无传感器的ANPC五电平逆变器死区效应消除方法

本发明涉及一种anpc五电平逆变器控制领域，尤其是涉及一种anpc五电平逆变器的死区效应消除方法。

背景技术：

近年来，随着电力电子技术和控制技术的日益提高，由电力电子器件为基础的各种装置被广泛应用于各个领域，人们对电力电子装置性能的要求也越来越高，其中包括大功率、耐高压、低谐波扰动的等一系列要求。多电平逆变装置的特点有功率大、开关频率低、输出谐波小、动态响应速度快、电磁兼容性好等，并且可以把由脉宽调制简称pwm控制产生的高次谐波控制在可接受的范围内，被广泛应用于高压大容量电能变换中。

随着多电平高压变频器的推广和应用，死区效应问题受到越来越多的关注。

由于igbt等功率器件都存在一定的结电容，所以会造成器件导通关断延迟的现象。电压源型逆变器为了避免上下开关管直通，需要插入死区时间，而anpc五电平逆变器的死区效应会导致相电压跨电平状态的跳变，跨电平的pwm波经过长电缆传输至电机侧又会产生将近2倍的过电压，严重影响设备安全。

传统死区效应消除方法在应用于多电平变换装置中存在以下缺点，一是对电流传感器的精度要求较高；二是在电流过零点附近极易出现误判，导致消除失败。以上方法都是以相电流极性为基础的死区效应消除方法，无疑提高了控制的难度并且降低了控制的准确性，随着变换器电平数的增加，此问题也愈发明显。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的缺点，本发明提供一种anpc五电平逆变器的死区效应消除方法：

本发明首先根据anpc五电平逆变器的开关状态切换顺序确定死区效应产生的位置，然后根据死区时间内电流路径分析出造成相电压跨电平跳变的输出状态，进而对开关管的理想pwm信号进行控制来限制续流路径，得到理想的电平状态，最后输出实际pwm信号来控制开关管，实现对anpc五电平逆变器死区效应的消除。该方法具有算法简单，易于实现的特点，具有广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：

(s1)首先确定anpc五电平逆变器的开关状态切换顺序；

(s2)根据anpc五电平逆变器的开关状态切换顺序确定死区效应产生的位置；

(s3)确定死区时间内电流的流通路径；

(s4)根据死区时间内电流的流通路径确定输出的电平状态；

(s5)控制开关管的理想pwm信号来限制续流路径；

(s6)得到实际的pwm信号；

(s7)输出实际pwm信号来控制开关管，实现死区效应的消除。

所述步骤(s2)中死区效应发生的位置在v3状态切换至v5状态和v4状态切换至v2状态的死区时间内。

所述步骤(s3)中的死区时间内电流的流通路径确定方法：以a相为例。当v3状态切换至v5状态时，在死区时间内，vt1、vt2、vt3、vt4、vt5、vt6、vt8均处于关断状态，vt7处于开通状态，当电流方向为流出逆变器时，电流通过与vt4反并联的二极管vd4和与vt6反并联的二极管vd6续流；当电流方向为流入逆变器时，电流通过与vt1反并联的二极管vd1和与vt5反并联的二极管vd5续流。当v4状态切换至v2状态时，电流的流通路径确定方法也类似。

所述步骤(s5)中对开关管的理想pwm信号进行控制要以开关管不发生直通为前提，又由于vt2与vt3的控制信号在死区时间前后总是互补的，所以对vt5与vt6的理想pwm信号进行控制时不会产生直通。具体控制方法：当由v3状态切换至v5状态时，使vt5与vt6在死区时间内都处于开通状态。在电路中，由于电流总是从高电位流向低电位，在死区时间内，前4个开关管总是处于关闭状态。当电流方向为流出逆变器时，电流通过与vt2反并联的二极管vd2续流，此时输出的状态为v3；当电流方向为流入逆变器时，电流通过与vt3反并联的二极管vd3续流，此时输出的状态为v5。当由v4状态切换至v2状态时，控制方法也类似。

