专利名称：一种三电平变流器闭锁时消除器件过电压的控制方法
技术领域：
本发明属于电力系统柔性输配电、电力电子和用户电力技术领域。
背景技术：
中点箝位式(NPC)三电平变流器由于其自身结构的优点被广泛地应用于电力电子领域。在实际工程应用当中，由于主电路杂散电感的存在，三电平变流器IGBT正常关断过程中存在显著的过电压问题，这个问题通常采用在主电路上添加缓冲吸收电路的方法解决。当装置发生故障时，变流器经常采用封锁触发脉冲的方法，闭锁IGBT元件以对其进行保护，并使装置在故障排除后能够尽快地恢复运行。然而，由于三电平变流器和缓冲电路的特殊结构，当脉冲闭锁后，内外元件往往出现不均压现象，内部元件会承受非常高的过电压，严重时可导致IGBT损坏，整个装置无法运行。
发明内容
本发明提出了一种实际工程应用中，能够切实可行消除IGBT关断时过电压问题的缓冲吸收电路，并同时提出一种消除闭锁IGBT过电压问题的闭锁方法。
本发明公开了一种三电平变流器(IGBT)闭锁时消除器件过压的控制方法，所述三电平变流器具有附加的缓冲吸收电路，根据本发明，当装置发生故障变流器采用封锁触发脉冲时，闭锁IGBT的具体步骤如下实施闭锁一个电流关断时间后，先封锁外侧IGBT(S11、S14、S21、S24)的脉冲，内侧IGBT(S12、S13、S22、S23)脉冲保持不变；经过一个死区时间后，根据闭锁时脉冲状态和闭锁前一个脉冲状态，关掉内侧的某一个IGBT；延续一个续流时间后，实时检测逆变桥电流是否超过某个阈值，一旦检测到电流超过了阈值，则立刻将所有IGBT全部闭锁；如果电流没有超过上述阈值，则继续保持前面状态一段时间后，将所有IGBT全部闭锁。
图1是单相桥三电平逆变器的主电路原理图。
图2是添加了典型缓冲吸收电路的三电平逆变器主电路原理图。
具体实施例方式
图1显示了常规的单相桥三电平逆变器的主电路原理路。图1中，包括左桥臂[S11 S12 S13 S14]以及右桥臂[S21 S22 S23 S24]。其中，Vdc表示三电平变流器正负母线间总直流电压，+Vdc/2、-Vdc/2分别表示直流正负母线电压，Vo表示三电平变流器交流侧电压。
图2是添加了本发明的缓冲吸收电路的三电平逆变器主电路原理图。缓冲电路的主要作用是在开关器件关断瞬间，电流迅速降低，di/dt很大，由于电路上存在杂散电感，于是会感应产生一个相当大的电压，这种过电压会降低装置效率，严重时影响器件安全(过压)；添加缓冲吸收电路，目的是将电流关断时产生的过压能量吸收掉，提高器件安全性，提高装置效率。
目前普遍存在的问题是，添加了缓冲吸收电路后，虽然吸收了器件的“关断过电压”，却会在变流器脉冲封锁时以及封锁后，出现多种过电压情况(如内外器件分压不均、稳态整流过压等)，危害性非常大。
根据本发明，提出了一种缓冲吸收电路结构，即图2虚线部分所示，能够起到良好的吸收“关断过电压”的作用，同时还能通过一种“闭锁策略”，使得装置在脉冲闭锁时以及脉冲闭锁后，没有任何器件过压问题产生。
图2的虚线部分是本发明使用的“缓冲吸收电路”结构图；与变流器主电路直接连接。
根据本发明，当装置发生故障变流器采用封锁触发脉冲时，闭锁IGBT的具体步骤如下1)实施闭锁一个电流关断时间(约6μs)后，先封锁外侧IGBT(S11、S14、S21、S24)的脉冲，内侧IGBT(S12、S13、S22、S23)脉冲保持不变；2)再经过一个死区时间(约9μs)后，根据闭锁时脉冲状态和闭锁前一个脉冲状态，关掉内侧的某一个IGBT；关断依据如下(对于单个桥臂，如[S11 S12 S13S14]，导通用1表示，关断用0表示)如闭锁时，IGBT状态是 ，则随后后IGBT状态应为 ；
