[发明专利]一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，更为具体地讲，涉及一种ANPC(有源中点钳位型)三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法。

背景技术

同两电平功率逆变器相比，多电平逆变器已经在更好的输出电压质量、更低的开关损耗、更小的dv/dt，和更低的器件功率比等方面表现出了其优越性。传统中点钳位型三电平逆变器(3L-NPC)具有代表性，然而有一个主要的劣势——在半导体器件间功率损耗分配不均，因此逆变器的输出功率和开关频率受限。为了处理这个问题，提出了有源中点钳位型三电平逆变器(3L-ANPC)，这是由传统NPC拓扑中衍生出来的。

现有技术的ANPC整流器的PWM调制方法的提出是为了平衡功率损耗分布。目前有如下几种方法：1)传统PWM策略，因零电压状态下的开关状态不同又可分为两种方式，然而这两种方式在损耗分布方面的改善并不有效；2)自然倍频法，该方法由前两种方式衍生而来，表现较为平庸，损耗分布仍不够平均；3)可调节损耗分布调制方法，该方法可使器件损耗在一个基波周期内平均分布，但包含多种开关状态和2个换流模式，不够简便；4)单一零状态调制方法，该方法可以得到较低的总损耗，但损耗分布并不平均。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法，通过在正电压状态到零电压状态及负电压状态到零电压状态过程中增加一组开关暂态，从而平均开关损耗分布，及内侧开关和外侧开关的导通损耗。

为实现上述发明目的，本发明一种ANPC三电平逆变器的开关损耗分散分布调制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、采集直流电源电压U_dc，额定功率P_load和调制度M，得到三相的参考电压，即低频正弦调制信号电压U_{ref_abc}；

(2)、设置PWM开关频率F_sw和采样时间T_s，采集同相叠加的高频三角载波信号电压；

(3)、比较低频正弦调制信号电压和高频三角载波信号电压的大小，得到每相当前输出电压状态；

(4)、根据每相当前输出电压状态的切换，确定出相应的每相桥臂开关状态以及开关状态间的切换关系；

(5)、根据每相桥臂开关状态间的切换关系，确定有源开关器件的开通与关断，从而得到PWM信号，再通过PWM信号控制有源中点钳位型三电平逆变器，实现调制策略。

其中，所述的步骤(3)中，通过对低频正弦调制信号电压和高频三角载波信号电压进行以下比较，得到3种输出电压：

(2.1)、当低频正弦调制信号电压为正且大于高频三角载波信号电压时，当前输出电压状态为正电压+U_dc/2；

(2.2)、当低频正弦调制信号电压为负且小于高频三角载波信号电压时，当前输出电压状态为负电压-U_dc/2；

(2.3)、当低频正弦调制信号电压为正但小于高频三角载波信号电压时，或低频正弦调制信号电压为负但大于高频三角载波信号电压时，当前输出零电压状态。

进一步的，所述的步骤(4)中，每相桥臂开关状态包括：P状态、N状态、状态O₊和状态O_-，暂态O_+out和暂态O_-out；

开关状态及相应开关的开断情况如下：

(3.1)、输出正电压时，开关状态为P状态，此时上桥臂外侧开关S_1x、上桥臂内侧开关S_2x和钳位开关S_6x开通，其余开关关断，其中，x＝a、b、c，表示三相；

(3.2)、输出负电压时，开关状态为N状态，此时将下桥臂内侧开关S_3x、下桥臂外侧开关S_4x和钳位开关S_5x开通，其余开关关断；

(3.3)、输出零电压时，开关状态为状态O₊或状态O_-，开关状态为状态O₊时，开关S_1x、S_3x和S_6x开通，其余开关关断，开关状态为O_-时，开关S_2x、S_4x和S_5x开通，其余开关关断；