[发明专利]一种分步式双级矩阵变换器停机保护控制方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种分步式双级矩阵变换器停机保护控制方法，具体是当双级式矩阵变换器的主功率电路发生过压、过流故障后的一种停机保护控制方法，涉及电力电子技术领域。

背景技术

双级式矩阵变换器(Two-Stage Matrix Converter，TSMC)是继传统矩阵变换器后，获得国内外学者广泛关注和研究的一种新型变换器，具有结构紧凑、开关损耗低、功率密度高等显著优点。

在实验调试和实际应用中，电路过压和过流是威胁变换器安全的重要因素之一。在传统逆变器中，当控制器检测到电路过压和过流情况时，一般采用立即停机的保护策略，即直接关断所有开关器件，使电流通过二极管等器件续流，可保护主功率器件不受损害；而在双级式矩阵变换器中，由于没有自然的续流通路，直接关断所有开关管存在电流无法续流而感生出电压尖峰的危险，因此通常在主功率电路中增加箝位保护电路，当主功率电路发生过压和过流故障时，仍然可以直接关断所有开关器件，电路电流则从箝位保护电路进行续流。

不论何种形式的箝位保护电路，都降低了TSMC主功率电路原有的简洁性，增加了硬件成本，不利于TSMC的推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种分步式双级矩阵变换器停机保护控制方法，该方法考虑到设置电压、电流保护门限时，留有一定的安全裕量，即发生过压、过流故障时，开关器件并未损坏。若通过一定的方式，在发生故障时为逆变级负载电流构造续流回路，待电流降为零后，再关断全部开关器件，在实现安全停机保护的前提下，又免除了箝位吸收电路。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种分步式双级矩阵变换器停机保护控制方法，控制器在接收到过压、过流故障信号时，对当前时刻变换器的开关状态进行如下判断：

若逆变级处于开通状态的上管数量少于或等于处于开通状态的下管数量，则采用关断逆变级桥臂上管、开通逆变级桥臂下管的续流方式实现停机保护；

若逆变级处于开通状态的上管数量多于处于开通状态的下管数量，则采用关断逆变级桥臂下管、开通逆变级桥臂上管的续流方式实现停机保护。

进一步的，所述关断逆变级桥臂上管、开通逆变级桥臂下管的续流方式，其具体过程如下：

步骤一：在t₀时刻关断处于开通状态的逆变级桥臂上管，保持整流级开关状态不变，并在Δt₁时间内维持该状态，直至t₁时刻；

其中，t₀为控制器接收到过压、过流故障信号的时刻，t₁为开通处于关断状态的逆变级桥臂下管的时刻，Δt₁=t₁-t₀，且Δt₁大于开关管的关断延迟时间；

步骤二：在t₁时刻开通处于关断状态的逆变级桥臂下管，保持整流级开关状态不变，并在Δt₂时间内维持该状态，直至t₂时刻；

其中，t₂为关断整流级的所有开关管的时刻，Δt₂=t₂-t₁，且Δt₂大于开关管的开通延迟时间；

步骤三：在t₂时刻关断整流级的所有开关管，维持该状态至逆变级电流衰减为零的t₃时刻；

步骤四：在t₃时刻关断逆变级所有桥臂的下管。

进一步的，所述关断逆变级桥臂下管、开通逆变级桥臂上管的续流方式，其具体过程如下：

步骤A：在t₀时刻关断处于开通状态的逆变级桥臂下管，保持整流级开关状态不变，并在Δt₁时间内维持该状态，直至t₁时刻；

其中，t₀为控制器接收到过压、过流故障信号的时刻，t₁为开通处于关断状态的逆变级桥臂下管的时刻，Δt₁=t₁-t₀，且Δt₁大于开关管的关断延迟时间；

步骤B：在t₁时刻开通处于关断状态的逆变级桥臂上管，保持整流级开关状态不变，并在Δt₂时间内维持该状态，直至t₂时刻；