一种三相三电平变流器的控制方法及控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种三相三电平变流器的控制方法及控制系统，所述控制方法包括：将输入的调制波与标准三角载波比较，输出PWM驱动信号；在所述PWM驱动信号内加入死区时间，生成互补的第一PWM信号以及第二PWM信号，所述第一PWM信号与所述第二PWM信号用于驱动所述种三相三电平变流器的互补的开关管；根据所述调制波与所述标准三角载波的比较值、所述死区时间的限定值以及最小安全脉宽的限定值，判断所述第一PWM信号或所述第二PWM信号中是否存在导通窄脉冲；当所述第一PWM信号或所述第二PWM信号中存在导通窄脉冲时，通过设置所述比较值消除所述导通窄脉冲。所述控制方法及控制系统实现方法简单。
【专利说明】一种三相三电平变流器的控制方法及控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及变流器控制【技术领域】，更具体的说，涉及一种三相三电平变流器的控 制方法以及控制系统。
【背景技术】
[0002] 三相三电平变流器系统具有电压应力低，输出谐波低等优势，能够得到更高的输 出电压，被广泛的应用到太阳能以及风能等新能源供电领域。
[0003] 参考图1，图1为三相三电平变流器系统单相桥臂的电路图，所述单相桥臂包括： 开关管Si、开关管&、开关管&以及开关管S4。其中，各开关管为IGBT功率管。开关管51 与开关管S3为互补开关管，开关管S2与开关管S4为互补开关管。三相三电平变流器系统 包括三个单相桥臂，共六对互补开关管。
[0004] 在对三相三电平变流器系统进行驱动控制时，控制信号中的窄脉冲是影响三相三 电平变流器系统的性能和可靠性的一个主要原因。当窄脉冲小于开关器件的最小安全脉 宽时，称为导通窄脉冲，此时器件不能正常开通或是关断，使得系统可靠性降低。当存在导 通窄脉冲时，一方面会导致控制信号无法在主电路中得到实现，使得输出波形失真；另一方 面，会增加开关消耗，导致系统发热增加，降低系统效率。
[0005] 现有技术在驱动三相三电平变流器系统时，为了消除控制信号的导通窄脉冲，一 种实现方法是通过调制系数的不同重新选择不同的控制矢量，进而重新分配矢量的作用时 间，以抑制导通窄脉冲。但是对于三相三电平变流器系统，由于其控制矢量很多，该实现方 式计算量较大，实现方法复杂。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本发明提供了一种三相三电平变流器的控制方法及控制系统， 能够消除对三相三电平变流器驱动控制时的导通窄脉冲，实现方法简单。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0008] -种三相三电平变流器的控制方法，该控制方法包括：
[0009] 将输入的调制波与标准三角载波比较，输出PWM驱动信号；
[0010] 在所述PWM驱动信号内加入死区时间，生成互补的第一 PWM信号以及第二PWM信 号，所述第一 PWM信号与所述第二PWM信号用于驱动所述种三相三电平变流器的互补的开 关管；
[0011] 根据所述调制波与所述标准三角载波的比较值、所述死区时间的限定值以及最小 安全脉宽的限定值，判断所述第一 PWM信号或所述第二PWM信号中是否存在导通窄脉冲；
[0012] 当所述第一 PWM信号或所述第二PWM信号中存在导通窄脉冲时，通过设置所述比 较值消除所述导通窄脉冲。
[0013] 优选的，在上述控制方法中，所述在所述PWM驱动信号内加入死区时间，生成互补 的第一 PWM信号以及第二PWM信号包括：
[0014] 在所述PWM驱动信号上升沿延迟所述死区时间后取反跳变，在所述PWM驱动信号 下降沿不延时直接取反跳变，生成所述第一 PWM信号；
[0015] 在所述PWM驱动信号上升沿不改变，在所述PWM驱动信号下降沿延时所述死区时 间，生成所述第二PWM信号。
[0016] 优选的，在上述控制方法中，所述根据所述调制波与所述标准三角载波的比较值、 所述死区时间的限定值以及最小安全脉宽的限定值，判断所述第一 PWM信号或所述第二 PWM信号中是否存在导通窄脉冲包括：
[0017] 对于先下降后上升的计数比较方式，获取所述调制波与所述标准三角波在所述标 准三角波的下降区间时的第一比较值，在所述标准三角载波与之连续的上升区间时的第二 比较值；
