[發(fā)明專利]周期性均衡輪換工作的全控H橋變換器主動(dòng)溫度控制策略

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010001430.0
• 申請(qǐng)日: 2020-01-02
• 公開（公告）號(hào): CN111049414B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程紅;王聰;田長庚;鄧嘉卿;趙志浩;盧其威;鄒甲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）
• 主分類號(hào): H02M7/797
• 分類號(hào): H02M7/797;H02M1/32;H02J3/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種全控H橋變換器基于周期性均衡輪換工作機(jī)理的主動(dòng)溫度控制策略。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：1、以全控H橋變換器交流側(cè)端口電壓參考波的兩個(gè)基頻周期為一個(gè)輪換周期，根據(jù)輸入電流與交流側(cè)端口電壓參考波的極性特征，將每個(gè)輪換周期分為八個(gè)工作區(qū)域；2、根據(jù)每個(gè)工作區(qū)域內(nèi)不同的工作機(jī)理，提供兩種相應(yīng)的開關(guān)方式輪換順序，使得全控H橋變換器內(nèi)所有全控型開關(guān)器件和反并聯(lián)二極管周期性的均衡輪換使用，實(shí)現(xiàn)各種工況下全控H橋變換器內(nèi)所有功率開關(guān)器件溫度的均衡降低；3、通過設(shè)置三級(jí)開關(guān)選擇器，使得全控H橋變換器內(nèi)所有全控型開關(guān)器件在各個(gè)工作區(qū)域內(nèi)準(zhǔn)確接收相應(yīng)的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，保證所有功率開關(guān)器件順利完成均衡輪換工作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于大功率級(jí)聯(lián)H橋多電平電力電子變換器可靠性研究領(lǐng)域，特別涉及一種全控H橋變換模塊基于周期性均衡輪換工作機(jī)理的主動(dòng)溫度控制策略。

背景技術(shù)

近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)現(xiàn)代化的不斷進(jìn)步，“多電平功率變換器”(Multilevel Converter)在工業(yè)應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。多電平變換器的基本電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大致可分為鉗位型和單元級(jí)聯(lián)型兩大類，其中級(jí)聯(lián)H橋多電平變換器由于其所具有的易于模塊化設(shè)計(jì)，易于冗余操作，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，諧波污染小，輸入輸出功率范圍寬等一系列優(yōu)點(diǎn)，在中高電壓大功率變頻調(diào)速、電力電子變壓器設(shè)計(jì)、高壓直流(HVDC)輸電和電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償及有源電力濾波等領(lǐng)域成為最受歡迎的拓?fù)洌⒌玫皆絹碓綇V泛的成功應(yīng)用。

級(jí)聯(lián)H橋多電平變換器在實(shí)際應(yīng)用中的主要問題是可靠性問題，級(jí)聯(lián)H橋多電平變換器屬于復(fù)雜電力電子系統(tǒng)，其所使用的大量的功率開關(guān)器件極大的增高了其故障概率。許多研究文獻(xiàn)指出，電力電子系統(tǒng)中最經(jīng)常出現(xiàn)的故障是功率開關(guān)器件的故障，而功率開關(guān)器件的故障又與器件的結(jié)溫，更確切的說與器件的熱應(yīng)力和熱循環(huán)密切相關(guān)。因此，降低功率開關(guān)器件的熱應(yīng)力將會(huì)有效延長器件的使用壽命，從而提高整個(gè)電力電子系統(tǒng)的可靠性。

近年來，有大量的研究探討了對(duì)電力電子系統(tǒng)中功率開關(guān)器件的熱應(yīng)力控制方法。這些方法大致上可以分為兩類。一種是通過對(duì)器件外部硬件的改進(jìn)降低器件的熱應(yīng)力；另外一種方法稱為主動(dòng)溫度控制策略，這種方法通常被認(rèn)為是一種更有效，性價(jià)比更高的解決方案。主動(dòng)溫度控制策略通常是通過改變功率開關(guān)器件自身的運(yùn)行參數(shù)實(shí)現(xiàn)降溫，例如，某些文獻(xiàn)提出通過降低開關(guān)頻率減小功率開關(guān)器件的開關(guān)損耗，達(dá)到降低器件溫度的目的，但是這種方法會(huì)明顯增加電流的諧波，而這在某些應(yīng)用中是不可接受的。某些文獻(xiàn)提出采用不連續(xù)的脈寬調(diào)制方法，減小功率開關(guān)器件的開關(guān)損耗，達(dá)到降低器件溫度的目的，但這種方法同樣會(huì)明顯增加電流的諧波。某些文獻(xiàn)提出當(dāng)H橋變換器用于MMC變換模塊，且僅考慮交流側(cè)端口電壓產(chǎn)生正電平和零時(shí)，通過在兩種工作模式之間切換，達(dá)到對(duì)功率開關(guān)器件的功率損耗進(jìn)行重新分配的目的，但這種方法并不能減少總的損耗，也不能使所有功率開關(guān)器件的功率損耗得到平均的降低，從而使所有功率開關(guān)器件的溫度得到平均的降低。此種方法中，當(dāng)某一開關(guān)器件溫度降低的同時(shí)會(huì)使另一功率開關(guān)器件溫度上升。另外當(dāng)要求H橋變換器交流側(cè)端口電壓產(chǎn)生負(fù)值時(shí)，此方法也無法使用。到目前為止還沒有提出任何一種使全控H橋電路在各種工況下使所有功率開關(guān)器件的溫度得到均衡的降低，并且不影響電路所有性能的滿意的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種全控H橋變換器基于周期性均衡輪換工作機(jī)理的主動(dòng)溫度控制策略。該控制策略通過對(duì)全控H橋變換器中所有功率開關(guān)器件(全控型開關(guān)管和反并聯(lián)二極管)周期性的均衡輪換使用，使得全控H橋變換器在各種工況下均可使所有功率開關(guān)器件的溫度得到均衡的降低。