一种逆变器和单相NPC-ANPC三电平逆变电路的切换调制方法

本发明属于电力电子，尤其涉及一种逆变器和单相npc-anpc三电平逆变电路的切换调制方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、近年来实际应用对逆变器的效率、功率密度和可靠性的追求更高，与传统的三电平逆变器相比，单相三电平逆变器在输出电压和电流谐波性能上表现更优，兼顾了系统性能与复杂程度，目前所研究的中点钳位单相三电平逆变器多数为npc型，高效率问题仍然亟待解决。

3、发明人发现，单相npc型逆变器调制策略多采用正弦脉宽调制(sinusoidal pwm，spwm)方法，较难实现直流侧上下电容的均衡控制，从而影响逆变器的运行性能。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明的第一方面提供一种单相npc-anpc三电平逆变电路的控制方法，其通过实现特定的换流路径，使得npc的开关管都工作于工频，anpc的开关管工作于高频，这样逆变器的硬开关损耗全部集中在anpc的开关管上，减小了逆变器整体的开关损耗。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种单相npc-anpc三电平逆变电路的切换调制方法，包括：

4、接收目标输出电压调制指令；

5、根据目标输出电压对应的参考电压矢量所处的扇区，选取基本电压矢量，结合参考电压矢量和基本电压矢量，计算得到单相npc-anpc三电平逆变电路前后两相桥臂在对应扇区中的作用时间；

6、根据对应扇区内基本电压矢量的作用顺序生成扇区切换指令；

7、结合单相npc-anpc三电平逆变电路前后两相桥臂在对应扇区中的作用时间和扇区切换指令生成单相脉冲开关序列；

8、根据单相脉冲开关序列控制单相npc-anpc三电平逆变电路前后两相桥臂中开关管的导通或关断，完成不同模式基本电压矢量的切换，得到目标输出电压。

9、进一步地，目标输出电压对应的参考电压矢量所处的扇区的判断依据是：

10、将一维直角坐标系分为四个区域，从正到负依次对应ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ扇区；

