电压型逆变器死区产生原因分析及对策
浅谈220kV变电站变压器保护配置中死区故障及解决方法
浅谈 220kV变电站变压器保护配置中死区故障及解决方法摘要：保护死区即保护装置保护不到的范围，对于死区故障的发生我们不能掉以轻心，要加强对速动继电保护的研究，并对其动作行为进行准确的控制，以达到快速切除死区短路故障的目的。
本文对220kV变电站变压器有关的继电保护动作特征与各侧死区故障的故障特征进行了分析，制定了几种保护方案来快速切除220kV变压器各侧死区故障，并对死区故障保护短延时的参数进行了研究。
关键字：220kV变压器；保护死区；故障；解决方法为了提升可靠性，电力系统必须装设继电保护装置。
但由于受制于元件特性和数量，各种保护的范围存在着盲区，当在这些盲区中发生故障，就会造成变死区故障。
死区故障将导致保护不能够在允许的时间内切除故障，将使电力设备长时间处于故障电流之下，严重影响系统的安全性和稳定性。
220kV变压器侧电流互感器与断路器之间出现短路故障，但是若故障发生位置处于变压器差动保护范围内，尽管该侧母线差动保护跳开变压器侧断路器，然而还是存在故障问题，因此需要借助变压器电源侧后备保护将故障切除，该后备保护动作时间比较长，因此容易损坏变压器。
所以需要应用快速切除继电保护方案处理故障问题。
1、220kV变压器各侧死区故障1.1、220kV变压器各侧的死区故障一般来讲，如果变压器有运行的几个电压等级通过断路器、TA、隔离开关组成的间隔设备与外电路设备连接，若变压器某一侧断路器只有变压器这侧有TA，而母线侧没有TA，那么，可能就有几个变压器死区故障位置。
也就是说，如果有两个运行电压等级经断路器间隔设备和外电路设备连接，就最少有两个死区故障位置；如果有三个运行电压等级经断路器间隔设备与外电路设备连接，就最少有三个死区故障位置。
220kV变压器不但在中压侧有死区故障，而且在变压器高压侧和低压侧也有死区故障。
1.2、220kV变压器死区故障的特征1.2.1、220kV和110kV侧死区故障的特征（1）220kV侧死区故障的特征当变压器的220kV高压侧发生“死区”故障时，“死区”故障在高压侧的母线差动保护范围之内，此时，由高压侧的母线差动保护跳开所有断路器，若变压器中低压侧存在电源，则故障电流并不能消失，此时，故障并不能及时切除。
逆变器中死区效应及其补偿策略分析
责任编辑 :李光辉
(上接 第 71 页) 聚 集 在 载 波 频 率 f c 及 其 倍 数 1 Nf c 、 2 Nffc 、3 Nfc 等周围并形成边带 ,低次谐波含量极小 。 死区时间的存在 ,使逆变器输出电压中出现了丰富 的低次谐波 。这些低次谐波主要是奇次谐波 ,只有 当载波比是偶数时 ,才会引入偶次谐波 ,由死区时间 带来的 n 次谐波的幅值可通过但式 (4) 得到 。偏差 电压带来了一系列的谐波电压分量 ,且这些谐波幅 值只与桥臂电压和死区时间以及载波频率有关 。
uer
=
4ΔU π
(cos ( ω1 t)
+
1 3
cos (3ω1 t)
+
1 5
cos (5ω1 t)
+
1 7
cos
(7ω1
t)
+ Λ)
(4)
死区对逆变器的输出的影响可以从以下两方面
来分析 :
①死区对基波的影响 ,由图 2 可知 ,死区所形成
的偏差电压始终与逆变器输出电流 i ( t) 反相 。当负 载的功率因数角为φ时 ,以电流的方向为参考相量 ,
Abstract : The effects of the dead - time on the output voltage waveforms of thePWM inverter are analyzed. The dead - time effect is evaluated by averaging the voltage deviation over a half cycle of the inverter. The compensation methods of the dead - time effect are studied.
