СПОСОБ БАЛАНСА НАПРЯЖЕНИЙ НА КОНДЕНСАТОРАХ ОДНОФАЗНОГО ТРЕХУРОВНЕВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ФИКСИРУЮЩИМИ ДИОДАМИ
METHOD OF BALANCE OF VOLTAGES ON CAPACITORS OF SINGLE-PHASE THREE-LEVEL CONVERTER WITH LOCKING DIODES

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления однофазным трехуровневым преобразователем с фиксирующими диодами при создании электротехнических систем, например при создании систем генерирования переменного тока.
Известен способ баланса напряжений на конденсаторах однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами (статья Wen Sheng Song, XiaoYun Feng и др. "A neutral point voltage regulation method with SVPWM control for single-phase three-level NPC converters" - Proceedings of the Conference on Vehicle Power and Propulsion, Harbin, September 3-5, 2008, PP. 1-4), при котором снимают информацию с датчика о переменном токе, проводят dq преобразование, определяют токи конденсаторов звена постоянного тока с учетом комбинаций состояния ключей, рассчитывают ток средней линии, рассчитывают разницу напряжений конденсаторов, рассчитывают времена перераспределения длительностей включения комбинаций состояния ключей, отвечающих за баланс напряжений конденсаторов, формируют импульсы управления соответствующими транзисторами.
В указанном способе недостатком является то, что каждая операция производится с погрешностью, что приводит к накапливанию ошибки и снижению точности способа управления однофазным трехуровневым преобразователем с фиксирующими диодами.
Кроме того, известен способ баланса напряжений на конденсаторах однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами (статья Zhang Zhi, Xie Yun-xiang, Huang Wei-ping и др. "A New SVPWM Method for Single-phase Three-level NPC Inverter and the Control Method of Neutral Point Voltage Balance" - Proceedings of the International Conference on Electrical Machines and Systems, Tokyo, November 15-18, 2009, PP. 1-4), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в том, что на такте широтно-импульсной модуляции выбирают комбинации состояний ключей, отвечающие за формирование задающего вектора, формируют импульсы управления согласно выбранным комбинациям состояний ключей, сформированные импульсы управления подают на входы транзисторов однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами.
В указанном способе недостатком является то, что на такте широтно-импульсной модуляции присутствуют временные интервалы, соответствующие комбинациям состояний ключей, не отвечающие за баланс напряжений на конденсаторах звена постоянного тока, что приводит к сокращению временных интервалов комбинаций состояний ключей, воздействующих на баланс напряжений конденсаторов и, следовательно, к уменьшению скорости баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами при реализации векторной широтно-импульсной модуляции, при котором устраняются временные интервалы, соответствующие комбинациям состояний ключей, не отвечающим за баланс напряжений на конденсаторах звена постоянного тока, что приводит к увеличению временных интервалов комбинаций состояний ключей, воздействующих на баланс напряжений конденсаторов и, следовательно, к увеличению скорости баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе баланса напряжений на конденсаторах однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами на такте широтно-импульсной модуляции выбирают комбинации состояний ключей, отвечающие за формирование задающего вектора, формируют импульсы управления согласно выбранным комбинациям состояний ключей, сформированные импульсы управления подают на входы транзисторов однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами, а из выбранных комбинаций состояний ключей исключают комбинации, которые не реализуют баланс напряжений на конденсаторах.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, реализующая предложенный способ баланса напряжений на конденсаторах однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами. На фиг. 2 представлена векторная диаграмма, поясняющая способ баланса.
Устройство (фиг. 1) содержит однофазный трехуровневый преобразователь с фиксирующими диодами (ОТП) - 1. В звене постоянного тока преобразователя 1 последовательно соединены конденсаторы С1 и С2 - 2 и 3. К данным конденсаторам подключены датчики напряжений конденсаторов 4, 5. Выходы датчиков 4 и 5 подключены к блоку 6 - схема вычисления разности напряжений конденсаторов С1 и С2. Блок 6 соединен со схемой выбора комбинаций состояния ключей - блок 7. Выход блока 7 соединен со входом блока широтно-импульсной модуляции - 8.
Способ баланса напряжений на конденсаторах ОТП осуществляется следующим образом: напряжения с конденсаторов С1 и С2 - 3 и 4 снимается датчиками 5, 6 и подаются на вход блока 6. В этом блоке вычисляют разницу напряжений конденсаторов С1 и С2. Результат вычисления подают в блок 7, где выбирают комбинации состояния ключей, отвечающие только за баланс напряжений конденсаторов звена постоянного тока С1 и С2. Данные комбинации состояний ключей поступают в блок 8, где формируют импульсы управления транзисторами ОТП для осуществления баланса напряжений на конденсаторах С1 и С2.
Таким образом, отсутствие комбинаций состояний ключей при формировании импульсов управления ОТП, не отвечающих за баланс напряжений на конденсаторах, является условием повышения скорости баланса напряжений конденсаторов С1 и С2.
Покажем это, проанализировав электромагнитные процессы в однофазном трехуровневом преобразователе.
При синтезе задающего вектора V* на такте широтно-импульсной модуляции в пределах первого сектора I (Фиг. 2) запишем в общем виде выражения для напряжений на конденсаторах С1 и С2
~
C1
C2
C10
C20
<mrow><msubsup><mi>T</mi><mrow><mn>21</mn></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>T</mi><mrow><mn>10</mn></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>T</mi><mrow><mn>20</mn></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
где i, Z - ток и комплексное сопротивление звена переменного тока, X и X - реактивное сопротивление конденсаторов, U, U - начальные средние значения напряжений на конденсаторах С1 и С2 соответственно.
,
,
- временные интервалы, относящиеся к комбинациям состояний ключей (2; 1), (1; 0) и (2; 0) на такте широтно-импульсной модуляции соответственно.
Скорость изменения напряжений на конденсаторах определяется как сумма приращений напряжений, отнесенная к интервалу времени
где N - номер сектора.
Определим приращение напряжений на конденсаторах С1 и С2 в первом секторе в виде
C10
C20
<mrow><msubsup><mi>T</mi><mrow><mn>21</mn></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>T</mi><mrow><mn>10</mn></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>T</mi><mrow><mn>21</mn></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>T</mi><mrow><mn>10</mn></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
Величина U - U отражает разницу начальных значений напряжений на конденсаторах.
,
- длительности подключения комбинаций состояний ключей, отвечающих за заряд и разряд конденсаторов. Соответственно, как видно из (4), на скорость баланса напряжений конденсаторов влияет величины
,
.
<mrow><msubsup><mi>T</mi><mrow><mn>21</mn></mrow><mi>I</mi></msubsup></mrow>
Соответственно, исключив из (4)
, увеличиться скорость изменения напряжений на конденсаторах, а следовательно, и скорость баланса.
Техническим результатом является создание способа баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами при реализации векторной широтно-импульсной модуляции, при котором устраняются временные интервалы, соответствующие комбинациям состояний ключей, не отвечающим за баланс напряжений на конденсаторах звена постоянного тока, что приводит к увеличению временных интервалов комбинаций состояний ключей, воздействующих на баланс напряжений конденсаторов и, следовательно, к увеличению скорости баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока.