CN114421796A - 一种i型三电平拓扑的过流封波控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种I型三电平拓扑的过流封波控制方法，应用于I型三电平功率电路，所述I型三电平功率电路的输出端连接电感电流采样单元，所述电感电流采样单元的输出端连接电感过流保护比较单元，所述电感过流保护比较单元包括第一级过流保护比较电路及第二级过流保护比较电路，所述第一级过流保护比较电路及第二级过流保护比较电路的输出端连接封波单元；该I型三电平拓扑的过流封波控制方法让I型三电平光伏逆变器使用过程中功率管内管关断次数减少从而减小电压应力，同时消除正负母线不平衡，提高产品使用寿命。

Description

一种I型三电平拓扑的过流封波控制方法
技术领域
本发明涉及光伏逆变器设计技术，尤其涉及一种I型三电平拓扑的过流封波控制方法。
背景技术
现有光伏逆变器为了提高电网适应性，在电网出现闪变/扰动时，为了保证功率器件处于安全工作区，需要执行过流封波的动作。以目前常见的I型三电平拓扑为例，如图1所示，当达到逐波限流门限值时，会执行封波动作，目前的方案是先封外管再封内管，如图2所示，当发生过流时，内管会关断，由于内管关断时换流路径较大，所以每次逐波限流都会导致内管承受较大的应力，如图3所示；另外关断内管时，由于正负母线充放电回路发生变化，以正半周为例，会由正常的正半母线放电回路切换到负半母线充电，所以正半母线会下降/负半母线会上升，进而会导致正负半母线的不平衡如图4所示。
图1为I型三电平拓扑示意图，图2是现有技术逐波限流方案封波逻辑示意图，图3是现有技术逐波限流时内管产生电压应力示意图，图4是现有技术逐波限流方案时引起正负母线不平衡示意图。
现有逐波限流方案如图2所示，S1_ge、S2_ge、S3_ge、S4_ge是开关管S1、S2、S3、S4的驱动信号，S1_ge’、S2_ge’、S3_ge’、S4_ge’是S1、S2、S3、S4过流封波后的的驱动信号，ocp1是过流保护信号，当电感电流超过保护阈值时，ocp1信号会置低，当检测到ocp1信号为低时，外管S1立即关断，经过延时t2后，内管S2关断，在当前开关周期内不再开通。
内管关断时承受较大应力示意图如图3所示，以正半周PF＝1为例，出现逐波限流时，先关断外管S1再关断内管S2，S2关断后，由于电感电流不能突变，需要通过D3、D4续流，此时的换流回路是大换流路径，寄生电感较大，开关管S2上会产生较大的电压应力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种I型三电平拓扑的过流封波控制方法，该I型三电平拓扑的过流封波控制方法让I型三电平光伏逆变器使用过程中功率管内管关断次数减少从而减小电压应力，同时消除正负母线不平衡，提高产品使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明提供一种I型三电平拓扑的过流封波控制方法，应用于I型三电平功率电路，所述I型三电平功率电路的输出端连接电感电流采样单元，所述电感电流采样单元的输出端连接电感过流保护比较单元，所述电感过流保护比较单元包括第一级过流保护比较电路及第二级过流保护比较电路，所述第一级过流保护比较电路及第二级过流保护比较电路的输出端连接封波单元；
所述第一级过流保护比较电路及所述第二级过流保护比较电路用于判断所述电感电流采样电路的输出的电感电流IL是否触发过流，所述第一级过流保护比较电路及所述第二级过流保护比较电路依据电感过流保护比较单元的过流保护信号去对I型三电平功率电路的功率管的外管与内管进行分级封波。
优选地，所述第一级过流保护比较电路设置第一过流保护点Iocp1，所述第二级过流保护电路设置第二过流保护点Iocp2；
当第一级过流保护比较电路判断电感电流采样电路的输出的电感电流超过第一过流保护点Iocp1时，对封波单元输出执行封波信号，所述封波单元对I型三电平功率电路的功率管的外管执行封波动作；所述电感过流保护比较单元判断电流下降后不再向封波单元输出封波信号；封波单元执行功率管的外管封波后，所述第二级过流保护比较电路判断电感电流采样电路的输出的电感电流电流超过第二过流保护点Iocp2，则对封波单元输出执行封波信号，封波单元执行功率管的内管封波；
其中，所述第一过流保护点Iocp1小于第二过流保护点Iocp2。
优选地，所述的I型三电平拓扑电路包括第一电容C1、第二电容C2、开关管S1、开关管S2、开关管S3及开关管S4，二极管D1、二级管D2、二级管D3、二级管D4、二级管D5及二级管D6，所述开关管S1的集电极连接BUS+端及二极管的输出端，所述开关管S1的发射极连接所述功率管S2的集电极、二极管D1的输入端及二极管D5的输出端，所述功率管S2的集电极连接二极管D2的输出端及二极管D5的输出端，所述功率管S2的发射极连接二极管D2的输入端、电感L1及功率管S3的集电极，所述功率管S3的极电极连接电感L1、二极管D3的输出端，所述功率管S3的发射极连接功率管S4的集电极、二极D6的输入端，所述功率管S4的集电极连接二极管D4的输出端，所述功率管S4的发射极连接BUS-端及二极管D4的输入端，所述二极管D6输出端与二极管D5输入端连接，开关管S1及开关管S4为功率管外管，开关管S2及开关管S3为功率管内管。
优选地，所述第一级过流保护比较电路包括第一比较器，所述第一比较器的输入一端连接电感电流采样信号IL，所述第一比较器的输入另一端连接第一保护阈值Iocp1，所述第一比较器的输出信号连接封波单元；所述第二级过流保护比较电路包括第二比较器，所述第二比较器的输入一端连接电感电流采样信号IL，所述第二比较器的输入另一端连接第二保护阈值Iocp2，所述第二比较器的输出信号连接封波单元。
优选地，所述封波单元用于功率管的内管及外管时序的控制、死区控制、及最小脉宽限制，通过时序的控制、死区控制、及最小脉宽限制配合进行封波控制。
采用上述方法之后，I型三电平拓扑的过流封波控制方法，应用于I型三电平功率电路，所述I型三电平功率电路的输出端连接电感电流采样单元，所述电感电流采样单元的输出端连接电感过流保护比较单元，所述电感过流保护比较单元包括第一级过流保护比较电路及第二级过流保护比较电路，所述第一级过流保护比较电路及第二级过流保护比较电路的输出端连接封波单元；所述第一级过流保护比较电路及所述第二级过流保护比较电路用于判断所述电感电流采样电路的输出的电感电流IL是否触发过流，所述第一级过流保护比较电路及所述第二级过流保护比较电路依据电感过流保护比较单元的过流保护信号去对I型三电平功率电路的功率管的外管与内管进行分级封波；该I型三电平拓扑的过流封波控制方法让I型三电平光伏逆变器使用过程中功率管内管关断次数减少从而减小电压应力，同时消除正负母线不平衡，提高产品使用寿命。
附图说明
图1为本发明I型三电平拓扑的控制连接图；
图2为现有技术逐波限流方案封波的波形图；
图3为现有技术逐波限流时内管产生电压应力图；
图4为现有技术逐波限流引起正负母线不平衡图；
图5为本发明I型三电平拓扑的过流封波控制方法的第一级封波的波形图；
图6为本发明I型三电平拓扑的过流封波控制方法第一及第二两级全部封波的波形图；
图7为本发明I型三电平拓扑的过流封波控制方法过流封波仅封外管时正负母线电压变化图；
图8为本发明I型三电平拓扑的过流封波控制方法的两级过流封波连接框图；
图9为本发明I型三电平拓扑的过流封波控制方法的过流保护比较电路图；
图10为本发明I型三电平拓扑的封波单元的逻辑控制图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
请参阅图5至图7，图6为本发明I型三电平拓扑的过流封波控制方法第一及第二两级全部封波的波形图，图7为本发明I型三电平拓扑的过流封波控制方法过流封波仅封外管时正负母线电压变化图；本实施例公开了一种I型三电平拓扑的过流封波控制方法，应用于I型三电平功率电路，其特征在于，所述I型三电平功率电路的输出端连接电感电流采样单元，所述电感电流采样单元的输出端连接电感过流保护比较单元，所述电感过流保护比较单元包括第一级过流保护比较电路及第二级过流保护比较电路，所述第一级过流保护比较电路及第二级过流保护比较电路的输出端连接封波单元；
所述第一级过流保护比较电路及所述第二级过流保护比较电路用于判断所述电感电流采样电路的输出的电感电流IL是否触发过流，所述第一级过流保护比较电路及所述第二级过流保护比较电路依据电感过流保护比较单元的过流保护信号去对I型三电平功率电路的功率管的外管与内管进行分级封波。
在本实施例中，所述第一级过流保护比较电路设置第一过流保护点Iocp1，所述第二级过流保护电路设置第二过流保护点Iocp2；
当第一级过流保护比较电路判断电感电流采样电路的输出的电感电流超过第一过流保护点Iocp1时，对封波单元输出执行封波信号，所述封波单元对I型三电平功率电路的功率管的外管执行封波动作；所述电感过流保护比较单元判断电流下降后不再向封波单元输出封波信号；封波单元执行功率管的外管封波后，所述第二级过流保护比较电路判断电感电流采样电路的输出的电感电流电流超过第二过流保护点Iocp2，则对封波单元输出执行封波信号，封波单元执行功率管的内管封波；
其中，所述第一过流保护点Iocp1小于第二过流保护点Iocp2。
当电网出现闪变或扰动时，导致电感电流超过第一过流保护点Iocp1，第一级过流保护动作，执行功率管外管封波，如电感电流不上升至第二过流保护点Iocp2，则可以有效减少功率管内管在过流封波时的开关次数，避免功率管内管因关断而承受的电压应力。
在I型三电平拓扑中，正常工作时电感电流由BUS+端通过开关管S1、开关管S2、电感L1、第三电容C3回到BUSN端，正母线处于放电状态；当封波单元仅封外管时，电感电流由BUSN端流过二级管D5、二极管D2、电感L1、第三电容C3再回到BUSN端，正负母线电压不会有变化，如图7所示；而封波单元执行封完外管再封内管时，电流由BUS-端流出经二极管D4、二极管D3、电感L1、第三电容C3回到BUSN端，相当于给负半母线充电，会导致负母线电压升高。
在本实施例中，所述的I型三电平拓扑电路包括第一电容C1、第二电容C2、开关管S1、开关管S2、开关管S3及开关管S4，二极管D1、二级管D2、二级管D3、二级管D4、二级管D5及二级管D6，所述开关管S1的集电极连接BUS+端及二极管的输出端，所述开关管S1的发射极连接所述功率管S2的集电极、二极管D1的输入端及二极管D5的输出端，所述功率管S2的集电极连接二极管D2的输出端及二极管D5的输出端，所述功率管S2的发射极连接二极管D2的输入端、电感L1及功率管S3的集电极，所述功率管S3的极电极连接电感L1、二极管D3的输出端，所述功率管S3的发射极连接功率管S4的集电极、二极D6的输入端，所述功率管S4的集电极连接二极管D4的输出端，所述功率管S4的发射极连接BUS-端及二极管D4的输入端，所述二极管D6输出端与二极管D5输入端连接，开关管S1及开关管S4为功率管外管，开关管S2及开关管S3为功率管内管。
在本实施例中，第二级过流保护比较电路输出对封波单元解除封波的信号，先开通I型三电平功率电路的功率管内管，第一级过流保护比较电路输出对封波单元解除封波的信号，开通I型三电平功率电路的功率管外管。
在本实施例中，所述第一级过流保护比较电路包括第一比较器，所述第一比较器的输入一端连接电感电流采样信号IL，所述第一比较器的输入另一端连接第一保护阈值Iocp1，所述第一比较器的输出信号连接封波单元；所述第二级过流保护比较电路包括第二比较器，所述第二比较器的输入一端连接电感电流采样信号IL，所述第二比较器的输入另一端连接第二保护阈值Iocp2，所述第二比较器的输出信号连接封波单元。
