[发明专利]一种有源中点箝位型三电平逆变器控制策略优化设计方法

说明书

本发明公开了一种有源中点箝位型三电平逆变器控制策略优化设计方法，该方法通过逆变器直流母线电压、换流模式、功率器件损耗模型，计算功率器件损耗，结合功率器件的热模型，获得逆变器功率器件结温。在此基础上，根据雨流法提取各个功率器件的热循环，依据寿命计算模型预测功率器件的寿命。通过功率器件寿命方差比较，动态优化调整有源箝位三电平逆变器的换流模式，以提高有源箝位三电平逆变器的寿命。采用该方法能够在维持输出波形性能的同时，可以优化有源箝位三电平逆变器的损耗分布、结温分布、增强系统的可靠性，从而克服了功率器件损耗和结温分布不均的缺点，通过优化逆变器换流状态来延长逆变器的寿命。

技术领域

本发明涉及一种有源中点箝位型三电平逆变器控制策略优化设计方法，属于电力电子技术领域。

背景技术

二极管中点箝位型三电平逆变器在中压大功率电力驱动系统中有非常广泛的应用。它可以通过使用低压开关器件实现高压和高功率输出，解决了输出电压受功率半导体器件耐压限制的问题。但二极管中点箝位型三电平逆变器存在功率器件损耗和结温分布不均的缺点，这使得开关频率和逆变器的容量都受到一定的限制。有源中点箝位型三电平逆变器的提出解决了这些问题。与二极管中点箝位型三电平逆变器相比，有源中点箝位型三电平逆变器将母线中点相连的箝位二极管替换为开关器件，增加了开关状态和换流过程的数量，也为平衡损耗和结温分布提供了自由度。但有源中点箝位型三电平逆变器若能很好的克服二极管中点箝位型三电平逆变器的缺点，必须依赖高性能的控制策略，才能在保证输出波形质量的同时，优化系统的损耗和结温，提高系统的可靠性。因此需要提出了一种有源中点箝位型三电平逆变器控制策略优化设计方法。

目前许多学者都提出了有源中点箝位型三电平逆变器控制策略优化设计的方法，但现有的控制策略既没有合适的换流过程划分方式，也没有建立完善的可靠性模型。因此，需要提出一种在线监测系统可靠性及控制策略优化设计方法，不仅能够很好地解决这些问题，而且考虑了稳定负载和随机负载下系统的运行方式，提高了该控制策略的适用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种有源中点箝位型三电平逆变器控制策略优化设计方法，克服了功率器件损耗和结温分布不均的缺点，能够实时获取器件在一个固定时间周期内的累计损耗，通过改变系统运行状态来延长系统整体的寿命。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种有源中点箝位型三电平逆变器控制策略优化设计方法，包括如下步骤：

步骤1，根据有源中点箝位型三电平逆变器的电流路径，将所有换流过程划分为两种换流模式：有源换流模式和无源换流模式，并分析不同换流模式的损耗分布；

步骤2，利用电压传感器获取有源中点箝位型三电平逆变器中的功率器件两端的电压，利用电流传感器获取通过有源中点箝位型三电平逆变器中的功率器件的电流，对数据手册中的特性曲线进行拟合得到损耗与电压和电流之间的关系；

步骤3，将步骤2获取的电压和电流代入损耗与电压和电流之间的关系，计算得到损耗，将损耗导入热网络模型估算功率器件结温；

步骤4，获取一个时间周期内的功率器件结温，采用雨流计数法从一个时间周期内的功率器件结温中提取热循环，将这些热循环用于疲劳分析，导入寿命模型计算出功率器件的寿命损耗；

步骤5，针对稳定负载，根据不同换流模式的损耗分布情况，选取损耗方差最小的换流模式作为系统运行的换流模式；

步骤6，针对随机负载，根据不同换流模式的寿命损耗分布情况，选取寿命损耗方差最小的换流模式作为系统运行的换流模式。

作为本发明的一种优选方案，步骤1所述将所有换流过程划分为两种换流模式：有源换流模式和无源换流模式，具体为：