[0018] 对于先上升后下降的计数比较方式，获取所述调制波与所述标准三角波在所述标 准三角波的上升区间时的第一比较值，在所述标准三角载波与之连续的下降区间时的第二 比较值；
[0019] 对于先下降后上升的计数比较方式，当所述第一比较值与所述第二比较值之和减 去所述死区时间的限定值小于所述三相三电平变流器最小安全脉宽的限定值时，在所述第 一 PWM信号内形成导通窄脉冲；
[0020] 对于先上升后下降的计数比较方式，当所述标准三角载波的计数周期2倍减去所 述第一比较值、所述第二比较值与所述死区时间的限定值三者之和的差值小于所述三相三 电平变流器最小安全脉宽的限定值时，在所述第二PWM信号内形成导通窄脉冲。
[0021] 优选的，在上述控制方法中，所述通过设置所述比较值消除所述导通窄脉冲为增 大所述第一比较值与所述第二比较值之和，使得所述导通窄脉冲的宽度大于所述最小安全 脉宽。
[0022] 优选的，在上述控制方法中，所述通过设置所述比较值消除所述导通窄脉冲为减 小所述第一比较值与所述第二比较值之和，使得所述导通窄脉冲的宽度为零。
[0023] 本发明还提供了一种三相三电平变流器的控制系统，该控制系统包括：
[0024] 驱动信号输出单元，所述驱动信号输出单元用于将输入的调制波与标准三角载波 比较，输出PWM驱动信号；
[0025] 互补信号输出单元，所述互补信号输出单元用于在所述PWM驱动信号内加入死区 时间，生成互补的第一 PWM信号以及第二PWM信号，所述第一 PWM信号与所述第二PWM信号 用于驱动所述种三相三电平变流器的互补的开关管；
[0026] 判断单元，所述判断单元用于根据所述调制波与所述标准三角载波的比较值、所 述死区时间的限定值以及最小安全脉宽的限定值，判断所述第一 PWM信号或所述第二PWM 信号中是否存在导通窄脉冲；
[0027] 导通窄脉冲消除单元，所述导通窄脉冲消除单元用于当所述第一 PWM信号或所述 第二PWM信号中存在导通窄脉冲时，通过设置所述比较值消除所述导通窄脉冲。
[0028] 优选的，在上述控制系统中，所述互补信号输出单元包括：
[0029] 第一 PWM信号输出单元，所述第一 PWM信号输出单元用于在所述PWM驱动信号上 升沿延迟所述死区时间后取反跳变，在所述PWM驱动信号下降沿不延时直接取反跳变，生 成所述第一 PWM信号；
[0030] 第二PWM信号输出单元，所述第二PWM信号输出单元用于在所述PWM驱动信号上 升沿不改变，在所述PWM驱动信号下降沿延时所述死区时间，生成所述第二PWM信号。
[0031] 优选的，在上述控制系统中，所述判断单元包括：
[0032] 第一获取单元，对于先下降后上升的计数比较方式，所述第一获取单元用于获取 所述调制波与所述标准三角波在所述标准三角波的下降区间时的第一比较值，在所述标准 三角载波与之连续的上升区间时的第二比较值；
[0033] 第二获取单元，对于先上升后下降的计数比较方式，所述第二获取单元用于获取 所述调制波与所述标准三角波在所述标准三角波的上升区间时的第一比较值，在所述标准 三角载波与之连续的下降区间时的第二比较值；
[0034] 第一判断单元，对于先下降后上升的计数比较方式，所述第一判断单元用于当所 述第一比较值与所述第二比较值之和减去所述死区时间的限定值小于所述三相三电平变 流器最小安全脉宽的限定值时，在所述第一 PWM信号内形成导通窄脉冲；
[0035] 第二判断单元，对于先上升后下降的计数比较方式，所述第二判断单元用于当所 述标准三角载波的计数周期2倍减去所述第一比较值、所述第二比较值与所述死区时间的 限定值三者之和的差值小于所述三相三电平变流器最小安全脉宽的限定值时，在所述第二 PWM信号内形成导通窄脉冲。
[0036] 优选的，在上述控制系统中，所述导通窄脉冲消除单元为导通窄脉冲展宽单元；
[0037] 所述导通窄脉冲展宽单元用于增大所述第一比较值与所述第二比较值之和，使得 所述导通窄脉冲的宽度大于或等于所述最小安全脉宽。
[0038] 优选的，在上述控制系统中，所述导通窄脉冲消除单元为导通窄脉冲归零单元；
[0039] 所述导通窄脉冲归零单元用于减小所述第一比较值与所述第二比较值之和，使得 所述导通窄脉冲的宽度为零。
