RU2588257C1 - Method of balance of voltages on capacitors of single-phase three-level converter with locking diodes - Google Patents

Method of balance of voltages on capacitors of single-phase three-level converter with locking diodes Download PDF

Info

Publication number
RU2588257C1
RU2588257C1 RU2015109985/07A RU2015109985A RU2588257C1 RU 2588257 C1 RU2588257 C1 RU 2588257C1 RU 2015109985/07 A RU2015109985/07 A RU 2015109985/07A RU 2015109985 A RU2015109985 A RU 2015109985A RU 2588257 C1 RU2588257 C1 RU 2588257C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
capacitors
combinations
phase
voltages
balance
Prior art date
Application number
RU2015109985/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Викторович Брованов
Евгений Валерьевич Гришанов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2588257C1 publication Critical patent/RU2588257C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electronic equipment.
SUBSTANCE: invention can be used in designing electromechanical systems, for example, in creating alternating current generating systems. In method of balancing voltages on capacitors of single-phase three-level converter with locking diodes on pulse-width modulation cycle, combination of conditions of switches, responsible for formation of master vector, is selected. Control pulses are generated according to selected combinations conditions of switches. Generated control pulses are transmitted to inputs of transistors of single-phase three-level converter with locking diodes. From selected combinations of conditions of switches are excluded combinations, which do not perform balance of voltages on capacitors.
EFFECT: longer time intervals of combinations conditions of switches, acting on balance of voltages on capacitors, which increases speed of balance of voltages on capacitors of DC link.
1 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления однофазным трехуровневым преобразователем с фиксирующими диодами при создании электротехнических систем, например при создании систем генерирования переменного тока.The present invention relates to the field of electrical engineering and can be used to control a single-phase three-level converter with fixing diodes when creating electrical systems, for example, when creating systems for generating alternating current.

Известен способ баланса напряжений на конденсаторах однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами (статья Wen Sheng Song, XiaoYun Feng и др. "A neutral point voltage regulation method with SVPWM control for single-phase three-level NPC converters" - Proceedings of the Conference on Vehicle Power and Propulsion, Harbin, September 3-5, 2008, PP. 1-4), при котором снимают информацию с датчика о переменном токе, проводят dq преобразование, определяют токи конденсаторов звена постоянного тока с учетом комбинаций состояния ключей, рассчитывают ток средней линии, рассчитывают разницу напряжений конденсаторов, рассчитывают времена перераспределения длительностей включения комбинаций состояния ключей, отвечающих за баланс напряжений конденсаторов, формируют импульсы управления соответствующими транзисторами.There is a method of balancing the voltage across the capacitors of a single-phase three-level converter with fixing diodes (article Wen Sheng Song, XiaoYun Feng, etc. "A neutral point voltage regulation method with SVPWM control for single-phase three-level NPC converters" - Proceedings of the Conference on Vehicle Power and Propulsion, Harbin, September 3-5, 2008, PP. 1-4), in which information is taken from the sensor about alternating current, dq conversion is carried out, the currents of the DC link capacitors are determined taking into account the key state combinations, the middle line current is calculated , calculate the voltage difference of the capacitors, calculate the time to redistribute the duration of the inclusion of combinations of the state of the keys responsible for the voltage balance of the capacitors form control pulses of the corresponding transistors.

В указанном способе недостатком является то, что каждая операция производится с погрешностью, что приводит к накапливанию ошибки и снижению точности способа управления однофазным трехуровневым преобразователем с фиксирующими диодами.In this method, the disadvantage is that each operation is performed with an error, which leads to the accumulation of errors and a decrease in the accuracy of the control method of a single-phase three-level converter with fixing diodes.

