箝位型变流器单个桥臂功率模块中电压矢量与在第2T中相同，为第二正向电压矢量V2+；在第5T中，第一开关管S1至第六开关管S6关闭，有源中性点箝位型变流器单个桥臂功率模块中电压矢量为第四正向电压矢量V4+；在第6T中，有源中性点箝位型变流器单个桥臂功率模块中电压矢量与在第2T中相同，为第二正向电压矢量V2+；第6T结束后，第一开关管S1至第六开关管S6关闭，有源中性点箝位型变流器单个桥臂功率模块中电压矢量为第四正向电压矢量V4+，从而在在第1T的起始时刻及第1T至第6T的各持续时间段T的结束时刻，测试时序1中发生电压矢量切换，电压矢量切换顺序为：V1+→V2+→V1+→V2+→V4+→V2+→V4+。
同理，在输出电压u0的工况下，图11所示的测试时序2中，包括和测试时序1中相同的6个连续相邻的持续时间段T：第1T至第6T，第6T结束后，第一开关管S1至第六开关管S6关闭。其中，在第1T和第3T开通第二开关管S2，在第1T至第4T和第6T开通第六开关管S6，在第1T至第4T开通第一开关管S1，第三开关管S3至第五开关管S5在测试时序2中保持关闭。在第1T的起始时刻及第1T至第6T的各持续时间段T的结束时刻，发生电压矢量的切换。在第1T中，第二开关管S2、第六开关管S6和第一开关管S1开通，其余开关管关闭，有源中性点箝位型变流器单个桥臂功率模块中电压矢量为第一正向电压矢量V1+；在第2T中，第六开关管S6和第一开关管S1开通，其余开关管关闭，有源中性点箝位型变流器单个桥臂功率模块中电压矢量为第三正向电压矢量V3+；在第3T中，有源中性点箝位型变流器单个桥臂功率模块中电压矢量与在第1T中相同，为第一正向电压矢量V1+；在第4T中，有源中性点箝位型变流器单个桥臂功率模块中电压矢量与在第2T中相同，为第三正向电压矢量V3+；在第5T中，第一开关管S1至第六开关管S6关闭，有源中性点箝位型变流器单个桥臂功率模块中电压矢量为第四正向电压矢量V4+；在第6T中，只有第六开关管S6开通，其余开关管关闭，有源中性点箝位型变流器单个桥臂功率模块中电压矢量为第三正向电压矢量V3+；第6T结束后，第一开关管S1至第六开关管S6关闭，有源中性点箝位型变流器单个桥臂功率模块中电压矢量为第四正向电压矢量V4+，从而在在第1T的起始时刻及第1T至第6T的各持续时间段T的结束时刻，测试时序2中发生电压矢量切换，电压矢量切换顺序为：V1+→V3+→V1+→V3+→V4+→V3+→V4+。
综上可知，在上述测试时序1和测试时序2下，在输出电压u0的工况下，可得到正向电压矢量切换的测试结果。考虑到在前述的八种双脉冲实验测试中，前四种双脉冲试验(正向电压矢量切换)和后四种双脉冲试验(反向电压矢量切换)一样，只是电压方向不一致。因此可在改变输出电压，即在输出电压-u0的工况下，采用上述测试时序1和测试时序2，得到反向电压矢量切换的测试结果。在输出电压-u0的工况下，采用上述测试时序1，得到电压矢量切换顺序为，V1-→V2-→V1-→V2-→V4-→V2-→V4-；采用上述测试时序2，得到电压矢量切换顺序为，V1-→V3-→V1-→V3-→V4-→V3-→V4-。
本发明的有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法可以覆盖有源中性点箝位型三电平变流器的所有开关工况，提高测试效率。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法，其特征在于，包括步骤：
采用第一测试时序和第二测试时序测试有源中性点箝位型变流器的单相桥臂中的电压路径。
2.根据权利要求1所述的一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法，其特征在于，
所述有源中性点箝位型变流器的单相桥臂包括第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第四开关管(S4)、第五开关管(S5)、第六开关管(S6)、第一电容(Cd1)和第二电容(Cd2)，
所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)中的每一个开关管都和一个对应的二极管反并联，即所述开关管的第一电极连接至所述对应的二极管的第二电极，且所述开关管的第二电极连接至所述对应的二极管的第一电极；
所述第一开关管(S1)至第四开关管(S4)依次顺序串联，即前一开关管的第二电极连接至后一开关管的第一电极；
所述第一电容(Cd1)的第一电极连接至第一开关管(S1)的第一电极，所述第一电容(Cd1)的第二电极连接至第二电容(Cd2)的第一电极和第五开关管(S5)的第二电极；
所述第二电容(Cd2)的第二电极连接至第四开关管(S4)的第二电极；
所述第五开关管(S5)的第一电极连接至第一开关管(S1)的第二电极，所述第五开关管(S5)的第二电极连接至第六开关管(S6)的第一电极。
3.根据权利要求2所述的一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法，其特征在于，
所述第一电容(Cd1)的第一电极为正极，第二电极为负极；
所述第二电容(Cd2)的第一电极为正极，第二电极为负极。
4.根据权利要求2所述的一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法，其特征在于，
所述对应的二极管的第一电极为阳极，第二电极为阴极。
5.根据权利要求2-4任一项所述的一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法，其特征在于，
所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)为全控电力电子器件。
6.根据权利要求5所述的一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法，其特征在于，
所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)为绝缘栅双极型晶体管、集成门极换流晶闸管或注入增强型栅极晶体管，
所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)为绝缘栅双极型晶体管或注入增强型栅极晶体管时，所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)的第一电极为集电极，第二电极为发射极；
所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)为集成门极换流晶闸管时，所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)的第一电极为阳极，第二电极为阴极。
7.根据权利要求6所述的一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法，其特征在于，
在所述第二开关管(S2)的第二电极和第五开关管(S5)的第二电极之间连接有电感(L)。
8.根据权利要求7所述的一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法，其特征在于，
设T代表所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)的驱动控制信号中方波脉冲的持续时间段，
则所述第一测试时序和第二测试时序均包括6个连续相邻的持续时间段T：第1T至第6T，在所述第6T结束后，所述第一开关管(S1)至第六开关管(S6)均关闭，
其中，
所述第一测试时序中，在所述第1T和第3T开通所述第一开关管(S1)，在所述第1T至第4T和第6T开通所述第二开关管(S2)，所述第三开关管(S3)至第六开关管(S6)在所述第一测试时序中保持关闭；
所述第二测试时序中，在所述第1T和第3T开通所述第二开关管(S2)，在所述第1T至第4T和第6T开通所述第六开关管(S6)，在所述第1T至第4T开通所述第一开关管(S1)，所述第三开关管(S3)至第五开关管(S5)在所述第二测试时序中保持关闭。
9.根据权利要求8所述的一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法，其特征在于，
在输出电压为u0时，采用第一测试时序和第二测试时序测试有源中性点箝位型变流器的单相桥臂中的电压路径，得到正向电压矢量切换的测试结果，
其中，
所述输出电压为u0时，若所述第一开关管(S1)，第二开关管(S2)和第六开关管(S6)开通且所述第三开关管(S3)，第四开关管(S4)和第五开关管(S5)关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为E；若所述第二开关管(S2)，第四开关管(S4)和第五开关管(S5)开通且所述第一开关管(S1)，第三开关管(S3)和第六开关管(S6)关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为0；若所述第一开关管(S1)，第三开关管(S3)和第六开关管(S6)开通且所述第二开关管(S2)，第四开关管(S4)和第五开关管(S5)关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为0；若所述第三开关管(S3)，第四开关管(S4)和第五开关管(S5)开通且所述第一开关管(S1)，第二开关管(S2)和第六开关管(S6)关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为-E。
10.根据权利要求8所述的一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法，其特征在于，
在输出电压为-u0时，采用第一测试时序和第二测试时序测试有源中性点箝位型变流器的单相桥臂中的电压路径，得到反向电压矢量切换的测试结果，
其中，
所述输出电压为-u0时，若所述第一开关管(S1)，第二开关管(S2)和第六开关管(S6)开通且所述第三开关管(S3)，第四开关管(S4)和第五开关管(S5)关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为-E；若所述第二开关管(S2)，第四开关管(S4)和第五开关管(S5)开通且所述第一开关管(S1)，第三开关管(S3)和第六开关管(S6)关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为0；若所述第一开关管(S1)，第三开关管(S3)和第六开关管(S6)开通且所述第二开关管(S2)，第四开关管(S4)和第五开关管(S5)关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为0；若所述第三开关管(S3)，第四开关管(S4)和第五开关管(S5)开通且所述第一开关管(S1)，第二开关管(S2)和第六开关管(S6)关闭，有源中性点箝位型变流器交流侧电位为E。
CN202111107949.8A 2021-09-22 2021-09-22 一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法 Pending CN113938043A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111107949.8A CN113938043A (zh) 2021-09-22 2021-09-22 一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111107949.8A CN113938043A (zh) 2021-09-22 2021-09-22 一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113938043A true CN113938043A (zh) 2022-01-14

