專利名稱：一種t字型三電平逆變器中控制退飽和檢測保護電路的方法
—種T字型三電平逆變器中控制退飽和檢測保護電路的方技術領域
本發(fā)明屬于電力電子設備技術領域，具體涉及一種T字型三電平逆變器中退飽和 檢測保護電路的控制方法。
背景技術：
近年來，以光伏發(fā)電為代表的太陽能發(fā)電技術受到各國大規(guī)模的推廣和支持，中 國“十二五”規(guī)劃計劃到2015年中國光伏裝機總容量將達40GW以上。逆變器作為光伏發(fā) 電系統(tǒng)中的最重要環(huán)節(jié)，直接決定了光伏發(fā)電的效率和可靠性。隨著三電平逐漸取代兩電 平逆變器，逆變器的效率、輸出電能質量都有大幅度的提高，同時也面臨著更為復雜的控制 電路和更高的可靠性要求。
在目前的三電平逆變器中，通常設置有三級短路保護方式，分別為IGBT的退飽 和檢測保護，軟件限流保護以及硬件保護(如斷路器)。但是，由于三電平逆變器的電流換向 行為較為復雜，并且國家標準UL1741要求并網逆變器在低壓穿越(LVRT)情況下能夠輸出 無功，所以其短路保護需要更為可靠的電路設計和控制方法。
一般而言IGBT的退飽和檢測保護速度較快(低于10us)，且退飽和檢測電路通常 集成于驅動芯片內，因此該檢測保護方法廣泛地使用于逆變系統(tǒng)中。退保和檢測保護電路 的輸入信號為IGBT的端電壓值，而IGBT的端電壓值在飽和區(qū)內，與電流幾乎成線性關系。 當發(fā)生過流或短路時，IGBT的端電壓隨著電流的增加而上升，當大于退飽和檢測保護電路 的給定閾值時，則保護電路判斷為過流或短路故障，從而進行保護動作。但該端電壓值在 T字型三電平逆變器電流換向過程中容易受到其他IGBT及換流的影響，出現(xiàn)電路振蕩等現(xiàn) 象。這些現(xiàn)象會造成端電壓上升，導致驅動芯片誤判斷誤觸發(fā)，從而進行誤短路保護動作， 影響三電平逆變器的正常運行，降低了系統(tǒng)可靠性。
本發(fā)明實現(xiàn)了一種控制T字型三電平逆變器中退飽和檢測保護電路的方法，能有 效的避免誤觸發(fā)的情況，提高整個系統(tǒng)的短路保護可靠性。發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對開關器件換流過程中，電壓分配和并聯(lián)二極 管的反向恢復導致的IGBT端電壓振蕩，以及在輸出電流換向過程中，開關管自身性能導致 的端電壓上升，進而引發(fā)退飽和檢測保護電路的誤觸發(fā)這一故障現(xiàn)象，提出一種T字型三 電平逆變器中控制退飽和檢測保護電路的方法。
本發(fā)明采用的技術方案的思想是該方法通過分析T字型三電平逆變器的輸出電 流和電壓，判斷逆變器的輸出狀態(tài)及電流換向狀態(tài)，數(shù)字信號處理器根據(jù)不同的輸出狀態(tài) 和換向狀態(tài)生成相應的控制信號使得驅動芯片或電路的退飽和檢測保護電路功能被激活 或抑制。
判斷逆變器的輸出狀態(tài)有四種，分別為I區(qū)(v>0，i>0)、II區(qū)(v>0，i〈0)、III區(qū)(v〈0，i〈O )或IV區(qū)(v〈0，i>0 )，電流換向狀態(tài)有兩種，分別為從正向換向到負向及從負向換向到正向。激活或抑制退飽和檢測保護電路功能的使能控制信號由數(shù)字信號處理器生成并輸出，由開關的驅動芯片或電路接收并執(zhí)行。當退飽和檢測保護電路功能被激活時，驅動芯片或電路能夠對開關進行正常的退飽和檢測。當退飽和檢測保護電路功能被抑制時，驅動芯片或電路不能對開關進行正常的退飽和檢測，以實現(xiàn)避免電流換流換向情況下LC振蕩、開關內阻過大造成的退飽和檢測誤觸發(fā)。數(shù)字信號處理器生成并輸出退飽和檢測功能使能控制信號的速度大于各開關管的開關速度。
本發(fā)明提出的T字型三電平逆變器中控制退飽和檢測保護電路的方法，具體步驟如下(1):由電壓傳感器采樣逆變器的輸出電壓信號，電流傳感器采樣逆變器的輸出電流信號;(2):將采樣到的電壓信號和電流信號依次經濾波電路、放大比較電路處理后，送入數(shù)字信號處理器中；(3):數(shù)字信號處理器接收到信號后對其進行計算分析，判斷輸出電流及輸出電壓的方向，確定逆變器輸出狀態(tài)是處于I區(qū)(v>0，i>0)、II區(qū)(v>0，i〈0)、III區(qū)(v〈0，i〈0)或IV區(qū) (v<0, i>0);其中v表示電壓，i表示電流；(4):輸出狀態(tài)判斷結束后，分析此刻電流是否小于最大電流的1%，即是否滿足Iil < 11^1 ；(5):若判斷結果為不滿足，則對退飽和檢測電路進行模式為Xl的控制信號生成并輸出，其中X代表I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)、IV區(qū)，各驅動芯片或電路接受到該信號，以控制激活或抑制各個開關管的退飽和檢測保護電路功能，輸出完成后返回到步驟(4)； (6):若判斷結果為滿足，則繼續(xù)判斷輸出電流是否向零逼近，即是否滿足卩++|<卩|。