Кроме того, известен способ баланса напряжений на конденсаторах однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами (статья Zhang Zhi, Xie Yun-xiang, Huang Wei-ping и др. "A New SVPWM Method for Single-phase Three-level NPC Inverter and the Control Method of Neutral Point Voltage Balance" - Proceedings of the International Conference on Electrical Machines and Systems, Tokyo, November 15-18, 2009, PP. 1-4), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в том, что на такте широтно-импульсной модуляции выбирают комбинации состояний ключей, отвечающие за формирование задающего вектора, формируют импульсы управления согласно выбранным комбинациям состояний ключей, сформированные импульсы управления подают на входы транзисторов однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами.In addition, a method is known for balancing the voltage across capacitors of a single-phase three-level converter with fixing diodes (article Zhang Zhi, Xie Yun-xiang, Huang Wei-ping, etc. "A New SVPWM Method for Single-phase Three-level NPC Inverter and the Control Method of Neutral Point Voltage Balance "- Proceedings of the International Conference on Electrical Machines and Systems, Tokyo, November 15-18, 2009, PP. 1-4), which is the prototype of the present invention and consists in the fact that the pulse-width modulation select combinations of key states responsible for the formation of the master vector, form control pulses according to nnym combinations of states of keys generated control pulses are fed to the inputs of a single-phase three-level inverter transistors with clamping diodes.

В указанном способе недостатком является то, что на такте широтно-импульсной модуляции присутствуют временные интервалы, соответствующие комбинациям состояний ключей, не отвечающие за баланс напряжений на конденсаторах звена постоянного тока, что приводит к сокращению временных интервалов комбинаций состояний ключей, воздействующих на баланс напряжений конденсаторов и, следовательно, к уменьшению скорости баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока.In this method, the disadvantage is that on the pulse-width modulation cycle there are time intervals corresponding to combinations of key states that are not responsible for the voltage balance on the capacitors of the DC link, which leads to a reduction in the time intervals of combinations of key states affecting the voltage balance of capacitors and , consequently, to a decrease in the speed of the voltage balance on the capacitors of the DC link.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами при реализации векторной широтно-импульсной модуляции, при котором устраняются временные интервалы, соответствующие комбинациям состояний ключей, не отвечающим за баланс напряжений на конденсаторах звена постоянного тока, что приводит к увеличению временных интервалов комбинаций состояний ключей, воздействующих на баланс напряжений конденсаторов и, следовательно, к увеличению скорости баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока.The objective of the invention is to create a method of balancing the voltage on the capacitors of a DC link of a single-phase three-level converter with fixing diodes when implementing vector pulse-width modulation, which eliminates time intervals corresponding to combinations of states of keys that are not responsible for the voltage balance on the capacitors of a DC link, which leads to an increase in the time intervals of combinations of key states affecting the voltage balance of the capacitor in and, therefore, to increase the speed of the voltage balance on the capacitors of the DC link.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе баланса напряжений на конденсаторах однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами на такте широтно-импульсной модуляции выбирают комбинации состояний ключей, отвечающие за формирование задающего вектора, формируют импульсы управления согласно выбранным комбинациям состояний ключей, сформированные импульсы управления подают на входы транзисторов однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами, а из выбранных комбинаций состояний ключей исключают комбинации, которые не реализуют баланс напряжений на конденсаторах.The problem is achieved in that in the known method of balancing the voltage on the capacitors of a single-phase three-level converter with fixing diodes on the pulse-width modulation cycle, key state combinations responsible for the formation of the master vector are selected, control pulses are formed according to the selected key state combinations, the generated control pulses are fed to transistor inputs of a single-phase three-level converter with fixing diodes, and from the selected combinations of states lyuchey exclude combinations which do not implement the stress balance of the capacitors.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, реализующая предложенный способ баланса напряжений на конденсаторах однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами. На фиг. 2 представлена векторная диаграмма, поясняющая способ баланса.In FIG. 1 shows a block diagram of a device that implements the proposed method of balancing the voltage across the capacitors of a single-phase three-level converter with fixing diodes. In FIG. 2 is a vector diagram illustrating a balance method.