[0040] 通过上述描述可知，本发明技术方案所述的三相三电平变流器的控制方法包括： 将输入的调制波与标准三角载波比较，输出PWM驱动信号；在所述PWM驱动信号内加入死区 时间，生成互补的第一 PWM信号以及第二PWM信号，所述第一 P丽信号与所述第二PWM信号 用于驱动所述种三相三电平变流器的互补的开关管；根据所述调制波与所述标准三角载波 的比较值、所述死区时间的限定值以及最小安全脉宽的限定值，判断所述第一 PWM信号或 所述第二PWM信号中是否存在导通窄脉冲；当所述第一 PWM信号或所述第二PWM信号中存 在导通窄脉冲时，通过设置所述比较值消除所述导通窄脉冲。所述控制方法与控制系统通 过设置所述比较值的方式消除所述导通窄脉冲，相对于通过重新改变控制矢量的方式消除 导通窄脉冲的控制方式，实现方法更加简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0041] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0042] 图1为三相三电平变流器系统单相桥臂的电路图；
[0043] 图2为本申请实施例提供的一种三相三电平变流器的控制方法的流程示意图；
[0044] 图3为本申请实施例提供的一种PWM驱动信号的产生原理示意图；
[0045] 图4为本申请实施例提供一种PWM驱动信号死区配置的波形图；
[0046] 图5为本申请实施例提供的一种反相载波时负半轴处理以及正相载波时负半轴 处理的波形示意图；
[0047] 图6和图7为两次比较值较小时导通窄脉冲的形成原理示意图；
[0048] 图8和图9为两次比较值较大时导通窄脉冲的形成原理示意图。
【具体实施方式】
[0049] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050] 正如【背景技术】所述，对于三相三电平变流器，由于其控制矢量很多，到时该实现方 式计算量较大，实现方法复杂。
[0051] 通过PWM控制技术对三相三电平变流器进行驱动控制时，需要设定的调制波与标 准波进行比较，以生成PWM驱动信号，对PWM驱动信号进行死区配置，加入死区时间，可以生 成两个互补的PWM信号，该两个互补的PWM信号可以用于驱动三相三电平变流器的两个互 补的开关管。
[0052] 发明人研究发现，在通过PWM信号对驱动控制三相三电平变流器时，导通窄脉冲 的脉宽与所述调制波与所述标准三角载波的比较值以及与所述死区时间相关，在死区时间 一定时，通过设置所述比较值可以达到消除导通窄脉冲的目的。
[0053] 基于上述研究，本申请实施例提供了一种三相三电平变流器的控制方法，参考图 2,图2为本申请实施例提供的一种三相三电平变流器的控制方法的流程示意图，所述控制 方法包括：
[0054] 步骤S11 :将输入的调制波与标准三角载波比较，输出PWM驱动信号。
[0055] 本申请实施例所述控制方法是采用PWM控制方法对所述三相三电平变流器进行 驱动控制。在形成所述PWM驱动信号时，根据PWM控制方法，将设定的调制波与标准的三角 波进行比较，即可形成PWM驱动信号。
[0056] 参考图3,图3为本申请实施例提供的一种PWM驱动信号的产生原理不意图，其中 u。为幅值为U。的三角载波，us为幅值为Us的调制波在开关周期内的瞬时值。当u。小于u s 时，PWM驱动信号为低电平，当u。大于us时，PWM驱动信号为高电平。一般的调制波为正弦 波或鞍形波等，
[0057] 步骤S12 :在所述PWM驱动信号内加入死区时间，生成互补的第一 PWM信号以及第 二PWM信号，所述第一 PWM信号与所述第二PWM信号用于驱动所述种三相三电平变流器的 互补的开关管。
[0058] 对于三相三电平变流器，具有三个并联的桥臂，每个桥臂具有两对互补的开关管， 共六对互补的开关管。故为了实现对六对互补的开关管的驱动控制，在步骤S11中，可以采 用三电平载波PWM控制方法，通过DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理器）控制 输出三相调制波。通过步骤S12对所述三相调制波分解为六对互补的PWM信号，该六对互 补的PWM信号用于驱动控制三相三电平变流器的六对互补的开关管。
[0059] 步骤S13 :根据所述调制波与所述标准三角载波的比较值、所述死区时间的限定 值以及最小安全脉宽的限定值，判断所述第一 PWM信号或所述第二PWM信号中是否存在导 通窄脉冲。
[0060] 步骤S14 :当所述第一 PWM信号或所述第二PWM信号中存在导通窄脉冲时，通过设 置所述比较值消除所述导通窄脉冲。
[0061] 所述控制方法可以通过设置所述比较值的方式消除所述导通窄脉冲，相对于通过 重新改变控制矢量的方式消除导通窄脉冲的控制方式，实现方法更加简单。
