[发明专利]级联型高压变频器单元母线电压自均衡方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种级联型高压变频器单元母线电压自均衡方法及其装置。

背景技术

图1示出了一种目前常见的五级联高压变频器系统的拓扑结构。该高压变频器系统由移相变压器91、功率单元组92、主控模块93、光纤通信模块94、信号采集模块95、I/O接口96、通信模块97和人机界面98等八大部分组成。

级联型高压变频器主要采用移相调制的方法，具体又可分为SPWM载波移相调制（Carrier Phase Shifting SPWM，CPS-SPWM）、SAPWM载波移相调制（Carrier Phase Shifting SAPWM，CPS-SAPWM）或SVPWM载波移相调制（Carrier Phase Shifting SVPWM，CPS-SVPWM）方法。以CPS-SPWM调制方法为例，其基本原理是，对于由n个H桥单元组成的级联多电平逆变器，每个H桥单元都采用低开关频率的SPWM调制方法，各H桥单元的正弦调制波相同，用n组三角载波分别进行调制，各三角载波具有相同的频率和幅值，但相位依次相差固定的角度，从而使每个H桥单元输出的SPWM脉冲也错开一定的角度，大大增加了等效开关频率，经过叠加后，级联多电平逆变器最终输出的波形是一个多电平的阶梯波，通过选择合适的移相角度可以使输出电压的谐波含量大幅度减少。

级联型高压变频器的主控模块的原理框图如图2所示。该主控模块通过接口单元901接收用户命令，并上传自身状态信息；PWM信号产生单元902根据电机控制及保护单元903传送的由工作参数检测单元904检测到的电流、电压和转速信息，实时计算对应U、V、W三相的PWM脉宽；然后，移相单元905以每一相PWM为标准进行移相，如果是5级联系统，则分出5路PWM，其移相角按固定顺序从小到大，比如在分出PWM1~PWM5之后，PWM1~PWM5的移相角分别为0、л/5rad、2л/5rad、3л/5rad和4л/5rad。移相单元的输出波形如图3所示，其中，PWM1使用标准三角载波，PWM2的三角载波是将标准三角载波滞后л/5rad，PWM3的三角载波是将标准三角载波滞后2л/5rad，PWM4的三角载波是将标准三角载波滞后3л/5rad，PWM5的三角载波是将标准三角载波滞后4л/5rad。移相单元905输出的PWM1~PWM5分别驱动功率单元PUA1~PUA5。现有的移相方式固定了每个功率单元的移相角度，即各单元滞后标准三角载波的角度均按其编号固定下来，而不会发生变化。通常，主控模块通过数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）芯片实现，DSP根据标准三角载波产生标准PWM，FPGA通过按照固定顺序对标准三角载波进行移相，从而产生5路PWM（即PWM1~PWM5），其移相相角分别固定为：0、л/5rad、2л/5rad、3л/5rad、4л/5rad，且这5路PWM信号分别输送给固定的功率单元。

传统方法可以很好地降低输出电压谐波，但是却不能有效控制每个单元母线的电压，当变频器减速或遇到特殊工况和电机时，可能造成某些单元母线电压比其他单元母线电压高，甚至导致变频器故障保护和损坏母线上的电容。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种能够实现功率单元母线电压均衡的方法及其装置。

本发明所采用的技术方案是：一种级联型高压变频器单元母线电压自均衡方法，该级联型高压变频器的每相有n个功率单元串联，其中，n为大于等于3的整数；其特点在于，该级联型高压变频器单元母线电压自均衡方法包括以下步骤：

根据标准载波生成U相标准PWM信号、V相标准PWM信号和W相标准PWM信号；

对标准载波进行移相，产生每一相的n路PWM信号，该n路PWM信号的移相角角度值从小到大依次分别为Φ1、Φ2……Φn；

对每相的n路PWM信号的移相角进行调整后，分别输出给每相的n个功率单元。

本发明还公开了一种用于实现上述的级联型高压变频器单元母线电压自均衡方法的装置，包括：

PWM信号产生单元，用于根据标准载波生成U相标准PWM信号、V相标准PWM信号和W相标准PWM信号：

移相单元，用于对标准载波进行移相，产生每一相的n路PWM信号，该n路PWM信号的移相角角度值从小到大依次分别为Φ1、Φ2……Φn；

PWM移相角调整单元，用于对每相的n路PWM信号的移相角进行调整后，分别输出给每相的n个功率单元。

本发明的有益效果是：