一种三相电流源型变换器减小开关损耗的控制方法

摘要

本发明公开了一种三相电流源型变换器减小开关损耗的控制方法，其内容包括判断扇区，选择合成矢量，定义矢量对应的开关状态，分配矢量作用时间等步骤。本发明的有益效果是：在不改变硬件电路和降低开关频率的前提下，有效的减小了系统运行过程中的开关次数，从而减小了开关损耗。同时，也使得在开关切换过程中不必设置叠流时间，避免了叠流时间对系统波形质量的影响。

说明书

技术领域

本发明属于一种控制方案，涉及减小电流源型变换器开关损耗的一种三相电流源型变换器减小开关损耗的控制方法。

背景技术

电流源型变换器相对于电压源型变换器有很多优势，包括具有较宽的输出电压范围、直接控制输出电流、内在的短路保护能力及动态响应快等特点。同时，随着超导技术以及宽禁带功率器件的发展，克服了电流源型变换器开关损耗大的问题，具有高功率密度和高可靠性的特点，使得电流源型变换器开始受到工业界和学术界的关注。然而实际运行中，电流源型变换器上开关管的高频动作，会引起额外的开关损耗，降低变换器的效率。因此，如何减小高频动作的开关管的数量对于提高变换器的效率具有重要的研究意义和实际应用价值。传统方法的开关动作次数较多，开关损耗较大，亟需一种在不改变电流源型变换器硬件以及不降低开关频率情况下，有效减小功率管开关切换次数的技术方案。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供一种三相电流源型变换器减小开关损耗的控制方法，该控制策略能有效减小功率管开关切换次数。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种三相电流源型变换器减小开关损耗的控制方法，所述方法内容包括以下步骤：

(1)首先确定系统各项参数，所述参数包括电流源型变换器交流侧相电压幅值V_m，调制度m，相电流幅值I_m，参考电流I_ref的角位移θ；

(2)用6个有源矢量(I₁-I₆)将电流源型变换器空间矢量图分成6个扇区，明确不同空间电流矢量所控制的开关的通断情况；

(3)根据参考电流矢量I_ref的角位移θ判断其所在扇区并选择合成I_ref的空间电流矢量，根据安秒平衡方程求得矢量作用时间：

T₀＝T_s-T_n-T_n+1

其中，θ的取值范围是(-π/6,π/6)，T_n,T_n+1,T₀分别为3个矢量的作用时间，T_s为开关周期，m为调制度；

(4)在不同扇区内，改变6个有源电流矢量对应的开关状态，以第I扇区为例，参考矢量由空间电流矢量I₁，I₂，I₇合成，其中空间电流矢量I₁由控制第一开关管S₁和第六开关管S₆开通变换到控制第一开关管S₁，第四开关管S₄和第六开关管S₆开通；空间电流矢量I₂由控制第一开关管S₁和第二开关管S₂开通变换到控制第一开关管S₁，第二开关管S₂和第四开关管S₄开通；空间电流矢量I₇仍然控制第一开关管S₁和第四开关管S₄开通；6个扇区内的具体控制原则列于表1所示的不同矢量及其对应的改变后的开关状态。

表1：不同矢量及其对应的改变后的开关状态

由于采用上述调制方法，与现有技术相比，本发明的有益效果是:在不改变硬件电路和降低开关频率的前提下，有效的减小了系统运行过程中的开关次数，从而减小了开关损耗。同时，也使得在开关切换过程中不必设置叠流时间，避免了叠流时间对系统波形质量的影响。

附图说明

图1为电流源型变换器的电路原理图；

图2为电流源型变换器空间矢量原理图；

图3为本发明电流源型变换器空间矢量原理图(以第I扇区为例)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细具体的说明。

一种三相电流源型变换器减小开关损耗的控制方法，本发明方法中所述的三项电流源型整流器包括六个开关管、七个二极管、四个电感和四个电容，图1所示为电流源型变换器的电路原理图，第一、第二和第三电感La、Lb、Lc的左端分别与三相交流电源的A相Ua、B相Ub和C相Uc的右端相连，三相交流电源的A相Ua、B相Ub和C相Uc的左端连接至一点；第一电感La的右端与第一电容Ca的上端相连，第二电感Lb的右端与第二电容Cb的上端相连，第三电感Lc的右端与第三电容Cc的上端相连，第一、第二和第三电容Ca、Cb、Cc的下端共同连接至一点；第一开关管S₁的发射极与第一二极管的阳极相连，第一开关管S₁的集电极与第一滤波电感La的右端和第四开关管S₄的发射极相连；第三开关管S₃的发射极与第三二极管D₃的阳极相连，第三开关管S₃的集电极与第二电感Lb的右端和第六开关管S₆的发射极相连；第五开关管S₅的发射极与第三二极管D₃的阳极相连，第五开关管S₅的集电极与第三电感Lc的右端和第二开关管S₂的发射极相连；第四开关管S₄的集电极与第四二极管D₄的阴极相连；第六开关管S₆的集电极与第六二极管D₆的阴极相连；第二开关管S₂的集电极与第二二极管D₂的阴极相连；第一、第三、第五二极管D₁、D₃、D₅的阴极与第四电感L_p的左端和第七二极管D_F的阴极相连，第四电感L_p的右端与第四电容C_dc的上端和负载R_L的上端相连，第四、第六、第二二极管D₄、D₆、D₂的阳极与第七二极管D_F的阳极、第四电容C_dc的下端和负载R_L的下端相连。

实施所述方法包括以下步骤：

(1)首先明确系统各项参数，包括电流源型变换器交流侧线电压幅值V_i，相电压幅值V_m，调制度m，相电流幅值I_m，参考电流I_ref角位移θ；

(2)用6个有源矢量(I₁-I₆)将电流源型变换器空间矢量图分成6个扇区，明确不同的空间电流矢量所控制的开关的通断情况，如图2所示；

(3)根据参考电流矢量I_ref角位移θ判断其所在扇区并选择合成I_ref的空间电流矢量，根据安秒平衡方程求得矢量作用时间：

T₀＝T_s-T_n-T_n+1

其中，θ的取值范围是(-π/6,π/6)，T_n,T_n+1,T₀分别为3个矢量的作用时间，T_s为开关周期，m为调制度；

(4)在不同扇区内，改变6个有源电流矢量对应的开关状态，以第I扇区为例，参考矢量由空间电流矢量I₁，I₂，I₇合成，其中空间电流矢量I₁由控制第一开关管S₁和第六开关管S₆开通变换到控制第一开关管S₁，第四开关管S₄和第六开关管S₆开通；空间电流矢量I₂由控制第一开关管S₁和第二开关管S₂开通变换到控制第一开关管S₁，第二开关管S₂和第四开关管S₄开通；空间电流矢量I₇仍然控制第一开关管S₁和第四开关管S₄开通，如图3所示。这样的开关方式可以使得在矢量切换过程中避免第四开关管S₄高频动作，在不影响电路运行的前提下减小开关损耗。同时，也使得在开关切换过程中不必设置叠流时间，避免了叠流时间对系统波形质量的影响。6个扇区内的具体变换原则由表1所示。

表1不同矢量及其对应的改变后的开关状态