[發明專利]一種降低電流型PWM整流器開關損耗的調制方法

在審

• 申請號: 201710380418.3
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107134935A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 李山;汪鵬;郭強;肖蕙蕙
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M1/32
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司50212
• 代理人: 孫根

技術領域

本發明涉及PWM整流技術領域，尤其涉及一種降低電流型PWM整流器開關損耗的調制方法。

背景技術

現代電網中大量使用到電力電子變換器，其強非線性的特點將大量的諧波和無功功率注入電網，帶來諧波污染、無功損耗等問題，降低電網電能質量。而其中電網諧波污染已成為影響電網電能質量最主要的問題之一，在全民關注環保問題的當下，人們已經認識到凈化電力系統環境的重要性。

整流裝置作為電網與負載設備的接口，其運行性能和工作狀況對電網的電能質量具有關鍵性的作用。現有的整流裝置中大量采用了二極管不可控整流電路及晶閘管相控整流電路，使得網側電流波形嚴重畸變，諧波含量高，造成了嚴重的電網“污染”問題；控制整流裝置的電流諧波含量，提高功率因數，對解決電網“污染”問題至關重要。

PWM整流器采用全控型開關器件，并與脈寬調制技術(PWM)相結合，具有輸入電流諧波含量小、輸出穩定、功率因數可調、能量雙向流動等優點，是主要的功率因數校正電路之一，真正成為一種“綠色電能變換”的整流裝置。根據PWM整流器拓撲結構及直流側電源特性的不同，可分為電壓型PWM整流器(voltage source rectifier，VSR)和電流型PWM整流器(current source rectifier，CSR)。其中，電壓型PWM整流器由于調制方便，電容器儲能速率與效率較高，長期以來一直是PWM整流器的應用首選。

相比于電壓型PWM整流器，電流型PWM整流器具有電流直接控制、短路保護、降壓等優點，使其在電池組充電、電機驅動、超導儲能、感應加熱等領域應用更有優勢。但長期以來，由于電流型PWM整流器調制策略相對復雜，不能完全沿用傳統二值邏輯；同時存在開關器件較多，直流側電感較大，損耗較大，效率偏低等問題，限制了電流型PWM整流器的發展。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在于解決現有電流型PWM整流器調制策略復雜，損耗較大，效率較低的問題，提供一種降低電流型PWM整流器開關損耗的調制方法，能夠有效縮短器件之間的換流時間，降低開關損耗。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是這樣的：一種降低電流型PWM整流器開關損耗的調制方法，其特征在于：所述電流型PWM整流器包括由電感L和電容C構成的網側濾波結構、主要由全控開關管S₁、S₂、S₃、S₄、S₅和S₆構成的三相橋臂以及由二極管D和兩個分立電感L_dc構成的輸出側電路結構；其中，S₁和S₂組成第一橋臂，S₃和S₄組成第二橋臂，S₅和S₆組成第三橋臂，二極管D與輸出側負載并聯，兩分立電感L_dc/2與輸出側負載串聯；

具體調制方法包括如下步驟：

1)在三相電網平衡的情況下，通過clarke變換，將三相電流轉換到α-β坐標系下兩相電流，電流的空間矢量為:

式中：i_sa、i_sb、i_sc為變換器側電流；

其中，三相CSR電流的空間矢量共存在9種狀態，包括：6種有效矢量狀態(I₁～I₆)和3種零矢量狀態(I₇，I₈，I₉)；且任意導通狀態，流過功率開關管的電流幅值均為i_dc，從而得到三相CSR電流的空間矢量：

2)將三相電網電壓按30°/扇區進行劃分，將一個工作周期按逆時針方向劃分為12個扇區；且各扇區內，電網相電壓有確定的大小關系；

3)根據電流矢量所在的扇區，通過安秒平衡法計算相應有效矢量狀態的作用時間；其中，零矢量狀態可通過輸出側二極管續流；

4)在各扇區內，依據平均開關電壓最小原則，確定對應電流矢量的作用順序；

5)以三角波作為載波信號，將電流矢量切換時刻的瞬時值與三角載波的瞬時值進行比較，得到各全控開關管的控制脈沖信號；

6)將步驟5)得到的控制脈沖信號進行狀態信號分配，從而對各全控開關管進行開關控制。