Устройство (фиг. 1) содержит однофазный трехуровневый преобразователь с фиксирующими диодами (ОТП) - 1. В звене постоянного тока преобразователя 1 последовательно соединены конденсаторы С1 и С2 - 2 и 3. К данным конденсаторам подключены датчики напряжений конденсаторов 4, 5. Выходы датчиков 4 и 5 подключены к блоку 6 - схема вычисления разности напряжений конденсаторов С1 и С2. Блок 6 соединен со схемой выбора комбинаций состояния ключей - блок 7. Выход блока 7 соединен со входом блока широтно-импульсной модуляции - 8.The device (Fig. 1) contains a single-phase three-level converter with fixing diodes (OTP) - 1. In the DC link of the converter 1, capacitors C1 and C2 are connected in series - 2 and 3. Sensors 4, 5 are connected to these capacitors. Sensor outputs 4 and 5 are connected to block 6 - a circuit for calculating the voltage difference of capacitors C1 and C2. Block 6 is connected to the key state combination selection circuit - block 7. The output of block 7 is connected to the input of the pulse-width modulation block - 8.

Способ баланса напряжений на конденсаторах ОТП осуществляется следующим образом: напряжения с конденсаторов С1 и С2 - 3 и 4 снимается датчиками 5, 6 и подаются на вход блока 6. В этом блоке вычисляют разницу напряжений конденсаторов С1 и С2. Результат вычисления подают в блок 7, где выбирают комбинации состояния ключей, отвечающие только за баланс напряжений конденсаторов звена постоянного тока С1 и С2. Данные комбинации состояний ключей поступают в блок 8, где формируют импульсы управления транзисторами ОТП для осуществления баланса напряжений на конденсаторах С1 и С2.The method of balancing the voltages on the OTP capacitors is as follows: the voltage from capacitors C1 and C2 - 3 and 4 is removed by sensors 5, 6 and fed to the input of block 6. In this block, the voltage difference of the capacitors C1 and C2 is calculated. The calculation result is fed to block 7, where the key state combinations are selected, which are responsible only for the voltage balance of the capacitors of the DC link C1 and C2. These combinations of key states go to block 8, where they form the control pulses of the OTP transistors to balance the voltages across capacitors C1 and C2.

Таким образом, отсутствие комбинаций состояний ключей при формировании импульсов управления ОТП, не отвечающих за баланс напряжений на конденсаторах, является условием повышения скорости баланса напряжений конденсаторов С1 и С2.Thus, the absence of combinations of key states during the formation of OTP control pulses that are not responsible for the voltage balance on the capacitors is a condition for increasing the voltage balance speed of the capacitors C1 and C2.

Покажем это, проанализировав электромагнитные процессы в однофазном трехуровневом преобразователе.We show this by analyzing the electromagnetic processes in a single-phase three-level converter.

При синтезе задающего вектора V* на такте широтно-импульсной модуляции в пределах первого сектора I (Фиг. 2) запишем в общем виде выражения для напряжений на конденсаторах С1 и С2In the synthesis of the driving vector V * at the pulse-width modulation cycle within the first sector I (Fig. 2), we write in a general form the expressions for the voltages on the capacitors C1 and C2

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где i~, Z - ток и комплексное сопротивление звена переменного тока, XC1 и XC2 - реактивное сопротивление конденсаторов, UC10, UC20 - начальные средние значения напряжений на конденсаторах С1 и С2 соответственно. T 21 I

Figure 00000003
, T 10 I
Figure 00000004
, T 20 I
Figure 00000005
- временные интервалы, относящиеся к комбинациям состояний ключей (2; 1), (1; 0) и (2; 0) на такте широтно-импульсной модуляции соответственно.where i ~ , Z is the current and the complex resistance of the AC link, X C1 and X C2 are the reactance of the capacitors, U C10 , U C20 are the initial average values of the voltages on the capacitors C1 and C2, respectively. T 21 I
Figure 00000003
, T 10 I
Figure 00000004
, T twenty I
Figure 00000005
- time intervals related to combinations of key states (2; 1), (1; 0) and (2; 0) on the pulse-width modulation cycle, respectively.