[0062] 所述步骤12的实现方式可参考图4,图4为本申请实施例提供一种PWM驱动信号 死区配置的波形图。图4中（a)图的u s小于（b)图的us，所述步骤S12包括：
[0063] 在所述PWM驱动信号上升沿延迟所述死区时间后取反跳变，在所述PWM驱动信号 下降沿不延时直接取反跳变，生成所述第一 PWM信号PWM1。
[0064] 如以所述调制波以及所述标准三角载波为参考，在所述标准三角载波上升沿，当 u。小于等于us时，所述第一 PWM信号PWM1为高电平，当u。大于us时，所述第一 PWM信号 PWM1延时为高电平设定时间（插入死区时间）后跳变为低电平。在所述三角载波下降沿， 当u。小于us时，所述第一 PWM信号PWM1不延时，直接跳变为高电平。
[0065] 如以所述调制波以及所述标准三角载波为参考，在所述标准三角载波上升沿，当 u。小于或等于us时，所述第二PWM信号PWM2为低电平，当u。大于us时，所述第二PWM信号 PWM2不延时直接跳变为高电平。在所述三角载波下降沿，当u。小于us时，所述第二PWM信 号PWM2延时为高电平设定时间（插入死区时间）后跳变为低电平。
[0066] 由图4(a)与图4(b)可知，通过调节所述调制波可以改变所述PWM驱动信号的占 空比，进而改变所述第一 PWM信号PWM1与所述第二PWM信号PWM2的占空比。通过所述第 一 PWM信号PWM1与所述第二PWM信号PWM2可以对所述三相三电平变流器中的互补开关管 进行驱动控制。
[0067] 以图1中所示的三相三电平变流器其中的一个单相桥臂为例，包括两组互补的开 关管，需要两个调制波，通过三电平载波PWM控制技术将一相调制波分解为两个优化的调 制波，驱动控制两组互补的开关管。方式如下：
[0068] 由于DSP底层软件中不支持载波为负的情况，所以，载波调制时需要对负半周的 调制波做处理。对于负半周的反相载波通过SPWM控制，对负半周调制波取反，则取反后负 半周调制与正半周调制相同。参考图5(a)，两个优化的调制波分别为usl、uS2 ;驱动控制Si 管和s3管的调制波为usl，在[0, 31 ]是调制波的正半轴，[JI，2 31 ]为〇 ;驱动控制s2管和 S4管的调制波为uS2，在[0, π ]为〇, [ π，2 π ]为调制波的负半周取反。通过调制波usl以 及uS2可以生成两对互补的PWM信号驱动控制图1中两组互补的开关管。在正半周，互补的 Si管和S3管进行调制，S2管被钳制为导通状态，S4管为关断状态，
【权利要求】
1. 一种三相三电平变流器的控制方法，其特征在于，包括： 将输入的调制波与标准三角载波比较，输出PWM驱动信号； 在所述PWM驱动信号内加入死区时间，生成互补的第一 PWM信号以及第二PWM信号，所 述第一 PWM信号与所述第二PWM信号用于驱动所述种三相三电平变流器的互补的开关管； 根据所述调制波与所述标准三角载波的比较值、所述死区时间的限定值以及最小安全 脉宽的限定值，判断所述第一 PWM信号或所述第二PWM信号中是否存在导通窄脉冲； 当所述第一 PWM信号或所述第二PWM信号中存在导通窄脉冲时，通过设置所述比较值 消除所述导通窄脉冲。
2. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述在所述PWM驱动信号内加入死区 时间，生成互补的第一 PWM信号以及第二PWM信号包括： 在所述PWM驱动信号上升沿延迟所述死区时间后取反跳变，在所述PWM驱动信号下降 沿不延时直接取反跳变，生成所述第一 PWM信号； 在所述PWM驱动信号上升沿不改变，在所述PWM驱动信号下降沿延时所述死区时间，生 成所述第二PWM信号。
3. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述调制波与所述标准三 角载波的比较值、所述死区时间的限定值以及最小安全脉宽的限定值，判断所述第一 PWM 信号或所述第二PWM信号中是否存在导通窄脉冲包括： 对于先下降后上升的计数比较方式，获取所述调制波与所述标准三角波在所述标准三 角波的下降区间时的第一比较值，在所述标准三角载波与之连续的上升区间时的第二比较 值； 对于先上升后下降的计数比较方式，获取所述调制波与所述标准三角波在所述标准三 角波的上升区间时的第一比较值，在所述标准三角载波与之连续的下降区间时的第二比较 值； 对于先下降后上升的计数比较方式，当所述第一比较值与所述第二比较值之和减去 所述死区时间的限定值小于所述三相三电平变流器最小安全脉宽的限定值时，在所述第一 PWM信号内形成导通窄脉冲； 对于先上升后下降的计数比较方式，当所述标准三角载波的计数周期2倍减去所述第 一比较值、所述第二比较值与所述死区时间的限定值三者之和的差值小于所述三相三电平 变流器最小安全脉宽的限定值时，在所述第二PWM信号内形成导通窄脉冲。
