[发明专利]一种中点钳位型三电平逆变器温度平衡控制方法及系统

说明书

本发明涉及电力电子技术领域，公开了一种中点钳位型三电平逆变器温度平衡控制方法及系统，以平衡开关管的工作温度，合理设计温度控制从而提升开关元件使用寿命、降低维护成本；本发明的方法包括：首先预测一步电流和功率损耗，再建立电流与功率的残差模型，接着统一残差数量级建立成本函数模型，最后选择最小成本函数值所对应的开关状态作为下一步开关控制信号。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种中点钳位型三电平逆变器温度平衡控制方法及系统。

背景技术

逆变器是一种在各行各业中都使用广泛的电气设备，它在光伏发电、风力发电等新能源领域扮演着重要的角色。而随着新能源发电技术的不断发展，对逆变器功率水平的需求不断提高，大功率中点钳位型三电平逆变器由于它的高可靠性受到越来越多的关注，它逐渐取代了传统的两级拓扑结构，成为大功率市场的主力军。

逆变器在工作过程中不可避免的会产生大量热量，这些热量一方面会降低逆变器的效率，另一方面也会使逆变器的关键元件出现过热故障。与传统两电平结构相比，中点钳位型三电平逆变器具有功率器件工作状态不完全对称的特点，该不完全对称的缺点极易造成器件的温度分布不均匀。而温度又是影响逆变器中开关管寿命的重要因素，不同的工作温度导致开关管具有不同的寿命。在开关管故障导致的逆变器故障的情况下，常常只有一个开关管损坏，而其他开关管仍状况良好。由于大型电力设备的检修和维护成本非常高，为了确保系统的可靠性，工作人员通常会在检修和维护时一次性更换所有的开关管。这种行为造成了大量的资源浪费，此外，逆变器功率器件的温度过高，已经成为了制约逆变器功率等级进一步提高的严重阻碍。

因此，如何平衡开关管的工作温度，合理设计温度控制以提升开关元件使用寿命、降低维护成本成为一个急需解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种中点钳位型三电平逆变器温度平衡控制方法及系统，以平衡开关管的工作温度，合理设计温度控制从而提升开关元件使用寿命、降低维护成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种中点钳位型三电平逆变器温度平衡控制方法，包括以下步骤：

S1：设定采样周期，建立目标器件在当前周期内的通态功率损耗与电流之间的第一关系模型，同时建立所述目标器件在导通状态下的电流与开关状态之间的第二关系模型，并根据所述第一关系模型和所述第二关系模型计算所述目标器件在当前周期内的第一通态功率损耗；

S2：获取逆变器桥臂在下一周期的所有可能的电平状态，建立所述中点钳位型三电平逆变器的定子电压与逆变器桥臂电平状态的第三关系模型，建立逆变器桥臂在下一周期的第m种电平状态所对应的定子电流与定子电压以及当前周期的定子电流之间的第四关系模型，并根据所述第三关系模型和所述第四关系模型计算逆变器桥臂在下一周期的第m种电平状态所对应的定子电流；

S3：建立逆变器桥臂的第m种电平状态所对应的下一周期目标器件导通时目标器件电流与下一周定子电流之间的第五关系模型，根据所述第五关系模型计算逆变器桥臂的第m种电平状态所对应的下一周期目标器件的第二通态功率损耗；

S4：根据所述第一通态功率损耗和所述第二通态功率损耗建立残差模型，根据所述残差模型建立成本函数；

S5：根据所述定子电流和所述成本函数计算与逆变器桥臂在下一个周期内的所有可能的电平状态一一对应的成本函数值；选取所述成本函数值中的最小成本函数值，将该最小成本函数值对应的逆变器桥臂上的所有目标器件的开关状态作为逆变器下一个周期的控制输出。

优选地，所述残差模型包括电流残差模型和功率残差模型。

优选地，所述方法还包括步骤：在所述中点钳位型三电平逆变器的电机转子上建立坐标系，且该坐标系与所述转子同步转动，设定该坐标系中与所述转子磁场方向相同的轴向为d轴，空间上垂直于所述转子磁场方向的轴向为q轴；

所述S2中的所述定子电流包括在d轴和q轴上的定子电流。