[发明专利]一种降低电流型PWM整流器开关损耗的调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及PWM整流技术领域，尤其涉及一种降低电流型PWM整流器开关损耗的调制方法。

背景技术

现代电网中大量使用到电力电子变换器，其强非线性的特点将大量的谐波和无功功率注入电网，带来谐波污染、无功损耗等问题，降低电网电能质量。而其中电网谐波污染已成为影响电网电能质量最主要的问题之一，在全民关注环保问题的当下，人们已经认识到净化电力系统环境的重要性。

整流装置作为电网与负载设备的接口，其运行性能和工作状况对电网的电能质量具有关键性的作用。现有的整流装置中大量采用了二极管不可控整流电路及晶闸管相控整流电路，使得网侧电流波形严重畸变，谐波含量高，造成了严重的电网“污染”问题；控制整流装置的电流谐波含量，提高功率因数，对解决电网“污染”问题至关重要。

PWM整流器采用全控型开关器件，并与脉宽调制技术(PWM)相结合，具有输入电流谐波含量小、输出稳定、功率因数可调、能量双向流动等优点，是主要的功率因数校正电路之一，真正成为一种“绿色电能变换”的整流装置。根据PWM整流器拓扑结构及直流侧电源特性的不同，可分为电压型PWM整流器(voltage source rectifier，VSR)和电流型PWM整流器(current source rectifier，CSR)。其中，电压型PWM整流器由于调制方便，电容器储能速率与效率较高，长期以来一直是PWM整流器的应用首选。

相比于电压型PWM整流器，电流型PWM整流器具有电流直接控制、短路保护、降压等优点，使其在电池组充电、电机驱动、超导储能、感应加热等领域应用更有优势。但长期以来，由于电流型PWM整流器调制策略相对复杂，不能完全沿用传统二值逻辑；同时存在开关器件较多，直流侧电感较大，损耗较大，效率偏低等问题，限制了电流型PWM整流器的发展。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有电流型PWM整流器调制策略复杂，损耗较大，效率较低的问题，提供一种降低电流型PWM整流器开关损耗的调制方法，能够有效缩短器件之间的换流时间，降低开关损耗。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种降低电流型PWM整流器开关损耗的调制方法，其特征在于：所述电流型PWM整流器包括由电感L和电容C构成的网侧滤波结构、主要由全控开关管S₁、S₂、S₃、S₄、S₅和S₆构成的三相桥臂以及由二极管D和两个分立电感L_dc构成的输出侧电路结构；其中，S₁和S₂组成第一桥臂，S₃和S₄组成第二桥臂，S₅和S₆组成第三桥臂，二极管D与输出侧负载并联，两分立电感L_dc/2与输出侧负载串联；

具体调制方法包括如下步骤：

1)在三相电网平衡的情况下，通过clarke变换，将三相电流转换到α-β坐标系下两相电流，电流的空间矢量为:

式中：i_sa、i_sb、i_sc为变换器侧电流；

其中，三相CSR电流的空间矢量共存在9种状态，包括：6种有效矢量状态(I₁～I₆)和3种零矢量状态(I₇，I₈，I₉)；且任意导通状态，流过功率开关管的电流幅值均为i_dc，从而得到三相CSR电流的空间矢量：

2)将三相电网电压按30°/扇区进行划分，将一个工作周期按逆时针方向划分为12个扇区；且各扇区内，电网相电压有确定的大小关系；

3)根据电流矢量所在的扇区，通过安秒平衡法计算相应有效矢量状态的作用时间；其中，零矢量状态可通过输出侧二极管续流；

4)在各扇区内，依据平均开关电压最小原则，确定对应电流矢量的作用顺序；

5)以三角波作为载波信号，将电流矢量切换时刻的瞬时值与三角载波的瞬时值进行比较，得到各全控开关管的控制脉冲信号；

6)将步骤5)得到的控制脉冲信号进行状态信号分配，从而对各全控开关管进行开关控制。