一种五电平逆变器抑制共模电流和降低损耗的方法技术

本发明专利技术属于电力电子技术领域，公开了一种五电平逆变器抑制共模电流和降低损耗的方法，本发明专利技术将所有的调制序列中将CMV的变化进行限制，在某些序列中也可以使用有着更高共模电压的矢量，以帮助减少损耗，同时保持共模电流可以得到很好的抑制。此外，由于ANPC五电平的每个相位都有冗余的开关状态，通过选择这些冗余开关状态可以有效地平衡中点电位和飞跨电容器电压。与传统的空间电压矢量调制方法相比，本发明专利技术抑制了共模电流，降低了损耗。实验结果表明，该发明专利技术在抑制共模电流和保持良好的电容电压控制的同时，可以很好地降低损耗。本发明专利技术通过限制电流最大相的开关动作来降低开关损耗，使该方法在抑制共模电流的同时具有良好的损耗降低效果。损耗降低效果。损耗降低效果。

【技术实现步骤摘要】
一种五电平逆变器抑制共模电流和降低损耗的方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种五电平逆变器抑制共模电流和降低损耗的方法。

技术介绍

[0002]现如今，应国家电力变换技术发展的战略要求，中压大功率电力电子设备应用越来越广泛。在中压大功率场合，因传统硅基全控型功率半导体的耐压等级比较低，采用传统的两电平拓扑的功率变换器的往往无法满足要求。因此，多电平技术应运而生。
[0003]与两电平逆变器相比，ANPC五电平逆变器具有耐高压、低EMI、低输出THD、低开关应力等优点，在中压电机驱动系统中广泛应用。但在实际应用中，ANPC五电平逆变器三相输出会产生一系列不等宽、周期性变化的脉冲电压，脉冲电压之和并不为零，会在电机定子公共点与轴承之间产生共模电压(CMV)，会在电机轴承上产生轴电流。而且当ANPC五电平逆变器工作在高的开关频率或高功率应用时，功率器件开关损耗严重变大，损耗的增加降低了系统的效率，增加了系统的散热要求，反过来又增加了系统的体积。此外，五电平逆变器两个直流电容器参数不一致会引起中点电位偏移，从而增加逆变器输出低次谐波含量，严重时会导致开关器件过压，损坏开关器件。同时，五电平逆变器的飞跨电容电压也需要进行平衡控制。所以有必要抑制五电平ANPC逆变器的共模电压，降低其开关损耗，同时对其直流侧中点电位和飞跨电容电压进行控制。
[0004]现有的共模电流抑制策略可以分为硬件抑制方法和软件抑制方法。硬件方法通常通过改变五电平逆变器的拓扑结构或者优化滤波方案来抑制共模电流，但是这种方法会带来额外的硬件投入而且通用性比较差。软件抑制方法通过优化或者调整策略来限制共模电压和降低损耗，不需要增加额外的硬件，也不需要重新设计拓扑，所以成本比较低而且易于实现和优化。但是现有的软件抑制方法主要存在以下两方面缺陷：
[0005](1)为了消除共模电流限制了矢量共模电压的大小从而舍弃了大部分的有效矢量，虽然可以完全消除共模电流但是因为有效矢量的缺失导致了直流侧的电压利用率较低、输出电压THD较大且开关损耗相比于传统控制方法的开关损耗有大幅度的增加。
[0006](2)考虑降低开关损耗的调制算法没有考虑到共模电流的抑制，考虑到共模电流抑制的调制算法没有考虑到开关损耗的降低。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种五电平逆变器抑制共模电流和降低损耗的方法，通过限制电流最大相的开关动作来降低开关损耗，这使得该方法在抑制共模电流的同时具有良好的损耗降低效果。
[0008]为了达到上述目的，一种五电平逆变器抑制共模电流的方法，包括：
[0009]采集三相五电平ANPC逆变器负载公共点n和直流侧中点O的电压，作为共模电压U
no
；
[0010]根据共模电压U
no
得到三相五电平ANPC逆变器的三相开关的共模电压值；
[0011]通过调整三相五电平ANPC逆变器的中所有开关的状态，降低共模电压值的阶跃变化，从而抑制三相五电平ANPC逆变器的共模电流。
[0012]降低共模电压值的阶跃变化时，将单位开关周期内的共模电压变化范围控制在
±
1/12U
dc
。
[0013]共模电压U
no
用开关函数S
j
表示如下：
[0014][0015]其中，U
ao
、U
bo
和U
co
分别为三相电压，U
dc
为直流母线电压，S
a
、S
b
和S
c
分别为三相开关。
[0016]当具有C相不动作序列时，保持C相开关不动作能够抑制共模电流。
