适于多换流回路共层叠母排电路结构的IGBT过压解耦方法技术

本发明专利技术提供一种适于多换流回路共层叠母排电路结构的IGBT过压解耦方法，该方法具体包括以下步骤：采用PEEC法得出每相层叠母排的等效电路；统计每相等效电路中存在的换流路径；根据换流路径得出具有过压风险的暂态耦合电路；将暂态耦合电路中的IGBT触发脉冲接入解耦模块；解耦模块对耦合电路中的IGBT的关断信号进行采集对比，当采集到耦合电路中IGBT关断信号边沿时间差在Δt范围以内时，解耦模块对IGBT的关断信号进行解耦处理。该方法可以有效的解决IGBT共层叠母排中存在的瞬态过压耦合问题，能够有效提高系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
适于多换流回路共层叠母排电路结构的IGBT过压解耦方法
本专利技术属于电力电子
，尤其涉及一种多换流回路共层叠母排电路结构的IGBT过压解耦方法。
技术介绍
对于大容量电力电子系统的安全性和可靠性研究一直是个热点话题。为保证系统安全和充分利用器件容量，需要精准设计和优化。对于单个逆变器而言，可能存在多个换流回路，但是某一时刻只能存在一种换流暂态过程。当换流暂态发生时，由于电力电子器件开关速度较快，同时换流回路中的杂散电感的存在，会存在关断过电压应力，从而影响到电力电子器件安全可靠运行。同时为了满足电力电子装置的紧凑性，有时可能将多个逆变器的换流回路放置在同一个层叠母排上。研究中我们发现由于换流回路之间开关函数的不相关性，会存在一定的过压耦合影响，对功率器件的安全运行造成一定的威胁，严重时会造成IGBT过压击穿，进而引起系统故障停机。目前由于该类耦合问题存在的几率较低，而且出现的时间非常短，很难引起工程人员的注意，因此尚未有人提出避免该类问题出现的方法。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种适于多换流回路共层叠母排电路结构的IGBT过压解耦方法，旨在解决多换流回路共用层叠母排电路结构中存在的IGBT暂态耦合问题。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种适于多换流回路共层叠母排电路结构的IGBT过压解耦方法，该方法具体包括以下步骤：1)采用PEEC法得出每相层叠母排的等效电路；2)统计每相等效电路中存在的换流路径；3)根据换流路径得出具有过压风险的暂态耦合电路；4)将具有过压风险的暂态耦合电路中的IGBT触发脉冲接入解耦模块；5)解耦模块对耦合电路中的IGBT的关断信号进行采集对比，当采集到耦合电路中IGBT关断信号边沿时间差在Δt范围以内时，解耦模块对IGBT的关断信号进行解耦处理。上述任一方案中优选的是，所述步骤2)具体步骤如下：a、将每相母排的等效电路进行分解，得出整流器或逆变器单个功率器件开关过程中的换流回路；b、根据每个器件的换流回路能够得出整个母排的整流器中任意一个功率器件和逆变器任意一个器件开关暂态的相遇的换流路径。上述任一方案中优选的是，所述步骤3)中具有过压风险的暂态耦合电路为拥有共同的换流路径的电路。上述任一方案中优选的是，所述步骤4)中的解耦模块由多个延时处理模块和多个逻辑运算模块组成，所述延时处理模块接收触发信号进行延时处理后传递给逻辑运算模块进行逻辑运算，延时处理模块和逻辑运算模块的数量等同于耦合电路条数，延时处理模块和逻辑运算模块之间的具体连接方式为：将存在共同换流路径的整流器和逆变器的功率器件触发信号同时接入两条耦合电路的延时处理模块的输入端，经过延时处理模块处理后会输出延时后的两路触发信号，将该两路触发信号接入同一逻辑运算模块的输入端。上述任一方案中优选的是，所述逻辑运算模块由或逻辑组成。上述任一方案中优选的是，所述步骤5)的实现方式为：将延时处理模块的两个输入端接收到的信号pwm1和pwm2的关断边沿错开时间设为Δt，当延时处理模块的输入端接收到的pwm1和pwm2两个脉冲触发信号的关断边沿时间差在Δt范围之内，延时处理模块起作用，如果关断边沿时间差大于Δt，延时处理模块不起作用，具体实现方式为：采用高频时钟检测输入端的信号pwm1和pwm2下降沿(关断信号)，主要分三种情况：如果首先检测到输入端的信号pwm1为下降沿时，置位中间变量sig信号为高电平，sig高电平时间为延时处理的时间Δt，在sig为高电平期间不再对输入端的信号pwm2为下降沿进行检测，此时对输入信号进行逻辑运算，得出输出信号pwm2`＝pwm2&sig，pwm1`＝pwm1；如果首先检测到输入端的信号pwm2为下降沿时，置位中间变量sig信号为高电平，在sig为高电平期间不再对输入端的信号pwm1为下降沿进行检测，此时对输入信号进行逻辑运算，得出输出信号pwm1`＝pwm1&sig；pwm2`＝pwm2；当同时检测到输入端的信号pwm1和pwm2为下降沿时，可以选择任意信号作延时处理即可。上述任一方案中优选的是步，所述延时处理模块当检测到输入端的信号pwm1或pwm2的关断边沿不一致时，优先对滞后的输入脉冲信号进行延时处理；当两个关断边沿一致时，对任一信号进行延时处理。上述任一方案中优选的是，所述关断边沿错开时间Δt设置为300ns。上述任一方案中优选的是，所述解耦方法也能够用于直流母线电容放置在换流回路CCL1和换流回路CCL2的一侧的电路拓扑。从上述技术方案可以看出，本专利技术相比较现有技术，不仅有效的解决IGBT在多换流回路共层叠母排电路结构中存在的瞬态过压耦合问题，有效的提高系统的可靠性，而且该方法操作简单、适应性强、便于推广。附图说明图1为背靠背三电平变流器共层叠母排拓扑结构图；图2为单相层叠母排等效电路结构图；图3为单相层叠母排16种换流路径的简化图；图4为单相层叠母排中存在共用换流回路的耦合电路拓扑结构图；图5为单相层叠母排中存在暂态耦合功率器件关系图；图6为背靠背三电平变流器共层叠母排暂态过压解耦处理的基本结构框图；图7为单相层叠母排解耦内部逻辑图；图8为延时处理模块时序逻辑；图9为存在瞬态过压耦合的通用拓扑结构。具体实施方式为了能够更清楚地理解本
技术实现思路
，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术进行详细描述。图1为背靠背三电平变流器共层叠母排拓扑结构图，系统为了结构的紧凑性，通常将整流器每相桥臂和逆变器每相桥臂的功率器件放置在同一个母排上。由于整流器和逆变器功率器件的开关暂态不相关，功率器件开关过程中存在暂态过压耦合问题，当两个功率器件同时关断时，增加了过压应力。基于此，本专利技术提出适于多换流回路共层叠母排电路结构的IGBT过压解耦方法。该方法实现过程如下：首先，采用PEEC方法，得出每相层叠母排的等效电路，等效电路如图2所示。其次，根据图2可统计每相等效电路中存在的换流路径，定义功率器件RS1、RS2、RS3和RS4对应的换流回路分别为R-CCLA、R-CCLB、R-CCLC和R-CCLD。功率器件IS1、IS2、IS3和IS4对应的换流回路分别为I-CCLA、I-CCLB、I-CCLC和I-CCLD。将每相母排的等效电路进行分解，得出整流器或逆变器单个功率器件开关过程中的换流回路，根据每个器件的换流回路可以得出整个母排的整流器中任意一个功率器件和逆变器任意一个器件开关暂态的相遇的换流路径。换流路径相关联的两个器件包括：(a)RS1和IS1；(b)RS1和IS2；(c)RS1和IS3；(d)RS1和IS4；(e)RS2和IS1；(f)RS2和IS2；(g)RS2和IS3；(h)RS2和IS4；(i)RS3和IS1；(j)RS3和IS2；(k)RS3和IS3；(l)RS3和IS4；(m)RS4和IS1；(n)RS4和IS2；(o)RS4和IS3；(p)RS4和IS4，一共存在16种换流路径，即16条换流回路，如图3所示。由于整流器的控制策略和逆变器的控制策略的IGBT开关函数没有相关性，即整流器的触发IGBT和逆变器触发IGBT的程序都是随机的。因此整流器和逆变器的暂态耦合也是随机的，但是存在一定的几率。根据换流路径得出具有过压风险的暂态耦合电路，通过仔细分析16条换流路径，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.适于多换流回路共层叠母排电路结构的IGBT过压解耦方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：1)采用PEEC法得出每相层叠母排的等效电路；2)统计每相等效电路中存在的换流路径；3)根据换流路径得出具有过压风险的暂态耦合电路；4)将具有过压风险的暂态耦合电路中的IGBT触发脉冲接入解耦模块；5)解耦模块对耦合电路中的IGBT的关断信号进行采集对比，当采集到耦合电路中IGBT关断信号边沿时间差在Δt范围以内时，解耦模块对IGBT的关断信号进行解耦处理。

