一种三电平ANPC逆变器损耗均衡控制方法

本发明属于逆变器损耗均衡控制领域，尤其涉及一种三电平anpc逆变器损耗均衡控制方法。

背景技术：

1、三电平anpc逆变器可以实现损耗均衡的功能，相对于三电平npc逆变器可以灵活选择零状态，以达到损耗均衡的目的。而三电平anpc逆变器的故障往往来源于内部igbt结温过高失效。三电平anpc逆变器新能源发电领域应用广泛，而新能源发电往往位于偏远山区，对其维护需要花费大量人力和财力，所以对其的可靠性提出了更高的要求，急需一种实用的三电平anpc逆变损耗均衡方法。

2、目前三电平anpc逆变器损耗均衡算法主要问题和缺陷：

3、a、在线控制算法程序复杂，难以实现每一个igbt实时温度采集，且需要dsp+fpga配合实现，硬件电路复杂；

4、b、离线算法中不同模式的比例固定，没有基于损耗和结温大小的计算进行分配。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种三电平anpc逆变器损耗均衡控制方法解决了三电平anpc逆变器功率器件损耗不均的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种三电平anpc逆变器损耗均衡控制方法，包括以下步骤：

3、s1、根据三电平anpc逆变器，得到外管高频换流模式和内管高频换流模式；

4、s2、根据黄金分割法，计算外管高频换流模式和内管高频换流模式达到损耗均衡的最佳分配比例；

5、s3、使三电平anpc逆变器按照最佳分配比例切换外管高频换流模式和内管高频换流模式，实现三电平anpc逆变器损耗均衡控制。

6、本发明的有益效果为：外管高频换流模式下，开关损耗主要分布在外管和钳位管，内管高频换流模式下，开关损耗主要分布在内管，以一定的比例切换两种换流模式，实现了外管、钳位管和内管的损耗均衡。

7、进一步地，所述步骤s1中外管高频换流模式具体为：三电平anpc逆变器的外管和钳位管以载波频率动作；三电平anpc逆变器的内管以调制波频率动作；

8、所述内管高频换流模式具体为：三电平anpc逆变器的外管和钳位管以调制波频率动作；三电平anpc逆变器的内管以载波频率动作。

9、上述进一步方案的有益效果为：考虑到三电平anpc逆变器中每个功率器件的损耗，得到的外管高频换流模式和内管高频换流模式降低了功率器件损耗均衡的难度。

10、进一步地，所述步骤s2具体为：

11、s201、根据黄金分割法，设置单谷区间；

12、s202、根据单谷区间得到单谷函数：

13、

14、p(x)＝pt+pd

15、pt＝pcon,t+psw,t

16、pd＝pcon,d+prec,d

17、pcon,t＝vcesic

18、pcon,d＝vdsid

19、psw,t＝fswesw,t(ic)

20、prec,d＝fswerec,d(id)

21、其中，为单谷函数，表示结温差，x为外管高频换流模式的占比；p(x)为外管高频换流模式占比为x的情况下的igbt损耗；t(p(x))1为外管高频换流模式占比为x的情况下igbt内部最高的器件结温；t(p(x))2为外管高频换流模式占比为x的情况下igbt内部次高的器件结温；a为单谷区间起点，初始值为0；b为单谷区间终点，初始值为1；pt为igbt损耗；pd为二极管损耗；pcon,t为igbt导通损耗；psw,t为igbt开关损耗；pcon,d为二极管导通损耗；prec,d为二极管开关损耗；vces为igbt导通压降；ic为igbt负载电流；vds为二极管导通压降；id为二极管负载电流；esw,t(·)为igbt开关损耗计算公式；erec,d(·)为二极管开关损耗计算公式；fsw为igbt开关频率；

22、s203、选择第一试探点和第二试探点；

23、s204、根据单谷函数，分别计算第一试探点的单谷函数值和第二试探点的单谷函数值；

24、s205、判断单谷区间是否小与于设定阈值，若是，得到外管高频换流模式和内管高频换流模式达到损耗均衡的最佳分配比例，否则根据第一试探点的单谷函数值和第二试探点的单谷函数值，确定新的单谷区间，并返回步骤s202。

25、上述进一步方案的有益效果为：根据黄金分割法获取最佳分配比例，考虑到了外管高频换流模式和内管高频换流模式下的损耗分布，降低了最佳分配比例的寻优复杂度，并以最高结温和次高结温差为单谷函数，降低各器件损耗不均衡度。

26、进一步地，所述步骤s203中第一试探点和第二试探点满足约束条件：

27、

28、x1<x2

29、其中，x1为第一试探点；x2为第二试探点；λ为分割比例，为固定值。

30、上述进一步方案的有益效果为：始终以同一分割比例确定第一试探点和第二试探点的距离，不断缩小求值区间，降低了寻优复杂度。

31、进一步地所述步骤s205中根据第一试探点的单谷函数值和第二试探点的单谷函数值，确定新的单谷区间具体为：若第一试探点的单谷函数值大于第二试探点的单谷函数值，则将单谷区间的起点更新为第一试探点的值，单谷区间的终点保持不变；若第一试探点的单谷函数值小于或等于第二试探点的单谷函数值，则将单谷区间的终点更新为第二试探点的值，单谷区间的起点保持不变。

32、上述进一步方案的有益效果为：不断以同一分割比例缩小极小值点的寻值区间，在小范围的搜索内，保证了寻优的可靠度和稳定性，同时，避免了收敛时间过长的问题。

技术特征：

1.一种三电平anpc逆变器损耗均衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述三电平anpc逆变器损耗均衡控制方法，其特征在于，所述步骤s1中外管高频换流模式具体为：三电平anpc逆变器的外管和钳位管以载波频率动作；三电平anpc逆变器的内管以调制波频率动作；

3.根据权利要求1所述三电平anpc逆变器损耗均衡控制方法，其特征在于，所述步骤s2具体为：

4.根据权利要求3所述三电平anpc逆变器损耗均衡控制方法，其特征在于，所述步骤s203中第一试探点和第二试探点满足约束条件：

5.根据权利要求4所述三电平anpc逆变器损耗均衡控制方法，其特征在于，所述步骤s205中根据第一试探点的单谷函数值和第二试探点的单谷函数值，确定新的单谷区间具体为：若第一试探点的单谷函数值大于第二试探点的单谷函数值，则将单谷区间的起点更新为第一试探点的值，单谷区间的终点保持不变；若第一试探点的单谷函数值小于或等于第二试探点的单谷函数值，则将单谷区间的终点更新为第二试探点的值，单谷区间的起点保持不变。

技术总结
本发明公开了一种三电平ANPC逆变器损耗均衡控制方法，属于逆变器损耗均衡控制领域，该方法包括根据三电平ANPC逆变器，得到外管高频换流模式和内管高频换流模式；根据黄金分割法，计算外管高频换流模式和内管高频换流模式达到损耗均衡的最佳分配比例；使三电平ANPC逆变器按照最佳分配比例切换外管高频换流模式和内管高频换流模式，实现三电平ANPC逆变器损耗均衡控制。本发明解决了三电平ANPC逆变器功率器件损耗不均的问题。

技术研发人员：刘东,王涛,王伟,杨广志
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14