Скорость изменения напряжений на конденсаторах определяется как сумма приращений напряжений, отнесенная к интервалу времениThe rate of change of voltage across the capacitors is defined as the sum of the voltage increments, referred to the time interval

Figure 00000006
Figure 00000006

где N - номер сектора.where N is the sector number.

Определим приращение напряжений на конденсаторах С1 и С2 в первом секторе в видеDefine the voltage increment on the capacitors C1 and C2 in the first sector in the form

Figure 00000007
Figure 00000007

Величина UC10 - UC20 отражает разницу начальных значений напряжений на конденсаторах. T 21 I

Figure 00000008
, T 10 I
Figure 00000009
- длительности подключения комбинаций состояний ключей, отвечающих за заряд и разряд конденсаторов. Соответственно, как видно из (4), на скорость баланса напряжений конденсаторов влияет величины T 21 I
Figure 00000010
, T 10 I
Figure 00000011
.The value of U C10 - U C20 reflects the difference in the initial values of the voltage across the capacitors. T 21 I
Figure 00000008
, T 10 I
Figure 00000009
- the duration of connecting combinations of key states responsible for the charge and discharge of capacitors. Accordingly, as can be seen from (4), the values of the capacitors T 21 I
Figure 00000010
, T 10 I
Figure 00000011
.

Соответственно, исключив из (4) T 21 I

Figure 00000010
, увеличиться скорость изменения напряжений на конденсаторах, а следовательно, и скорость баланса.Accordingly, excluding from (4) T 21 I
Figure 00000010
, increase the rate of change of voltage across the capacitors, and hence the speed of balance.

Техническим результатом является создание способа баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами при реализации векторной широтно-импульсной модуляции, при котором устраняются временные интервалы, соответствующие комбинациям состояний ключей, не отвечающим за баланс напряжений на конденсаторах звена постоянного тока, что приводит к увеличению временных интервалов комбинаций состояний ключей, воздействующих на баланс напряжений конденсаторов и, следовательно, к увеличению скорости баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока.The technical result is the creation of a method of balancing the voltage at the capacitors of a DC link of a single-phase three-level converter with fixing diodes during the implementation of vector pulse-width modulation, in which time intervals corresponding to combinations of key states that are not responsible for the voltage balance at the capacitors of a DC link are eliminated, which leads to increase the time intervals of combinations of key states affecting the voltage balance of capacitors and traces it is necessary to increase the speed of the voltage balance across the capacitors of the DC link.

Claims (1)

Способ баланса напряжений на конденсаторах однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами, заключающийся в том, что на такте широтно-импульсной модуляции выбирают комбинации состояний ключей, отвечающие за формирование задающего вектора, формируют импульсы управления согласно выбранным комбинациям состояний ключей, сформированные импульсы управления подают на входы транзисторов однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами, отличающийся тем, что из выбранных комбинаций состояний ключей исключают комбинации, которые не реализуют баланс напряжений на конденсаторах. A method of balancing the voltages on the capacitors of a single-phase three-level converter with fixing diodes, which consists in the fact that at the pulse-width modulation cycle, key state combinations are selected that are responsible for the formation of the driving vector, control pulses are generated according to the selected key state combinations, the generated control pulses are fed to the transistor inputs single-phase three-level converter with locking diodes, characterized in that from the selected combinations of key states are used Luciano combinations which do not implement the stress balance of the capacitors.
RU2015109985/07A 2015-03-20 Method of balance of voltages on capacitors of single-phase three-level converter with locking diodes RU2588257C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2588257C1 true RU2588257C1 (en) 2016-06-27