【技术特征摘要】
1.适于多换流回路共层叠母排电路结构的IGBT过压解耦方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：1)采用PEEC法得出每相层叠母排的等效电路；2)统计每相等效电路中存在的换流路径；3)根据换流路径得出具有过压风险的暂态耦合电路；4)将具有过压风险的暂态耦合电路中的IGBT触发脉冲接入解耦模块；5)解耦模块对耦合电路中的IGBT的关断信号进行采集对比，当采集到耦合电路中IGBT关断信号边沿时间差在Δt范围以内时，解耦模块对IGBT的关断信号进行解耦处理。2.根据权利要求1所述适于多换流回路共层叠母排电路结构的IGBT过压解耦方法，其特征在于：所述步骤2)具体步骤如下：a、将每相母排的等效电路进行分解，得出整流器或逆变器单个功率器件开关过程中的换流回路；b、根据每个器件的换流回路能够得出整个母排的整流器中任意一个功率器件和逆变器任意一个器件开关暂态的相遇的换流路径。3.根据权利要求1所述适于多换流回路共层叠母排电路结构的IGBT过压解耦方法，其特征在于：所述步骤3)中具有过压风险的暂态耦合电路为拥有共同的换流路径的电路。4.根据权利要求1所述适于多换流回路共层叠母排电路结构的IGBT过压解耦方法，其特征在于：所述步骤4)中的解耦模块由多个延时处理模块和多个逻辑运算模块组成，所述延时处理模块接收触发信号进行延时处理后传递给逻辑运算模块进行逻辑运算，延时处理模块和逻辑运算模块的数量等同于耦合电路条数，延时处理模块和逻辑运算模块之间的具体连接方式为：将存在共同换流路径的整流器和逆变器的功率器件触发信号同时接入两条耦合电路的延时处理模块的输入端，经过延时处理模块处理后会输出延时后的两路触发信号，将该两路触发信号接入同一逻辑运算模块的输入端。5.根据权利要求4所述的适于多换流回路共层叠母排电路结构的IGBT过压解耦方法，其特征在于：所述逻辑运算模块由或逻辑组成。6.根据权利要求4所述适于多换...

【专利技术属性】
技术研发人员：何凤有，谭国俊，耿程飞，张经纬，王强，黄德雷，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32