4. 根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述通过设置所述比较值消除所述 导通窄脉冲为增大所述第一比较值与所述第二比较值之和，使得所述导通窄脉冲的宽度大 于或等于所述最小安全脉宽。
5. 根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述通过设置所述比较值消除所述 导通窄脉冲为减小所述第一比较值与所述第二比较值之和，使得所述导通窄脉冲的宽度为 零。
6. -种三相三电平变流器的控制系统，其特征在于，包括： 驱动信号输出单元，所述驱动信号输出单元用于将输入的调制波与标准三角载波比 较，输出PWM驱动信号； 互补信号输出单兀，所述互补信号输出单兀用于在所述PWM驱动信号内加入死区时 间，生成互补的第一 PWM信号以及第二PWM信号，所述第一 PWM信号与所述第二P丽信号用 于驱动所述种三相三电平变流器的互补的开关管； 判断单元，所述判断单元用于根据所述调制波与所述标准三角载波的比较值、所述死 区时间的限定值以及最小安全脉宽的限定值，判断所述第一 PWM信号或所述第二PWM信号 中是否存在导通窄脉冲； 导通窄脉冲消除单元，所述导通窄脉冲消除单元用于当所述第一 PWM信号或所述第二 PWM信号中存在导通窄脉冲时，通过设置所述比较值消除所述导通窄脉冲。
7. 根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述互补信号输出单元包括： 第一 PWM信号输出单元，所述第一 PWM信号输出单元用于在所述PWM驱动信号上升沿 延迟所述死区时间后取反跳变，在所述PWM驱动信号下降沿不延时直接取反跳变，生成所 述第一 PWM信号； 第二PWM信号输出单元，所述第二PWM信号输出单元用于在所述PWM驱动信号上升沿 不改变，在所述PWM驱动信号下降沿延时所述死区时间，生成所述第二PWM信号。
8. 根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述判断单元包括： 第一获取单元，对于先下降后上升的计数比较方式，所述第一获取单元用于获取所述 调制波与所述标准三角波在所述标准三角波的下降区间时的第一比较值，在所述标准三角 载波与之连续的上升区间时的第二比较值； 第二获取单元，对于先上升后下降的计数比较方式，所述第二获取单元用于获取所述 调制波与所述标准三角波在所述标准三角波的上升区间时的第一比较值，在所述标准三角 载波与之连续的下降区间时的第二比较值； 第一判断单元，对于先下降后上升的计数比较方式，所述第一判断单元用于当所述第 一比较值与所述第二比较值之和减去所述死区时间的限定值小于所述三相三电平变流器 最小安全脉宽的限定值时，在所述第一 PWM信号内形成导通窄脉冲； 第二判断单元，对于先上升后下降的计数比较方式，所述第二判断单元用于当所述标 准三角载波的计数周期2倍减去所述第一比较值、所述第二比较值与所述死区时间的限定 值三者之和的差值小于所述三相三电平变流器最小安全脉宽的限定值时，在所述第二PWM 信号内形成导通窄脉冲。
9. 根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述导通窄脉冲消除单元为导通窄 脉冲展宽单元； 所述导通窄脉冲展宽单元用于增大所述第一比较值与所述第二比较值之和，使得所述 导通窄脉冲的宽度大于或等于所述最小安全脉宽。
10. 根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述导通窄脉冲消除单元为导通窄 脉冲归零单元； 所述导通窄脉冲归零单元用于减小所述第一比较值与所述第二比较值之和，使得所述 导通窄脉冲的宽度为零。
【文档编号】H02M7/483GK104158420SQ201410425056
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】张虎, 邓立荣, 程尧, 杨春源, 王成悦 申请人:阳光电源股份有限公司