Family

ID=79276291

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111107949.8A Pending CN113938043A (zh) 2021-09-22 2021-09-22 一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113938043A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200007050A1 (en) Hybrid Multilevel Inverters
WO2019029694A1 (zh) 一种变换电路、控制方法和供电设备
TWI539737B (zh) 五電平變換裝置
EP3120448B1 (en) Hybrid three-level npc thyristor converter with chain-link strings as inner ac switches
CN110098598B (zh) 具有故障阻断能力的逆阻型混合子模块及其故障阻断方法
CN111030440A (zh) 基于混合h桥的单相两管五电平整流器
CN110943615B (zh) 一种低损耗模块化多电平直流直流变换器的故障穿越方法
JPH08289561A (ja) 電力変換装置
CN108471250B (zh) 一种用于电力变换系统的五电平拓扑结构
WO2012041020A1 (zh) 单相五电平功率变换器
CN109039046B (zh) 一种模块化多电平换流器半全桥子模块的缓冲电路
CN111509992B (zh) 交流电源电路、其控制方法及交流电源
JPH10108474A (ja) マルチレベルスイッチング式電力変換器
CN111082680A (zh) 基于t型结构的单相五电平整流器
CN102611343B (zh) 三电平逆变器
CN110994974B (zh) 一种低损耗模块化多电平直流直流变换器及其子模块
Abbate et al. Series connection of high power IGBT modules for traction applications
CN104410309A (zh) 五电平电压源型变换装置
CN205265554U (zh) 一种五电平逆变单元及其应用电路
CN113938043A (zh) 一种有源中性点箝位型变流器双脉冲测试方法
CN110572026A (zh) 一种钳位型三电平升压功率变换电路
CN113141124B (zh) 一种无电容型十三电平逆变电路
CN108988672A (zh) 一种用于电力变换系统的六电平电路拓扑结构
CN111697860B (zh) 一种多电平逆变器的开关控制方法
CN109167528B (zh) 高压直流输电换流器的控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination