ANPC三电平拓扑双脉冲试验的原理与实施

有源中性点钳位(ANPC)三电平拓扑凭借损耗低、谐波小、器件应力均衡的优势,已广泛应用于光伏逆变、SVG、储能变流器等各种电力电子设备。结合前文《ANPC拓扑的调制策略特点说明》所述可知,该拓扑具备两种完全不同的换流通道,分别为短换流通道与长换流通道,两类通道的寄生电感、开关应力、损耗特性差异极大。

ANPC短换流回路的高频换流路径紧凑,寄生杂散电感数值低,在大电流、高di/dt工况下,器件关断电压尖峰小,开关振荡微弱,器件瞬态电压应力低,可保障重载、额定工况下的高可靠性;而长换流模式的杂散电感较大,因此产生极高的器件关断电压尖峰与高频振荡,器件应力严苛。

基于两类换流通道的特性差异,必须针对性制定两套独立的双脉冲测试方案,分别完成工况考核。

一、短换流通道

上图所示为ANPC桥臂在输出功率因数为零时一个工频周期内输出电压及电流的波形,包含了ANPC工作时间的四种换流方式。

1.1 A时段(V>0,I>0)

1.2 D时段(V<0,I<0)

为A时段的互补工况:此时电压与电流方向相同,ANPC桥臂中点输出电平在-Vdc和0跳变。

1.3 B时段(V>0,I<0)

1.4 C时段(V<0,I>0)

为B时段的互补工况:此时电压与电流方向相反。

1.5 脉冲施加方式

|------|---------|----|----|----|----|---|---|---|---|---|----|
| A时段 | 电感位置 | T1 | T2 | T3 | T4 || T5 || T6 |||
| A时段 | AC-O | 脉冲 | 通 | 断 | 断 || 断 || 通 |||
| 换流路径 | T1/T2 ---> T5 / T2 |||||||||||
| 测试对象 | T1:开通及关断 D5:反向恢复 |||||||||||
| ||||||||||||
| B时段 | 电感位置 | T1 | T2 | T3 | T4 ||| T5 || T6 ||
| B时段 | AC-DC+ | 通 | 通 | 断 | 断 ||| 脉冲 || 断 ||
| 换流路径 | D2/T5--->D2/D1 |||||||||||
| 测试对象 | T5:开通及关断 D1: 反向恢复 |||||||||||
| ||||||||||||
| C时段 | 电感位置 | T1 | T2 | T3 | T4 || T5 || T6 |||
| C时段 | AC- DC- | 断 | 断 | 通 | 通 || 断 || 脉冲 |||
| 换流路径 | T6/D3 ---> D4 / D3 |||||||||||
| 测试对象 | T6:开通及关断 D4:反向恢复 |||||||||||
| ||||||||||||
| D时段 | 电感位置 | T1 | T2 | T3 | T4 | T5 ||||| T6 |
| D时段 | AC-O | 断 | 断 | 通 | 脉冲 | 断 ||||| 通 |
| 换流路径 | T3/T4---> T3/D6 |||||||||||
| 测试对象 | T4:开通及关断 D6: 反向恢复 |||||||||||
| | | | | | | | | | | | |

二、长换流通道

2.1 A时段(V>0,I>0)

2.2 B时段(V>0,I<0)

2.3 C时段(V<0,I<0)

2.4 D时段(V<0,I>0)

2.5 脉冲施加方式

|------|--------|----|----|----|----|---|---|---|---|---|----|
| A时段 | 电感位置 | T1 | T2 | T3 | T4 || T5 || T6 |||
| A时段 | AC-O | 通 | 脉冲 | 断 | 断 || 断 || 通 |||
| 换流路径 | T1/T2 ---> T6 / D3 |||||||||||
| 测试对象 | T2:开通及关断 D3:反向恢复 |||||||||||
| ||||||||||||
| B时段 | 电感位置 | T1 | T2 | T3 | T4 ||| T5 || T6 ||
| B时段 | AC-DC+ | 通 | 断 | 脉冲 | 断 ||| 断 || 通 ||
| 换流路径 | T3/D6--->D2/D1 |||||||||||
| 测试对象 | T3:开通及关断 D2/D1: 反向恢复 |||||||||||
| ||||||||||||
| C时段 | 电感位置 | T1 | T2 | T3 | T4 || T5 || T6 |||
| C时段 | AC- O | 断 | 断 | 脉冲 | 通 || 通 || 断 |||
| 换流路径 | T3/T4 ---> D2 / T5 |||||||||||
| 测试对象 | T3:开通及关断 D2:反向恢复 |||||||||||
| ||||||||||||
| D时段 | 电感位置 | T1 | T2 | T3 | T4 | T5 ||||| T6 |
| D时段 | AC-DC- | 断 | 脉冲 | 断 | 通 | 通 ||||| 断 |
| 换流路径 | D5/T2---> D4/D3 |||||||||||
| 测试对象 | T2:开通及关断 D3/D4: 反向恢复 |||||||||||

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