若不滿足，就對退飽和檢測電路進行模式為Xl的控制信號生成并輸出，輸出完成后返回到步驟(5);若滿足，則對退飽和檢測電路進行模式為X2的控制信號生成并輸出，各驅動芯片或電路接受到該信號，以激活或抑制各個開關管的退飽和檢測保護電路功能，輸出完成后對采樣電流進行分析，判斷輸出電流i是否換向；其中X代表I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)、IV區(qū)；(7):若判斷電流出現(xiàn)換向，則返回步驟(3)，重新進行輸出狀態(tài)判斷；(8):若判斷電流未出現(xiàn)換向，則繼續(xù)保持模式為X2的控制信號生成并輸出，其中X代表I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)、IV區(qū)；當輸出狀態(tài)為I區(qū)及II區(qū)時，模式為XK即為I I和II I)的控制信號，重點控制開關管 S2 (該開關管同與負電極連接的開關管為互補開關管)的退飽和檢測保護電路的激活狀態(tài)。 而當輸出狀態(tài)為III區(qū)及IV區(qū)時，模式為Xl (即為IIIl和IV I)重點控制開關管S3 (該開關管同與正電極連接的開關管為互補開關管)的退飽和檢測保護電路的激活狀態(tài)。而模式為X2的控制信號，在任何輸出狀態(tài)下，即不論是I 2、II 2、1112和1￥2，都將同時控制52和S3的退飽和檢測保護電路的激活狀態(tài)。
本發(fā)明的優(yōu)點在于解決了 T字型三電平逆變器中采用退飽和檢測帶來的誤檢測問題，提高了系統(tǒng)的可靠性。


圖1為一種T字型三電平逆變器中控制退飽和檢測保護電路的方法的流程圖；圖2為一種T字型三電平逆變器中控制退飽和檢測方法系統(tǒng)示意圖；圖3為一種T字型三電平逆變器輸出狀態(tài)示意圖；圖4為一種開關管IGBT的退飽和檢測使能電路實施例簡圖；圖5為在輸出狀態(tài)為I區(qū)(或II區(qū))且不滿足時的控制退飽和檢測保護電路的時序圖；圖6為在輸出狀態(tài)為I區(qū)(或II區(qū))且滿足Iil < 1%|1_|及U < Iil時的控制退飽和檢測保護電路的時序圖；圖7為在輸出狀態(tài)為III區(qū)(或IV區(qū))且不滿足卩I時的控制退飽和檢測保護電路的時序圖8為在輸出狀態(tài)為III區(qū)(或IV區(qū))且滿足及|〗++| < Iil時的控制退飽和檢測保護電路的時序圖；其中圖2中S1、S2、S3、S4為開關管IGBT (SI和S3互補，S2和S4互補)，Cp、Cn為分壓電容，Vpv為光伏板電壓，Lf、Cf為濾波電路中的電感及電容，Vgrid為輸出并網，Rload 為輸出負載，Driverl、Driver2、Driver3及Driver4為各開關管IGBT的驅動電路(集成退飽和檢測電路)，P、D分別為光伏板電壓正負電極。
圖4Vsat_ref為退飽和檢測電路參考電壓，D1、D2及D3為快恢復二極管，Cb為控制死區(qū)時間的電容，Rp為下拉電阻，Sf為超快速開關，VG為驅動電壓。Sf作為驅動外圍電路接受處理器的控制信號，并進行相應動作對退飽和檢測進行使能控制。
圖5中to為數(shù)字信號處理器判斷輸出狀態(tài)為I區(qū)(或II區(qū))且不滿足卩的時刻，td為死區(qū)時間，tcl、tc2分別為控制Sf2的導通時間，Sfl、Sf2、Sf3及Sf4是控制各超快速開關的信號，PWM1、PWM2。PWM3及PWM4是各開關管的開斷信號。
圖6中tl為在輸出狀態(tài)為I區(qū)(或II區(qū))檢測到Iil且U < 1丨1的時刻， t2為檢測到電流i發(fā)生換向的時刻。
圖7中t3為數(shù)字信號處理器判斷輸出狀態(tài)為III區(qū)(或IV區(qū))且不滿足 iiu mi的時刻。
圖8中t4為輸出狀態(tài)為III區(qū)(或IV區(qū))檢測到且|i++l<W的時刻， t5為檢測到電流i發(fā)生換向的時刻。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。
實施例1本發(fā)明的特征在于處理器分析采集到的T字型三電平逆變器輸出電感電流及輸出電壓后，進行輸出狀態(tài)及電流過零狀態(tài)判斷，進一步根據(jù)不同的狀態(tài)控制各開關管退飽和檢測電路的開斷。