三相SVPWM逆变器死区时间的硬件保护
三相SVPWM逆变器死区时间的硬件保护郭天娇;付成伟;高明;刘洋【摘要】A hardware protection circuit based on the research of inverter principle and dead-time mechanism is presented on the basis of existing inverter protection measures. If detects and controls the PWM input drive signal of the inverter by using the RC transient circuits and logic gate circuits. This circuit can ensure the safety of the inverter and the load by preventing the input singal to add to the inverter when the dead-time is too long or too short. Multisim simulation and experimental results demonstrate the effectiveness, and feasibility of the described protection measures.%基于逆变器工作原理和死区产生机理的研究,在现有逆变系统保护措施的基础上,提出了一种硬件保护电路.利用RC暂态电路和逻辑门电路等器件,对逆变器输入端的PWM驱动信号进行检测控制.当输入信号的死区时间过短或过长时,该电路能防止其加载到逆变器上,保证了逆变器和负载的安全.Multisim仿真和实验结果验证了所速保护措施的有效性和可行性.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)020【总页数】4页(P189-191,194)【关键词】逆变器;死区时间;硬件保护;SVPWM【作者】郭天娇;付成伟;高明;刘洋【作者单位】吉林大学物理学院,吉林长春 130012;吉林大学物理学院,吉林长春130012;吉林大学物理学院,吉林长春 130012;吉林大学物理学院,吉林长春130012【正文语种】中文【中图分类】TN911-34;TM464逆变电路在电力电子设备中占据非常重要的位置，作为将直流电转化为交流电的装置，在电机调速变频、高频开关电源、有源滤波等方面有着广泛的应用。
死区补偿总结
死区补偿技术清华大学电机系 缪学进1 引言微处理和电力电子技术的迅速发展，极大地促进了PWM技术的发展和应用，各种PWM 交流传动技术在工农业生产、国防和日常生活中得到了广泛的应用。
我们知道，任何固态的电子开关器件都具有一定的固有开通和关断时间。
对于确定的开关器件，固有开通和关断时间内输出信号是不可控制的。
三相桥式逆变器系统中，同一桥臂上的两个开关器件工作于互补状态。
由于一般开关器件的开通时间小于关断时间，因此，如果将互补的控制信号加到同一桥臂上两个开关器件的控制极上，那么这两个开关器件将会发生“直通”，其后果非常严重。
所以目前的逆变器系统广泛采用时间延迟的控制技术即将理想的PWM控制信号上升沿或下降沿延迟一段时间，在这段时间内输出信号是不可控的，这就是死区时间[1]。
死区的存在使逆变器不能完全精确复现控制信号的波形，输出电压产生幅值和相位的误差。
由于死区的作用，每一个调制周期内引起的微小畸变经积累后，必然会使逆变器的输出电流波形产生畸变，它不但会降低基波幅值，而且会产生低次谐波，直接影响电动机在低速下的运行性能。
过去为了消除死区的影响，通常采用硬件和软件相结合的解决方案，但硬件补偿方法存在着检测精度差、滞后以及实现困难等问题。
微处理器在电机控制中的应用使死区补偿变得容易，尤其是TI公司的专为电机控制设计的2000系列处理器（如TMS320F240、TMS320LF2407、TMS320F2812等）在芯片内部集成了专门的硬件电路进行死区补偿，减少了电压误差，可以获得满意的效果。
2 死区效应分析三相电压型逆变器的基本构成如图 1 所示，与电流型逆变器相比，电压型逆变器可以提高逆变器的开关频率，有利于快速控制和抑制逆变器噪声，并且输出阻抗小，适合于交流电机调速控制。
为了防止逆变器区桥臂的上下功率开关发生直通，在上下功率开关改变状态时必须插入死区时间，即先将已开通的功率管关断，插入一定的死区延时，再开通另一个处于关断状态的功率管。
什么是“死区时间”？如何减小IGBT的死区时间
什么是“死区时间”？如何减小IGBT的死区时间在现代工业中，采用IGBT器件的电压源逆变器应用越来越多。
为了保证可靠的运行，应当避免桥臂直通。
桥臂直通将产生不必要的额外损耗，甚至引起发热失控，结果可能导致器件和整个逆变器被损坏。
下图画出了IGBT一个桥臂的典型结构。
在正常运行时，两个IGBT 将依次开通和关断。
如果两个器件同时导通，则电流急剧上升，此时的电流将仅由直流环路的杂散电感决定。
图1 电压源逆变器的典型结构当然，没有谁故意使两个IGBT同时开通，但是由于IGBT并不是理想开关器件，其开通时间和关断时间不是严格一致的。
为了避免IGBT桥臂直通，通常建议在控制策略中加入所谓的“互锁延时时间”，或者通常叫做“死区时间”。
这意味着其中一个IGBT要首先关断，然后在死区时间结束时再开通另外一个IGBT，这样，就能够避免由开通时间和关断时间不对称造成的直通现象。
1. 死区时间对逆变器工作的影响死区时间一方面可以避免桥臂直通，另一方面也会带来不利影响。
以图2为例，首先假设输出电流按图示方向流动，而IGBT T1由开通到关断，经过一小段死区时间后IGBT T2由关断到开通。
在有效死区时间内，两个开关管都是关断的，且续流二极管D2流过输出电流。
此时负的直流电压加在输出侧，此时电压极性符合设计的要求。
考虑另一种情况，T1由关断到开通，而T2由开通到关断，此时，由于电流还是沿着同一个方向，这一电流在死区时间依然流过，因此输出电压还是为负值，此时电压极性不是设计希望得到的。
结论可以总结如下：在有效死区时间里，输出电压由输出电流决定，而非控制信号。
图2 电压源逆变器的一个桥臂如果我们假设输出电流的方向与图2所示相反，那么当T1由开通到关断，而T2由关断到开通时，也同样会出现类似上述情况。
因此一般情况下，输出电压与输出电流会随着死区时间的加入而失真。
如果我们选择过大的死区时间，对于感应电机的情况，系统将会变得不稳定。
PWM型逆变器死区问题的解决
电源技术 ＜ ２００８年５月２０■＜阿城继电器股份有限公司电源公司 李文全引言PWM 电压型逆变器广泛地应用于交流变速传动系统和不停电电源中。
逆变器的输出电压波形的质量尤为重要。
理想的电压波形通常为纯正的正弦波，但实际上在输出级存在着是输出波形畸变的固有源，因而输出波形存在较大的畸变。
其中一个重要的畸变根源是同一桥臂上、下两个器件在开关过程中必有一个死区时间，以防止桥臂直接短路。
另外一些根源如开关器件的导通压降、开关时间等。
每个PWM 调制周期内引起的微小畸变经积累后，会引起输出电压波形较大的畸变，降低基波幅值，改变低次谐波含量，曾加电机的谐波损耗。
因此必须对逆变器的死区问题进行补偿。
在死区期间，逆变器输出的电压不受逻辑信号控制，而是有输出电流的极性确定，通过反馈二极管嵌位在直流回路的正侧或负侧。
因此电流极性的检测是死区补偿的关键技术。
本文对死区时间引起的逆变器输出电压畸变进行了详细分析，给出了电流极性检测方法和死区效应的电压补偿方法。
1 PWM逆变器死区效应的分析不失一般性，以逆变器其中的一个桥臂A 相为例（如图1）。
在死区期间，上、下两个功率器件均不导通，只有一个二极管导通续流。
若电流流向负载，则下面的二极管导通；反之，上面的二极管导通。
控制信号与电压波形如图2所示。
对于i>0(流向负载)而言，如图2（a ）、（b ）、(d)所示。
当A -信号在T 1时刻关断，延时死区时间T d 后，A +变为高电平（图2d ）;在T 2时刻A +变为低电平，延时T d 后A -变为高电平（图2b ）,此时电压U AN 时电压U AN 经过开关管的关断时间t off 后变为低电平（图2d ）。
因而U AN 为高值的实际时间是T 2 –T 1 +T off –T on –T d ,标准时间应为T 2 –T 1，因而，死区时间和开关管共同引起的导通时间误差为T err = T off –T on –T d (1)同理，当时 i<0时，由图2（a 、b 、c ）可得时间误差为T err = -(T off –T on –T d ) (2)因此误差时间为T err= sign(i)(T off–T on –T d ) (3)其中sign(i)=PWM型逆变器死区问题的解决摘要：本文对ＰＷＭ电压型逆变器的死区问题提出了一种实时补偿方法，设计了电流瞬时值过零点的检测方法，该方法简单易行，可适用于变压变频调速系统中。