本发明相比与现有技术具有如下有益效果：

(1)无需测量过零点电流极性，避免了消除失败以及误消除；

(2)算法简单，易于实现；

总之，该方法解决了由于死区效应导致的相电压跨电平跳变的问题，克服传统的以相电流极性为基础的死区效应消除方法对传感器的精度要求较高，且在电流过零点附近极易出现误判的缺点，随着anpc五电平逆变装置在高压大功率传动领域的推广及普及，该算法具有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1是anpc五电平逆变器单相拓扑图；

图2是anpc五电平逆变器的开关状态切换顺序图；

图3是一种无传感器的anpc五电平逆变器死区效应消除方法原理示意图；

图4是anpc五电平逆变器未消除死区效应时死区时间内的电流路径图；

图5是anpc五电平逆变器采用本发明控制方法死区时间内的电流路径图。

图6是anpc五电平逆变器未消除死区效应时逆变器输出的相电压图；

图7是anpc五电平逆变器采用本发明控制方法后逆变器输出的相电压图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。

本发明提供一种anpc五电平逆变器的死区效应消除方法，其a相拓扑结构参考图1。

图3所示是本发明提出的一种无传感器的anpc五电平逆变器死区效应消除方法原理示意图，主要步骤如下：

(s1)首先确定anpc五电平逆变器的开关状态切换顺序；

(s2)根据anpc五电平逆变器的开关状态切换顺序确定死区效应产生的位置；

(s3)确定死区时间内电流的流通路径；

(s4)根据死区时间内电流的流通路径确定输出的电平状态；

(s5)控制开关管的理想pwm信号来限制续流路径；

(s6)得到实际的pwm信号；

(s7)输出实际pwm信号来控制开关管，实现死区效应的消除。

所述步骤(s1)中anpc五电平逆变器的开关状态切换顺序参考图2。其中，实线双向箭头所指的开关状态之间可以相互切换；虚线的双向箭头所指的开关状态之间一般不允许直接切换；实线单向箭头所指的开关状态只能单向切换。

所述步骤(s2)中死区效应发生的位置在v3状态切换至v5状态和v4状态切换至v2状态的死区时间内。

所述步骤(s3)中的死区时间内电流的流通路径确定方法：以a相为例。当v3状态切换至v5状态时，在死区时间内，vt1、vt2、vt3、vt4、vt5、vt6、vt8均处于关断状态，vt7处于开通状态，当电流方向为流出逆变器时，电流通过与vt4反并联的二极管vd4和与vt6反并联的二极管vd6续流；当电流方向为流入逆变器时，电流通过与vt1反并联的二极管vd1和与vt5反并联的二极管vd5续流。当v4状态切换至v2状态时，电流的流通路径确定方法也类似。

所述步骤(s5)中对开关管的理想pwm信号进行控制要以开关管不发生直通为前提，又由于vt2与vt3的控制信号在死区时间前后总是互补的，所以对vt5与vt6的理想pwm信号进行控制时不会产生直通。具体控制方法：当由v3状态切换至v5状态时，使vt5与vt6在死区时间内都处于开通状态。在电路中，由于电流总是从高电位流向低电位，在死区时间内，前4个开关管总是处于关闭状态。当电流方向为流出逆变器时，电流通过与vt2反并联的二极管vd2续流，此时输出的状态为v3；当电流方向为流入逆变器时，电流通过与vt3反并联的二极管vd3续流，此时输出的状态为v5。当由v4状态切换至v2状态时，控制方法也类似。

采用本发明控制方法在对死区时间内电流流通路径限制上进行说明。

从图4与图5的对比可以看出，anpc五电平逆变器采用本发明控制方法电流流通路径在死区时间内被严格限制。以v3状态切换至v5状态为例，当电流方向为流出逆变器时，原本死区时间内输出-e电平，现在输出0电平；当电流方向为流入逆变器时，原本死区时间内输出2e电平，现在输出e电平。

从图6与图7的对比可以看出，在采用死区效应消除的方法后，死区时间内相电压跨电平的跳变被完全消除，验证了所提死区效应消除方法的有效性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域的技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。