如闭锁时，IGBT状态是 ，则随后IGBT状态应为 ；如闭锁时，IGBT状态是 ，再考察闭锁前一个控制周期，IGBT的状态，如果是 ，则随后IGBT状态应为 ；如果是 ，则随后IGBT状态应为 ；3)延续一个续流时间(时间长度估算可参考公式(1)，如100μs)后，实时检测变流器电流是否超过某个阈值，一旦检测到电流超过了阈值，则立刻将所有IGBT全部闭锁；其中，该阈值一般定义为变流器过流保护的电流门限值，“电流门限值”主要由应用装置的保护整定值确定，比如开关器件的最大电流值等。
ΔT≈L·i(t)Vo(t)-Vdc---(1)]]>其中，L为续流回路电抗值，i(t)为闭锁时刻变流器电流瞬时值，Vo(t)为闭锁时刻变流器交流电压瞬时值，Vdc为变流器直流侧电压。
4)如果电流没有超过上述阈值，则继续保持前面状态一段时间后，将所有IGBT全部闭锁；该时间长度最小值的估算可参考公式(1)，其中i(t)应为最大的工作电流(或更大)，以保证电流确实截止，数量级约为毫秒级。
如上所述，结合缓冲吸收电路，根据本发明的脉冲封锁的策略步骤，逐步将所有开关器件闭锁，而不产生任何过压。
优点和效果本发明原理简单、有效，不需要对DSTATCOM进行主电路结构上的修改，即能解决三电平变流器主电路结构上的IGBT关断过电压吸收问题，同时避免该结构电路在闭锁时和闭锁后产生的过电压危险。
由这种原理得到的实际DSTATCOM应用装置，经过实际运行测试，没有出现关断、续流、电压重分配、稳态整流四种典型IGBT器件过电压情况，效果显著。
权利要求
1.一种三电平变流器(IGBT)闭锁时消除器件过压的控制方法，所述三电平变流器具有附加的缓冲吸收电路，该方法包括1)实施闭锁一个电流关断时间后，先封锁外侧IGBT(S11、S14、S21、S24)的脉冲，内侧IGBT(S12、S13、S22、S23)脉冲保持不变；2)经过一个死区时间后，根据闭锁时脉冲状态和闭锁前一个脉冲状态，关掉内侧的某一个IGBT；3)延续一个续流时间后，实时检测逆变桥电流是否超过某个阈值，一旦检测到电流超过了阈值，则立刻将所有IGBT全部闭锁；4)如果电流没有超过上述阈值，则继续保持前面状态预定时间后，将所有IGBT全部闭锁。
2.如权利要求1的控制方法，其中步骤2)进一步包括对于单个桥臂[S11 S12 S13 S14]，导通用1表示，关断用0表示，则当闭锁时，IGBT状态是[1100]，则随后IGBT状态应为
；当闭锁时，IGBT状态是
，则随后IGBT状态应为
；当闭锁时，IGBT状态是
，再考察闭锁前一个控制周期，IGBT的状如果是[1100]，则随后IGBT状态应为
；如果是
，则随后IGBT状态应为
。
3.如权利要求1的控制方法，其中步骤3)的续流时间的长度由电路结构决定的续流电流变化速率确定；所述阈值定义为变流器过流保护的电流门限值。
4.如权利要求1的控制方法，其中步骤4)所述的预定时间的长度由装置正常运行的额定电流大小，以及主电路影响的续流电流变化速率共同决定，时间长度为毫秒级。
5.如权利要求1-4的控制方法，所述关断时间为6μs。
6.如权利要求1-4的控制方法，所述死区时间为9μs。
7.如权利要求1-4的控制方法，所述续流时间为100μs。
全文摘要
一种三电平变流器(IGBT)闭锁时消除器件过压的控制方法，所述三电平变流器具有附加的缓冲吸收电路，该方法包括实施闭锁一个电流关断时间后，先封锁外侧IGBT(S11、S14、S21、S24)的脉冲，内侧IGBT(S12、S13、S22、S23)脉冲保持不变；经过一个死区时间后，根据闭锁时脉冲状态和闭锁前一个脉冲状态，关掉内侧的某一个IGBT；延续一个续流时间后，实时检测逆变桥电流是否超过某个阈值，一旦检测到电流超过了阈值，则立刻将所有IGBT全部闭锁；如果电流没有超过上述阈值，则继续保持前面状态预定时间后，将所有IGBT全部闭锁。
文档编号H02M7/537GK1905346SQ20061010929
公开日2007年1月31日 申请日期2006年8月9日 优先权日2006年8月9日
发明者姜齐荣, 张春朋, 李刚, 刘博超 申请人:北京四方清能电气电子有限公司