具體過程是(I)采樣電路對輸出電感電流及輸出電壓進行采樣，采樣信號經濾波放大比較電路后， 由數(shù)字信號處理器捕捉并分析，以判斷當下輸出狀態(tài)是處于I區(qū)(v>0，i>0), II區(qū)(v>0， i〈0)、III 區(qū)(v〈0，i〈0)或者是IV區(qū)(v〈0，i>0)。
(2)若數(shù)字信號處理器判斷三電平逆變器的輸出狀態(tài)處于I區(qū)，則進一步判斷此時下式是否成立
權利要求
1.T字型三電平逆變器中控制退飽和檢測保護電路的方法，其特征在于具體步驟如下 (1):由電壓傳感器采樣逆變器的輸出電壓信號，電流傳感器采樣逆變器的輸出電流信號; (2):將采樣到的電壓信號和電流信號依次經濾波電路、放大比較電路處理后，送入數(shù)字信號處理器中； (3):數(shù)字信號處理器接收到信號后對其進行計算分析，判斷輸出電流及輸出電壓的方向，確定逆變器輸出狀態(tài)是處于I區(qū)(v>0，i>0)、II區(qū)(v>0，i〈0)、III區(qū)(v〈0，i〈0)或IV區(qū)(v<0, i>0);其中v表示電壓，i表示電流； (4):輸出狀態(tài)判斷結束后，分析此刻電流是否小于最大電流的1%，即是否滿足m隱-1 ； (5):若判斷結果為不滿足，則對退飽和檢測電路進行模式為Xl的控制信號生成并輸出，其中X代表I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)、IV區(qū)，各驅動芯片或電路接受到該信號，以控制激活或抑制各個開關管的退飽和檢測保護電路功能，輸出完成后返回到步驟(4)； (6):若判斷結果為滿足，則繼續(xù)判斷輸出電流是否向零逼近，即是否滿足|〗++|<|〗|，其中i++為下個采樣時點的逆變器輸出電流信號；若不滿足，就對退飽和檢測電路進行模式為Xl的控制信號生成并輸出，輸出完成后返回到步驟(5);若滿足，則對退飽和檢測電路進行模式為X2的控制信號生成并輸出，各驅動芯片或電路接受到該信號，以激活或抑制各個開關管的退飽和檢測保護電路功能，輸出完成后對采樣電流進行分析，判斷輸出電流i是否換向；其中X代表I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)、IV區(qū)； (7):若判斷電流出現(xiàn)換向，則返回步驟(3)，重新進行輸出狀態(tài)判斷； (8):若判斷電流未出現(xiàn)換向，則繼續(xù)保持模式為X2的控制信號生成并輸出，其中X代表I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)、IV區(qū)；當輸出狀態(tài)為I區(qū)及II區(qū)時，模式為Xl (即為I I和II I)的控制信號，重點控制開關管S2的退飽和檢測保護電路的激活狀態(tài)，該開關管同與負電極連接的開關管為互補開關管，而當輸出狀態(tài)為III區(qū)及IV區(qū)時，模式為Xl即為IIIl和IV 1，重點控制開關管S3的退飽和檢測保護電路的激活狀態(tài)；開關管S3同與正電極連接的開關管為互補開關管，模式為X2的控制信號，在任何輸出狀態(tài)下，即不論是I 2、II 2、1112和IV2，都將同時控制S2和S3的退飽和檢測保護電路的激活狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種T字型三電平逆變器中控制退飽和檢測保護電路的方法。該方法包括以下步驟通過采樣、濾波、放大、比較電路后逆變器輸出電壓電流信號由數(shù)字信號處理器進行分析判斷，確定輸出電壓電流的方向；根據(jù)不同方向的電壓電流組合對其輸出狀態(tài)進行分類，分別為Ⅰ區(qū)(v>0，i>0)、Ⅱ區(qū)(v>0，i<0)、Ⅲ區(qū)(v<0，i<0)及Ⅳ區(qū)(v<0，i>0)；再判斷電流在每種狀態(tài)下的正負半周換向情況，包括從正向換向進入負向和從負向換向進入正向；在不同輸出狀態(tài)和電流換向情況下對開關的退飽和檢測電路進行使能邏輯控制；使能控制信號被各開關驅動芯片或外圍電路接受，使得退飽和檢測功能在逆變器換流及換向時交替激活抑制。該方法避免了在T字型三電平逆變器換流換向過程中，由于振蕩等因素引起的退飽和檢測電路誤觸發(fā)故障，有效提高了系統(tǒng)故障診斷的可靠性，從而保證電路正常工作。
文檔編號H02H7/122GK103022977SQ20121049905
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權日2012年11月30日
發(fā)明者孫耀杰, 林燕丹, 吳煜, 馬磊, 邱婧婧, 高源 申請人:復旦大學