[發明專利]一種三電平ANPC拓撲的開關優化方法

在審

• 申請號: 202111188419.0
• 申請日: 2021-10-12
• 公開（公告）號: CN114567194A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 張卡飛;賴全怡;戴勇;崔杰;蔡宗霖;陳安;黃粵珊;柳康煒
• 申請（專利權）人: 浙江運達風電股份有限公司
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明開了一種三電平ANPC拓撲的開關優化方法。本發明通過在零電平狀態中始終保持Q5Q6開通的方法使得三電平ANPC拓撲下的開關動作次數降低，也降低了開關損耗，同時增加一條有功電流零電平狀態下的并聯續流路徑，使得零電平狀態下的續流管在有功輸出階段承受一半的負載電流，使得本方案能夠解決短換流路徑中開關頻率高的問題，同時避免了長換流路徑中因增加電路雜散電感從而導致開關管尖峰電壓過大的問題。

技術領域

本發明涉及三電平ANPC拓撲開關調制方法領域，尤其涉及一種三電平ANPC拓撲的開關優化方法。

背景技術

現有三電平ANPC結構是基于INPC拓撲演變而來的一種改進型拓撲結構，相較于傳統INPC型三電平拓撲電路，三電平ANPC型拓撲電路引入了Q5/Q6兩個功率管，從而優化了中性點續流回路三電平ANPC拓撲結構中的電平狀態主要有正電平、負電平和零電平三種，其中零電平續流在現有技術中主要有短換流路徑和長換流路徑兩種續流方式；短換流路徑方式為外管高頻內管基頻的調制方式，長換流路徑方式為內管高頻外管基頻的調制方式。而現有技術中采用短換流路徑時會使得在進行電平切換時增加開關管的總開關動作次數，使得開關管損耗大，而采用長換流路徑時，會使得等效雜散電感大幅增加從而導致調節開關管時關斷尖峰過大。

例如，一種在中國專利文獻上公開的“一種三電平拓撲ANPC四象限運行調制方法”，其公告號CN112688584A，方法是采用高頻調制信號驅動功率器件的PWM驅動信號；零電平續流開始時，先使用1條短續流路徑強迫換流，后再額外開通1條續流路徑，均衡損耗；零電平續流結束時，先關斷額外開通的續流路徑，迫使電流重新從短續流路徑續流；輸出正/負電平時，適時開通箝位管，對兩串聯承壓開關管進行可靠的雙向箝位；此專利中在進行零電平續流時依舊采用到了短續流路徑的方式，依然存在一定的開關損耗。

發明內容

本發明要針對現有技術中對零電平續流開關方法的優化，能夠解決短換流路徑中開關頻率高的問題，同時避免了長換流路徑中因增加電路雜散電感從而導致開關管尖峰電壓過大的問題；提供一種三電平ANPC拓撲的開關優化方法。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

本發明包括以下步驟：

1)調制波為正時：調制過程的載波周期自正零電平狀態向正電平狀態過渡，再由正電平狀態過渡回到正零電平狀態；

正零電平狀態與正電平狀態過渡過程中包含中間狀態，設所述中間狀態為正零電平過渡狀態；

分別設置正電平狀態、正零電平狀態以及正零電平過渡狀態下各開關的導通情況；每個狀態下導通的開關相互連接，形成該狀態下的續流通路；

2)調制波為負時：調制過程的載波周期自負零電平狀態向負電平狀態過渡，再由負電平狀態過渡回到負零電平狀態；

零負電平狀態與負電平狀態過渡過程中包含中間狀態，設所述中間狀態為負零電平過渡狀態；

分別設置負電平狀態、負零電平狀態和負零電平過渡狀態下各開關的導通情況；每個狀態下導通的開關相互連接，形成該狀態下的續流通路；

3)調制波由正轉負時，載波周期自正零電平狀態向負零電平狀態過渡；調制波由負轉正時，載波周期由負零電平狀態向正零電平狀態過渡；正零電平狀態與負零電平狀態過渡過程中包含中間狀態，設所述中間狀態為零電平過渡狀態。

作為優選，三電平ANPC拓撲一相的開關包含六組功率元件，六組功率元件分別包括開關管Q1和二極管D1、開關管Q2和二極管D2、開關管Q3和二極管D3、開關管Q4和二極管D4、開關管Q5和二極管D5、開關管Q6和二極管D6；本技術方案中應用到的功率元件為ANPC拓撲開關中用到的常用元件，而本技術方案主要通過設計開關調節時機與調節方法來達到本技術方案的目標效果。

作為優選，所述的調制波為正時，載波周期在正電平狀態與正零電平狀態之間變化，包含以下步驟：

1-1)正零電平狀態：正調制波下，導通開關管Q2、Q5和Q6到達正零電平狀態；