Family

ID=

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2730279C2 (en) * 2016-07-05 2020-08-21 Сьюпергрид Инститьют Internal converter energy control module
RU224464U1 (en) * 2023-11-09 2024-03-26 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации POWER INVERTER MODULE FOR ELECTRICAL COMPLEXES AND ELECTRICAL ENERGY CONVERSION SYSTEMS

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2269196C1 (en) * 2004-07-20 2006-01-27 Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" Voltage converter built around combined circuit arrangement
RU2410831C1 (en) * 2007-05-31 2011-01-27 Мицубиси Электрик Корпорейшн Device for electric power transformation
CN103095168A (en) * 2011-11-04 2013-05-08 阿尔斯通技术有限公司 Voltage Source Converter (VSC) With Neutral-point-clamped (NPC) Topology And Method For Operating Such Voltage Source Converter
EP2725700A1 (en) * 2012-10-23 2014-04-30 ABB Technology AG Controlling a modular multi-level converter
US8934276B2 (en) * 2012-08-16 2015-01-13 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. DC-link voltage balancing control for multilevel inverters

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2269196C1 (en) * 2004-07-20 2006-01-27 Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" Voltage converter built around combined circuit arrangement
RU2410831C1 (en) * 2007-05-31 2011-01-27 Мицубиси Электрик Корпорейшн Device for electric power transformation
CN103095168A (en) * 2011-11-04 2013-05-08 阿尔斯通技术有限公司 Voltage Source Converter (VSC) With Neutral-point-clamped (NPC) Topology And Method For Operating Such Voltage Source Converter
US8934276B2 (en) * 2012-08-16 2015-01-13 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. DC-link voltage balancing control for multilevel inverters
EP2725700A1 (en) * 2012-10-23 2014-04-30 ABB Technology AG Controlling a modular multi-level converter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2730279C2 (en) * 2016-07-05 2020-08-21 Сьюпергрид Инститьют Internal converter energy control module
RU224464U1 (en) * 2023-11-09 2024-03-26 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации POWER INVERTER MODULE FOR ELECTRICAL COMPLEXES AND ELECTRICAL ENERGY CONVERSION SYSTEMS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6352477B2 (en) Voltage balance control device and voltage balance control method for flying capacitor multi-level converter
JP6377310B1 (en) Power converter
JP5831444B2 (en) Rotating machine control device
Lienhardt et al. Digital sliding-mode observer implementation using FPGA
US9906168B2 (en) Power converting apparatus, control device, and method for controlling power converting apparatus
EP2966767B1 (en) Power converter controller
CN103414363B (en) A kind of three-phase tri-level converter electric capacity potential balance control method and system
US9337755B2 (en) Motor control apparatus
JP4823802B2 (en) Inverter device and PWM control method for the inverter device
CN104682716B (en) Two staggered converters and its control method
CN104702138B (en) Pass through PWM waveform modification method during single resistance detection DC bus current
CN104737433A (en) Power conversion device
JP2008040664A5 (en)
CN106487265A (en) Power-converting device, phase current detector and phase current detection method
CN103078520A (en) Frequency converter device and over-current protection method thereof
JP7117893B2 (en) Method for identifying the electrical resistance of the rotor of an electric motor
Li et al. A general interpolated model of voltage source converters for real-time simulation and hil test applications
JP2015192578A (en) Voltage detection device and voltage/current detection device
JP2009112143A (en) Device and method of controlling three-phase ac motor
JP6889026B2 (en) Power converter
RU2588257C1 (en) Method of balance of voltages on capacitors of single-phase three-level converter with locking diodes
KR101668431B1 (en) Method and apparatus for estimating voltage of sub-module of modular multi-level converter
JP6685967B2 (en) Control device for DC / DC converter
JP6685966B2 (en) Control device for DC / DC converter
RU2522036C2 (en) Method for control of three-phase voltage inverter with current stabilisation at transfer to overload mode