一种有源钳位双三电平变频器及其损耗平衡调制算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种中高压变频器及调制算法，具体涉及一种有源钳位双三电平变频 器及其损耗平衡调制算法。
【背景技术】
[0002] 能源短缺和环境污染是人类当前面临的共同的世界性难题。我国能源相对贫乏且 能源利用率低，经济增长呈现粗放型，对能源的有效利用在我国已非常迫切。在"十一五"规 划中，我国提出了以建立资源节约型、环境友好型社会，发展循环型经济、实现可持续发展 的构想。NPC三电平变频器在工业、航海业、矿业和牵引应用中压方面得到广泛的应用，但有 个本质上的至今未能克服的缺点就是传统NPC三电平逆变器在运行过程中功率器件的损 耗不平衡，这在很大程度上限制了变频器的容量和功率器件开关频率提升。针对NPC三电 平变频器这一缺点，德国柏林科技大学T. Bruckner教授提出了有源钳位三电平变频器的 拓扑结构，以解决损耗分布不平衡和缓解NPC所产生的缺点。
[0003] 空间矢量调制算法是多电平变频器的一种脉宽调制算法，和传统载波脉宽调制算 法相比，有着较高的电压利用率和较低的谐波畸变率，更加适用于矢量控制等高性能电机 控制策略。目前，有源钳位三电平变频器多采用载波脉宽调制算法，存在电压利用率低，谐 波畸变率大的缺点。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是要提供一种有源钳位双三电平变频器及其损耗平衡调制算法，解 决在变频器运行过程中，功率器件损耗不平衡的技术问题，提高电压利用率和降低电压电 流的谐波畸变率。
[0005] 本发明的目的是这样实现的：该变频器包括预充电电路、有源钳位三电平整流电 路、电容滤波电路、有源钳位三电平逆变电路、36路脉冲驱动电路和控制器；其中有源钳位 三电平整流电路、电容滤波电路和有源钳位三电平逆变电路采用叠层母排连接，预充电电 路在有源钳位三电平整流电路前端，控制器包括数字信号处理器DSP和现场可编程门阵列 FPGA，其中数字信号处理器DSP和现场可编程门阵列FPGA通过总线通信，产生36路控制脉 冲信号，通过光纤与驱动电路连接，36路脉冲驱动电路与有源钳位三电平整流电路和有源 钳位三电平逆变电路连接；有源钳位三电平整流电路和有源钳位三电平逆变电路每相桥臂 由六个IGBT构成；
[0006] 该变频器的损耗平衡调制算法，包括以下步骤：
[0007]第一步，根据功率因数的不同，确定选取的主次零状态；
[0008] 第二步，首先定义调制度
【主权项】
1. 一种有源钳位双三电平变频器，其特征是：该变频器包括预充电电路、有源钳位三 电平整流电路、电容滤波电路、有源钳位三电平逆变电路、36路脉冲驱动电路和控制器；其 中有源钳位三电平整流电路、电容滤波电路和有源钳位三电平逆变电路采用叠层母排连 接，预充电电路在有源钳位三电平整流电路前端，控制器包括数字信号处理器DSP和现场 可编程门阵列FPGA，其中数字信号处理器DSP和现场可编程门阵列FPGA通过总线通信，产 生36路控制脉冲信号，通过光纤与驱动电路连接，36路脉冲驱动电路与有源钳位三电平整 流电路和有源钳位三电平逆变电路连接；有源钳位三电平整流电路和有源钳位三电平逆变 电路每相桥臂由六个IGBT构成。
2. 权利要求1所述的一种有源钳位双三电平变频器的损耗平衡调制算法，其特征是， 包括以下步骤： 第一步，根据功率因数的不同，确定选取的主次零状态； 第二步，首先定义调制度^ = ，式中为参考电压矢量，Vd。为直流电压；然后 ^dc 根据调制度m的不同，计算决定主次零状态作用时间的调整因子k = 0. 5+0. 5*m ;式中：k为 调整因子，m为调制度； 第三步，每个载波周期内零状态的作用时间记为h，根据调整因子k的不同，主要零状 态的作用时间为I^tci，次要零状态的作用时间为（1-k)*、； 第四步，当功率因数等于1时，在一个载波周期内，选取矢量仅存在一次切 换，定义6种输出电压状态序号分别为1-6 ;当零状态和P状态切换时，采用矢量 顺序为：[4 - 3 - 1 - 1 - 3 - 4]，当N状态和零状态切换时，米用矢量顺序为： [6- 2 - 5 - 5 - 2 - 6]; 第五步，根据矢量的作用顺序和作用时间，产生门极驱动信号，对变频器功率器件进行 切换。
【专利摘要】一种有源钳位双三电平变频器及其损耗平衡调制算法，属于中高压变频器及调制算法。该变频器包括预充电电路、有源钳位三电平整流电路、电容滤波电路、有源钳位三电平逆变电路、36路脉冲驱动电路和控制板；其中有源钳位三电平整流电路、电容滤波电路和有源钳位三电平逆变电路采用叠层母排连接，预充电电路在有源钳位三电平整流电路前端，控制器通过36路脉冲驱动电路与有源钳位三电平整流电路和有源钳位三电平逆变电路连接。本发明通过有源钳位三电平变频器冗余零状态的优化选取，采用改进七段式空间矢量调制，降低每相桥臂内部两个功率器件的损耗，从而提高变频器的电压利用率和带载能力，降低电压电流的谐波畸变率，提供了一种实用的中高压变频器。
【IPC分类】H02M7-487
【公开号】CN104660081
【申请号】CN201510039365
【发明人】戴鹏, 石祥龙, 杨超, 岳悦, 王姝洁, 公铮, 宋沅鸿, 彭坤, 钱健, 朱信威
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月26日