[发明专利]一种中性点箝位H桥五电平高压变频器及其调制方法

说明书

技术领域

本发明属于高压变频器的技术领域，具体地，涉及一种中性点箝位/H桥(NPC/H)五电平高压变频器及其调制方法。

背景技术

多电平变频器越来越广泛地应用于轧钢、煤炭、铁路、船舶、水利等高压大功率传动领域，其电压变化率dv/dt小，输出电压电流谐波含量低，功率开关器件的耐压等级低。现有的中高压大功率变频器多采用三电平NPC拓扑结构，其输出相电压为三个电平级数。此外也有H桥级联型拓扑结构，通过级联可以得到不同的输出电压电平级数。

空间电压矢量调制法(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)是多电平逆变器的一种脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)控制方法，多电平SVPWM的实现也有不同的方法。通常采用七段式SVPWM，但是该方法的缺点是：算法复杂，计算量大，需要特别考虑开关器件的散热问题。而且，在器件开关频率相同的情况下，该算法的逆变器等效开关频率低，输出电压谐波含量高，器件开关损耗高。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种中性点箝位/H桥(NPC/H)五电平高压变频器及其调制方法，其在器件开关频率相同的情况下，逆变器等效开关频率低，输出电压谐波含量高，器件开关损耗高；而且可以拓展至任意电平级数的逆变器。

为实现上述目的，本发明提供了一种中性点箝位/H桥五电平高压变频器，其包括预充电电路、18路脉冲变压器、整流桥、3个五电平NPC/H-桥单元、12块脉冲驱动板和控制板；其中，所述预充电电路经所述18路脉冲变压器和所述整流桥分别与所述3个五电平NPC/H-桥单元连接，所述控制板通过所述12块脉冲驱动板与所述3个五电平NPC/H-桥单元连接。

根据上述的中性点箝位/H桥五电平高压变频器，其中，所述五电平NPC/H-桥单元包括直流侧电源和逆变电路，其中，所述直流侧电源由输入侧移相变压器、整流器和直流侧电容构成，所述逆变电路由两个NPC桥臂构成H桥，每个NPC桥臂由四个IGBT和两个二级管构成。

根据上述的中性点箝位/H桥五电平高压变频器，其中，所述控制器包括FPGA和DSP。

进一步地，根据上述的中性点箝位/H桥五电平高压变频器，其中，所述DSP用于算法运算，所述FPGA用于产生脉冲触发所述五电平NPC/H-桥单元中的IGBT。

根据上述的中性点箝位/H桥五电平高压变频器，其中，每个脉冲驱动板用于触发所述五电平NPC/H-桥单元中的两个IGBT。

另外，本发明还提供了一种基于上述的中性点箝位/H桥五电平高压变频器的三段式空间矢量脉宽调制方法，其包括以下步骤：

步骤一、选择下一首发状态：

对于任意的开关状态[S_a，S_b，S_c]，定义其开关状态值S为：

S=Σi=a,b,cSi]]>

此外，定义两个参数来描述开关顺序的变化，开关状态变化总量ΔS和单相开关状态变化值δS：

ΔS=Σi=a,b,c|Si1′-Si3′|]]>