[发明专利]有源中点箝位三电平逆变器调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三电平逆变器调制方法。

背景技术

多电平电压源逆变器可以使其在无变压器或同步开关器件串联的情况下达到较高的电压水平。它能够产生近似正弦的输出电压，适用于高压大功率应用场合。

最早的多电平拓扑结构是由Baker等人于1975年提出的，此多电平拓扑结构通过串联由各自直流电源独立供电的单相全桥逆变器单元，组成了级联逆变器。1980年Nabae等人提出了中性点钳位型的三电平逆变器电路结构。基本思想是通过一定的主电路拓扑结构获得多级阶梯波形输出来等效正弦波。

这种三电平中点箝位逆变器拓扑解决了两电平电压源逆变器输出功率小和输出电压低的问题。与两电平逆变器相比，三电平中点箝位逆变器的主要优势有：(1）每个开关管工作过程中所能承受的最高电压只有两电平的一半，大大降低了开关器件的电压应力，满足高压变流要求；(2）由于没有两电平逆变器中串联器件的同时导通与同时关断问题，对器件的动态性能要求低，系统可靠性得到提高；(3）三电平逆变器输出相电压为三电平阶梯波，线电压为五电平阶梯波，在同样的开关频率下，谐波比两电平要低得多，解决了高压大容量逆变器由于开关损耗及器件性能的问题开关频率不能太高的问题。

如今，三电平中点箝位逆变器在MW级大功率工业驱动(如轧钢、水泵、鼓风机、输送机等）、船舶业、采矿业、机车牵引等方面已得到广泛应用。

中点箝位逆变器最大的不足是半导体损耗分布的不平衡。因为在每个逆变器中，承受最大损耗的开关器件决定了整个逆变器的开关频率和输出功率，中点箝位逆变器中部分器件损耗过大，发热严重，在很大程度上限制了逆变器开关频率和输出功率的提升。

2001年德国的T.Bruckner首次提出有源中点箝位逆变器的拓扑结构。有源中点箝位逆变器是在中点箝位逆变器的基础上提出的，采用开关器件取代传统中点箝位逆变器拓扑中的钳位二级管可产生冗余零电压状态，在换流过程中通过对这些冗余零电压状态的合理切换可调节功率器件的损耗分布，解决功率器件的损耗分布不平衡问题。

有源中点箝位逆变器调制方法较少，现有方法计算复杂，不能较好的利用冗余零电压状态，功率器件的损耗分布平衡性还有很大的提高空间。以文献“Feedforward loss control of three-level active NPC converters”为代表，这类方法提出结温平衡前馈控制方法，采用计算机仿真得出不同调制度和负载阻抗角下功率器件的结温分布，再通过查表的形式确定零电压状态，这种方法精度相对较低，同时需要借助仿真才能完成。以文献“Three-level active NPC converter:PWM strategies and loss distribution”为代表，利用脉宽调制策略提出了一种损耗平衡方法，但由于简单的利用两种开关方式互相切换，不能得到较好功率器件损耗平衡性。

发明内容

本发明的目的是克服现有正弦脉宽调制方法控制有源中点箝位逆变器，逆变器各个开关器件损耗分布平衡性差的问题，提出一种有源中点箝位三电平逆变器调制方法。本发明可更有效地利用有源中点箝位逆变器的冗余零电压状态和切换方式，应用本发明的电平切换序列形成的脉宽调制信号，能够降低开关器件的最大功率损耗，提高逆变器各个开关器件损耗分布平衡性。

本发明基于三电平正弦脉宽调制方法，通过定义有源中点箝位三电平电压源逆变器两种电平切换方式，根据两种切换方式对于开关器件的功率损耗不同影响，设计每个开关器件的导通时序，从而得到所需要的脉宽调制信号，采用所述的脉宽调制信号控制有源中点箝位逆变器各个开关器件的通断，将直流电转换成交流电提供给负载。

本发明脉宽调制方法包括以下步骤：

（1）定义三电平有源中点箝位逆变器输出电平状态和电平切换方式；