11、根据参考电压矢量的值在直角坐标系中的位置，匹配对应的扇区，具体包括：

12、当0.5<ur<1时，对应第ⅰ扇区；

13、当0<ur<0.5时，对应第ⅱ扇区；

14、当-0.5<ur<0时，对应第ⅲ扇区；

15、当-1<ur<-0.5时，对应第ⅵ扇区；

16、其中，ur为参考电压矢量。

17、进一步地，所述对应扇区内基本电压矢量的作用顺序为：

18、第ⅰ扇区：pn-po-pn-po-pn；

19、第ⅱ扇区：on-oo-on-oo-on；

20、第ⅲ扇区：op-oo-op-oo-op；

21、第ⅵ扇区：np-no-np-no-np；

22、其中，将母线正极记为p端，母线负极记为n端，母线中点记为o端。

23、进一步地，所述根据单相脉冲开关序列控制单相npc-anpc三电平逆变电路前后两相桥臂中开关管的导通或关断，完成不同模式基本电压矢量的切换，包括：

24、当电流为正时，在ⅱ扇区向ⅰ扇区切换时，生成on-pn切换信号，控制开关管ta3关断，开关管ta1开通，进入pn状态；

25、在ⅰ扇区向ⅱ扇区切换时，生成pn-on切换信号，控制开关管ta1关断，然后开关管ta3开通，进入on状态；

26、在ⅱ扇区向ⅲ扇区切换时，生成on-op切换信号，控制开关管tb3和tb4关断，电流通过db2和db1续流，开关管tb1和tb2开通，进入op状态；

27、在ⅲ扇区向ⅳ扇区切换时，生成op-np切换信号，控制开关管ta2关断，电流通过da4和da3续流，然后开关管ta4导通，电路进入np状态；

28、在ⅳ扇区向ⅲ扇区切换时，生成np-op切换信号，控制开关管ta4关断，开关管ta2开通，电路进入op状态；

29、在ⅲ扇区向ⅱ扇区切换时，生成op-on切换信号，控制开关管tb1和tb2关断，然后开关管ta3和ta4导通，电路进入on状态；

30、当电流为负时，在ⅱ扇区向ⅰ扇区切换时，生成on-pn切换信号，控制开关管ta3关断，电流通过da1和da2续流，然后开关管ta1开通，进入pn状态；

31、在ⅰ扇区向ⅱ扇区切换时，生成pn-on切换信号，控制开关管ta1关断，然后开关管ta3开通，电流通过ta3和da6续流，进入on状态；

32、在ⅱ扇区向ⅲ扇区切换时，生成on-op切换信号，控制开关管tb3和tb4关断，然后开关管tb1和tb2开通，进入op状态；

33、在ⅲ扇区向ⅳ扇区切换时，生成op-np切换信号，控制开关管ta2关断，然后开关管ta4导通，电路进入np状态；

34、在ⅳ扇区向ⅲ扇区切换时，生成np-op切换信号，控制开关管ta4关断，电流通过开关管ta3和da6续流，然后开关管ta2开通，电路进入op状态；

35、在ⅲ扇区向ⅱ扇区切换时，生成op-on切换信号，控制开关管tb1和tb2关断，然后电流通过db3和db4续流，开关管tb3和tb4开通，电路进入on状态。

36、进一步地，在不同模式基本电压矢量的切换过程中，控制npc的开关管ta1～ta4都工作于工频，anpc的开关管tb1～tb6工作于高频，以及单相npc-anpc三电平逆变电路中的开通损耗和关断损耗全部集中在anpc的开关管tb1～tb6上。

37、进一步地，所述不同模式基本电压矢量的切换过程具体包括：

38、正半周期电路包括pn-po-pn和on-oo-on两种换流模式；

39、通过pn-po-pn换流模式进行输出电压为vdc向1/2vdc再向vdc的切换；

40、通过on-oo-on换流模式进行输出电压为1/2vdc向0再向1/2vdc的切换；

41、负半周期电路包括op-oo-op和np-no-np两种换流模式；

42、通过op-oo-op换流模式进行输出电压为-1/2vdc向0再向-1/2vdc的切换；

43、通过np-no-np换流模式进行输出电压为-vdc向-1/2vdc再向-vdc的切换；

44、其中，将母线正极记为p端，母线负极记为n端，母线中点记为o端，vdc为母线电压。

45、为了解决上述问题，本发明的第二方面提供一种逆变器，其通过实现特定的换流路径，使得npc的开关管都工作于工频，anpc的开关管工作于高频，这样逆变器的硬开关损耗全部集中在anpc的开关管上，减小了逆变器整体的开关损耗。

46、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

47、一种逆变器，包括控制器、至少一个驱动单元和至少一个单相npc-anpc三电平逆变电路；

48、其中，每个所述单相npc-anpc三电平逆变电路分别通过相应的驱动单元，受控于所述控制器，所述控制器用于执行如第一方面所述的单相npc-anpc三电平逆变电路的切换调制方法。

49、进一步地，所述单相npc-anpc三电平逆变电路包括开关管ta1～ta4、tb1～tb6和2个钳位二极管da5～da6；每个开关管都反并联一个二极管，开关管ta1～ta4反并联二极管da1～da4，开关管tb1～tb6反并联二极管db1～db6；

50、其中，ta1和tb1的第一端接母线正极，ta4和tb4的第二端接母线负极，ta1和tb1的第二端接ta2、da5和tb2、tb5的第一端，ta4和tb4的第一端接ta3、da6和tb3、tb6的第二端，da5和tb5的第二端；da6和tb6的第一端均接入母线中点，ta2的第二端和ta3的第一端连接在一起形成桥臂端a，tb2的第二端和tb3的第一端连接在一起形成桥臂端b。

51、进一步地，所述ta1～ta4由si igbt构成；所述tb1～tb6由sic mosfet构成。

52、进一步地，开关管ta1～ta4都工作于工频，anpc的开关管tb1～tb6工作于高频，以及单相npc-anpc三电平逆变电路中的开通损耗和关断损耗全部集中在anpc的开关管tb1～tb6上。

53、本发明的有益效果是：

54、1、本发明的单相npc-anpc三电平逆变器电路，通过实现特定的换流路径，使得npc的ta1～ta4开关管都工作于工频，anpc的tb1～tb6开关管工作于高频，这样逆变器的硬开关损耗全部集中在anpc的开关管tb1～tb6上，减小了逆变器整体的开关损耗，

55、2、本发明导通角较大的tb2和tb3采用sic mosfet，可以进一步降低开关损耗；并且在oo、no和po状态时桥臂端b采用了两路并联的模式通流，均衡了开关管的损耗；由于sicmosfet有双向导通特性，而且其通态电阻要小于其反并联二极管的通态电阻，所以sicmosfet开通时，电流会反向流通，同时降低了逆变器的通态损耗。

56、3、本发明还采用单相空间矢量调制的方法，通过选取合适的电压矢量，实现了电路的中点平衡，提高了电路可靠性。

57、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。