[发明专利]一种三电平ANPC拓扑的开关优化方法

说明书

本发明开了一种三电平ANPC拓扑的开关优化方法。本发明通过在零电平状态中始终保持Q5Q6开通的方法使得三电平ANPC拓扑下的开关动作次数降低，也降低了开关损耗，同时增加一条有功电流零电平状态下的并联续流路径，使得零电平状态下的续流管在有功输出阶段承受一半的负载电流，使得本方案能够解决短换流路径中开关频率高的问题，同时避免了长换流路径中因增加电路杂散电感从而导致开关管尖峰电压过大的问题。

技术领域

本发明涉及三电平ANPC拓扑开关调制方法领域，尤其涉及一种三电平ANPC拓扑的开关优化方法。

背景技术

现有三电平ANPC结构是基于INPC拓扑演变而来的一种改进型拓扑结构，相较于传统INPC型三电平拓扑电路，三电平ANPC型拓扑电路引入了Q5/Q6两个功率管，从而优化了中性点续流回路三电平ANPC拓扑结构中的电平状态主要有正电平、负电平和零电平三种，其中零电平续流在现有技术中主要有短换流路径和长换流路径两种续流方式；短换流路径方式为外管高频内管基频的调制方式，长换流路径方式为内管高频外管基频的调制方式。而现有技术中采用短换流路径时会使得在进行电平切换时增加开关管的总开关动作次数，使得开关管损耗大，而采用长换流路径时，会使得等效杂散电感大幅增加从而导致调节开关管时关断尖峰过大。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种三电平拓扑ANPC四象限运行调制方法”，其公告号CN112688584A，方法是采用高频调制信号驱动功率器件的PWM驱动信号；零电平续流开始时，先使用1条短续流路径强迫换流，后再额外开通1条续流路径，均衡损耗；零电平续流结束时，先关断额外开通的续流路径，迫使电流重新从短续流路径续流；输出正/负电平时，适时开通箝位管，对两串联承压开关管进行可靠的双向箝位；此专利中在进行零电平续流时依旧采用到了短续流路径的方式，依然存在一定的开关损耗。

发明内容

本发明要针对现有技术中对零电平续流开关方法的优化，能够解决短换流路径中开关频率高的问题，同时避免了长换流路径中因增加电路杂散电感从而导致开关管尖峰电压过大的问题；提供一种三电平ANPC拓扑的开关优化方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明包括以下步骤：

1)调制波为正时：调制过程的载波周期自正零电平状态向正电平状态过渡，再由正电平状态过渡回到正零电平状态；

正零电平状态与正电平状态过渡过程中包含中间状态，设所述中间状态为正零电平过渡状态；

分别设置正电平状态、正零电平状态以及正零电平过渡状态下各开关的导通情况；每个状态下导通的开关相互连接，形成该状态下的续流通路；

2)调制波为负时：调制过程的载波周期自负零电平状态向负电平状态过渡，再由负电平状态过渡回到负零电平状态；

零负电平状态与负电平状态过渡过程中包含中间状态，设所述中间状态为负零电平过渡状态；

分别设置负电平状态、负零电平状态和负零电平过渡状态下各开关的导通情况；每个状态下导通的开关相互连接，形成该状态下的续流通路；

3)调制波由正转负时，载波周期自正零电平状态向负零电平状态过渡；调制波由负转正时，载波周期由负零电平状态向正零电平状态过渡；正零电平状态与负零电平状态过渡过程中包含中间状态，设所述中间状态为零电平过渡状态。

作为优选，三电平ANPC拓扑一相的开关包含六组功率元件，六组功率元件分别包括开关管Q1和二极管D1、开关管Q2和二极管D2、开关管Q3和二极管D3、开关管Q4和二极管D4、开关管Q5和二极管D5、开关管Q6和二极管D6；本技术方案中应用到的功率元件为ANPC拓扑开关中用到的常用元件，而本技术方案主要通过设计开关调节时机与调节方法来达到本技术方案的目标效果。

作为优选，所述的调制波为正时，载波周期在正电平状态与正零电平状态之间变化，包含以下步骤：

1-1)正零电平状态：正调制波下，导通开关管Q2、Q5和Q6到达正零电平状态；