逆变器 过零 死区补偿
逆变器过零死区补偿全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：逆变器是一种电子器件，能够将直流电转换为交流电。
在逆变器中，过零是一个重要概念，而死区补偿则是一种常见的技术手段。
本文将对逆变器、过零和死区补偿进行详细介绍。
一、逆变器逆变器是一种将直流电转换为交流电的电子装置，它可以将直流电源转换为交流电源，以实现在交流负载上的供电。
逆变器的应用十分广泛，常见于太阳能发电系统、风能发电系统、电动汽车等领域。
逆变器的工作原理是通过将直流电源转换成包含多个不同频率的交流电源，这样可以满足不同负载的需求。
逆变器一般由开关元件、控制电路和输出滤波电路组成。
开关元件可以是晶闸管、二极管、场效应管等，控制电路负责控制开关元件的开关时间，输出滤波电路用于过滤输出电压的谐波。
二、过零在交流电波形中，过零指的是电压或电流的数值等于零的瞬间。
过零是一个重要的概念，因为在逆变器中，为了确保电路的正常工作，需要在逆变器输出波形的每个周期的开始和结束点都保证是零电压状态。
这样可以避免电路在开关时产生过大的峰值电流，从而保护电路元件不被过载。
为了实现过零，通常需要在控制逆变器的开关元件时，对电压或电流信号进行检测，当信号经过零点时，及时进行切换，以确保输出波形的平稳过渡。
通过精确的过零控制，可以有效地降低逆变器的谐波失真，提高输出波形的质量。
三、死区补偿在逆变器的控制过程中，死区是一个常见的难题。
死区指的是开关元件在切换时存在一段时间的延迟，这段延迟时间内开关元件同时导通或者同时关断，会导致电路出现短路或断路的情况。
这种现象会导致输出波形的失真，降低逆变器的效率和稳定性。
为了解决死区带来的影响，通常采用死区补偿技术。
死区补偿通过在控制电路中引入一个补偿信号，可以在开关元件切换时适当提前或延迟一定时间，从而避免开关元件同时导通或关断的情况发生。
这样可以有效地消除死区对输出波形的影响，保证逆变器的正常工作。
在现代逆变器设计中，通常会结合过零和死区补偿技术，以提高逆变器的性能和可靠性。
永磁同步电机逆变器死区补偿技术
永磁同步电机逆变器死区补偿技术现今工业伺服驱动中多采用驱动永磁同步电动机(PMSM)的交流伺服系统，其交流驱动单元使用三相全桥电压型逆变器。
PWM调制的变频控制技术实现了对交流电机动态转矩的实时控制，大大提高了伺服系统的控制性能。
然而，对于PWM逆变器，在驱动功率管的开关信号中插入延时时间以防止直流母线直接短路，延时时间的引入将导致死区时间效应，引起逆变器输出波形的畸变和基波电压的降落，影响了伺服系统性能的进一步提高。
为补偿Td引起的电压波动，研究人员提出了各种补偿方法，大致可划分为三类。
最普遍的方法是在电流极性相同的区间内，根据缺少的脉冲列相应加上极性相反的脉冲列，以抵消其影响。
由于三相电流必有一相与另两相极性相反，一种简单的方法是对极性相反的相实行二倍的电压过补偿，使三相电压死区影响相互抵消，线电压波形为正弦形。
详细分析了死区产生的原因和影响，并根据模拟调制和数字调制分别给出了死区的硬件电路补偿方法。
文献[3]根据全桥电路的开关状态，提出了一种带死区补偿的逆变器数学模型，该模型的特点是由简单的滞环结构组成，根据此模型可由一计算公式实现死区补偿。
第二类方法是根据无效器件原理实现死区补偿的。
在任意时刻，逆变器每一桥臂两个功率器件中只有一个是有效的。
当上桥臂器件关断时，不论下桥臂器件是否导通，输出电压都是直流母线的负端电压，此时称下桥臂器件是“无效”的。
死区补偿的办法是，维持有效器件的驱动信号不变，改变无效器件的驱动信号使之满足设置死区的要求。
既然“无效”器件的通、断并不影响输出电压状态，那么也就不需要驱动信号了，只给有效器件发出驱动信号就可以了，这样也就不需要加入死区，也就没有什么死区补偿的问题了。
但该方法在电流过零点处会由于误差导致畸变，因此使用这个方法时要注意电流过零区域的处理。
一些学者进一步提出了改进方法。
在电流过零点加一滞环，在滞环时间内使用正常的开关死区保护，可减小畸变。
由于电流采样中的干扰和电流变化的复杂性，文献[5]在电流过零点附近的区域应给出两路驱动信号并加入死区及死区补偿。