[发明专利]一种三电平逆变器死区补偿控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三电平逆变器死区补偿控制方法，用于补偿由于死区导致的系统性能的下降，特别适用于高压大功率交流电机变频调速领域。

背景技术

三电平拓扑结构具有输出容量大、输出电压高、电流谐波含量小等优点，使得三电平结构在高压大功率交流电机变频调速领域得到了广泛的应用。为防止逆变器桥臂直通，必须在同一桥臂互补的触发信号中加入死区，以保证同桥臂上开关管可靠关断后，与之互补的开关管才能导通。但由于死区时间的引入，导致系统控制性能变差，输出电压与电流发生畸变，特别是低速时可能会导致电动机发生机械谐振，为了克服上述缺点，需要对死区进行补偿。现有的死区补偿方法通常有对两电平的死区时间、开关器件的开通与关断时间和管压降进行补偿，或对三电平的死区时间、开关器件的开通与关断时间和管压降中的某种或某两种造成的死区效应进行补偿。其中(Jong-Woo Choi，Seung-Ki Sul.Inverter Output Voltage Synthesis Using Novel Dead Time Compensation.IEEE Transactions on Power Electronics，1996，11(2)：221-227.)给出了一种应用在两电平逆变器装置中较好的死区补偿的方法，该方法考虑了死区时间、IGBT开通和关断时间、IGBT及续流二极管的管压降等因素，但是该方法应用于三电平逆变器中，由于三电平逆变器与两电平工作原理存在明显的差异，因而这种方法仅适用于两电平逆变器的死区补偿，而(魏学森，严长辉，马小亮，等.基于FPGA的三电平逆变器死区补偿方法研究.电力电子技术，2005，39(5)：24-17.)给出了一种基于FPGA的三电平逆变器死区补偿方法，但由于没有考虑IGBT管压降及开关时间对死区补偿的影响，因此采用这种方法进行补偿后，仍会存在由开关延迟造成的死区效应及管压降造成的输出电压损失。另外，(金舜，钟彦儒.一种新颖的同时考虑中点电位平衡和窄脉冲消除及死区补偿的三电平空间电压矢量脉宽调制方法.中国电机工程学报，2005，25(6)：60-66.)基于空间矢量调制，提出一种三电平死区补偿策略，但没有考虑到开关器件的导通压降，从而导致了输出电压的电压损失不能得到补偿。而(宋文祥，张旭.基于电流矢量的三电平逆变器死区和管压降补偿策略.电工电能新技术，2012，31(2)：47-51.)所给出的三电平死区补偿策略没有考虑功率器件的开关延时，因此补偿后仍会存在由开关延迟导致的死区效应。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服了现有逆变器死区补偿方法中没有考虑功率器件开通关断延时以及管压降的缺陷，提出了一种新颖、简单的三电平逆变器死区补偿控制方法，提高了系统性能。

本发明的技术解决方案为：一种三电平逆变器死区补偿控制方法，具体步骤为：

①根据三相三电平PWM逆变器的拓扑结构，考虑开关器件完全关断所需的延迟时间，设置相应的死区时间T_d；

②根据三相三电平PWM逆变器的功率器件，确定其开通延时T_on和关断延时T_off；

③考虑三相三电平PWM逆变器的功率管管压降和箝位二极管的管压降，计算三相三电平PWM逆变器的输出对中点的电压通用表达式；

④考虑功率管管压降和箝位二极管的管压降随电流变大而增加的特点，将导通时的功率器件和箝位二极管等效为斜率电阻，计算三相三电平PWM逆变器运行在工作区时的功率器件和箝位二极管的管压降，之后更新步骤③得到的三相三电平PWM逆变器的输出对中点的电压通用表达式；

⑤根据三相电流值和参考电压矢量角所在的扇区，确定由功率管管压降和箝位二极管的管压降及功率管开通关断延时造成的电压误差与电流之间的关系系数k；

⑥根据步骤①设置的死区时间T_d、步骤②确定的功率器件的开通延时T_on和关断延时T_off以及步骤⑤得到的关系系数k，计算三相三电平PWM逆变器各相总的死区补偿时间T_{com_a}、T_{com_b}、T_{com_c}，通过系统反馈控制实现对死区的补偿。

所述步骤⑤中的由功率管管压降和箝位二极管的管压降及功率管开通关断延时造成的电压误差与电流之间的关系系数k的确定方法为：

(i)当参考电压矢量角处在0°～60°时，