请参阅图10，图10为本发明I型三电平拓扑的封波单元的逻辑控制图。所述封波单元用于功率管的内管及外管时序的控制、死区控制、及最小脉宽限制，通过时序的控制、死区控制、及最小脉宽限制配合进行封波控制。
该I型三电平拓扑的过流封波控制方法让I型三电平光伏逆变器使用过程中功率管内管关断次数减少从而减小电压应力，同时消除正负母线不平衡，提高产品使用寿命。
应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种I型三电平拓扑的过流封波控制方法，应用于I型三电平功率电路，其特征在于，所述I型三电平功率电路的输出端连接电感电流采样单元，所述电感电流采样单元的输出端连接电感过流保护比较单元，所述电感过流保护比较单元包括第一级过流保护比较电路及第二级过流保护比较电路，所述第一级过流保护比较电路及第二级过流保护比较电路的输出端连接封波单元；
所述第一级过流保护比较电路及所述第二级过流保护比较电路用于判断所述电感电流采样电路的输出的电感电流IL是否触发过流，所述第一级过流保护比较电路及所述第二级过流保护比较电路依据电感过流保护比较单元的过流保护信号去对I型三电平功率电路的功率管的外管与内管进行分级封波。
2.根据权利要求1所述的I型三电平拓扑的过流封波控制方法其特征在于，所述第一级过流保护比较电路设置第一过流保护点Iocp1，所述第二级过流保护电路设置第二过流保护点Iocp2；
当第一级过流保护比较电路判断电感电流采样电路的输出的电感电流超过第一过流保护点Iocp1时，对封波单元输出执行封波信号，所述封波单元对I型三电平功率电路的功率管的外管执行封波动作；所述电感过流保护比较单元判断电流下降后不再向封波单元输出封波信号；封波单元执行功率管的外管封波后，所述第二级过流保护比较电路判断电感电流采样电路的输出的电感电流电流超过第二过流保护点Iocp2，则对封波单元输出执行封波信号，封波单元执行功率管的内管封波；
其中，所述第一过流保护点Iocp1小于第二过流保护点Iocp2。
3.根据权利要求1所述的I型三电平拓扑的过流封波控制方法，其特征在于，所述的I型三电平拓扑电路包括第一电容C1、第二电容C2、开关管S1、开关管S2、开关管S3及开关管S4，二极管D1、二级管D2、二级管D3、二级管D4、二级管D5及二级管D6，所述开关管S1的集电极连接BUS+端及二极管的输出端，所述开关管S1的发射极连接所述功率管S2的集电极、二极管D1的输入端及二极管D5的输出端，所述功率管S2的集电极连接二极管D2的输出端及二极管D5的输出端，所述功率管S2的发射极连接二极管D2的输入端、电感L1及功率管S3的集电极，所述功率管S3的极电极连接电感L1、二极管D3的输出端，所述功率管S3的发射极连接功率管S4的集电极、二极D6的输入端，所述功率管S4的集电极连接二极管D4的输出端，所述功率管S4的发射极连接BUS-端及二极管D4的输入端，所述二极管D6输出端与二极管D5输入端连接，开关管S1及开关管S4为功率管外管，开关管S2及开关管S3为功率管内管。
4.根据权利要求3所述的I型三电平拓扑的过流封波控制方法，所述第一级过流保护比较电路包括第一比较器，所述第一比较器的输入一端连接电感电流采样信号IL，所述第一比较器的输入另一端连接第一保护阈值Iocp1，所述第一比较器的输出信号连接封波单元；所述第二级过流保护比较电路包括第二比较器，所述第二比较器的输入一端连接电感电流采样信号IL，所述第二比较器的输入另一端连接第二保护阈值Iocp2，所述第二比较器的输出信号连接封波单元。
5.根据权利要求3所述的I型三电平拓扑的过流封波控制方法，所述封波单元用于功率管的内管及外管时序的控制、死区控制、及最小脉宽限制，通过时序的控制、死区控制、及最小脉宽限制配合进行封波控制。
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