[0017]当B相开关不发生动作，而单位功率因数下其他扇区中B相都并非为电流最大的那一相，保持B相开关不动作能够抑制共模电流。
[0018]一种五电平逆变器降低损耗的方法，包括：
[0019]预设飞跨电容电压阈值Δv
f_th
和中点电位电压阈值Δv
O_th
；
[0020]当三相五电平ANPC逆变器中的飞跨电容电压偏差Δv
fj
和中点电位偏差Δv
O
分别在跨电容电压阈值阈值Δv
f_th
和中点电位电压阈值Δv
O_th
内，且三相五电平ANPC逆变器的输出电平状态为
‑
1或1时，保持当前开关状态；
[0021]当飞跨电容电压偏差Δv
fj
在飞跨电容电压阈值Δv
f_th
内时，中点电位偏差Δv
O
超出中点电位电压阈值Δv
O_th
，通过中点电位控制信号对输出电平状态为
‑
1或1时的冗余开关状态进行选取，以使中点电位趋于平衡；
[0022]当飞跨电容电压偏差Δv
fj
超出飞跨电容电压阈值Δv
f_th
，通过飞跨电容电压控制信号对开关状态进行选取，以使飞跨电容电压趋于平衡。
[0023]在某一开关状态下，三相五电平ANPC逆变器的中点电流有着与逆变器输出电流相同的方向，当中点电位升高时，逆变器输出电流为正，此时电流从直流侧中点流出，能够降低中点电位；
[0024]当中点电位降低时，逆变器输出电流为负，电流从直流侧中点流入，升高中点电位，能够平衡中点电位。
[0025]与现有技术相比，本专利技术将所有的调制序列中将CMV的变化进行限制，因此，在某些序列中也可以使用有着更高共模电压的矢量，以帮助减少损耗，同时保持共模电流可以得到很好的抑制。此外，由于ANPC五电平的每个相位都有冗余的开关状态，通过选择这些冗余开关状态可以有效地平衡中点电位和飞跨电容器电压。与传统的空间电压矢量调制方法相比，本专利技术有效地抑制了共模电流，降低了损耗。实验结果表明，该专利技术在抑制共模电流和保持良好的电容电压控制的同时，可以很好地降低损耗。本专利技术通过限制电流最大相的开关动作来降低开关损耗，这使得该方法在抑制共模电流的同时具有良好的损耗降低效果。
[0026]本专利技术使用的电流最大相不动作降低损耗的方法不仅使用于单位功率因数工况，而且适用于非单位功率应数工况，损耗降低调制方法适用于多种工况。
附图说明
[0027]图1为阻感性负载三相五电平ANPC逆变器拓扑。
[0028]图2为降损与共模电流抑制协同控制空间矢量图。
[0029]图3为损耗降低与共模电流抑制协同控制调制策略扇区I空间矢量图。
[0030]图4(a)为D3区域的开关序列1abc三相电平变化情况和该开关序列共模电压变化情况；图4(b)为D3区域的开关序列2abc三相电平变化情况和该开关序列共模电压变化情况；图4(c)为D3区域的开关序列3abc三相电平变化情况和该开关序列共模电压变化情况；图4(d)为D4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种五电平逆变器抑制共模电流的方法，其特征在于，包括：采集三相五电平ANPC逆变器负载公共点n和直流侧中点O的电压，作为共模电压U
no
；根据共模电压U
no
得到三相五电平ANPC逆变器的三相开关的共模电压值；通过调整三相五电平ANPC逆变器的中所有开关的状态，降低共模电压值的阶跃变化，从而抑制三相五电平ANPC逆变器的共模电流。2.根据权利要求1所述的一种五电平逆变器抑制共模电流和降低损耗的方法，其特征在于，降低共模电压值的阶跃变化时，将单位开关周期内的共模电压变化范围控制在
±
1/12U
dc
。3.根据权利要求1所述的一种五电平逆变器抑制共模电流和降低损耗的方法，其特征在于，共模电压U
no
用开关函数S
j
表示如下：其中，U
ao
、U
bo
和U
co
分别为三相电压，U
dc
为直流母线电压，S
a
、S
b
和S
c
分别为三相开关。4.根据权利要求1所述的一种五电平逆变器抑制共模电流和降低损耗的方法，其特征在于，当具有C相不动作序列时，保持C相开关不动作能够抑制共模电流。5.根据权利要求1所述的一种五电平逆变器抑制共模电流和降低损耗的方法，其特征在于，当B相开关不发生动作，而单位功率因数下其他扇区中B相都并非为电流最大的那一相，保持B相开关不动作能够抑制...

【专利技术属性】
技术研发人员：何英杰，梁晓东，杜昊亭，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：