一种三相桥的控制方法及装置、功率变换装置及介质与流程

本公开涉及电力电子变换领域，尤其涉及一种三相桥的控制方法及装置、功率变换装置及介质。

背景技术：

1、在电能领域，对三电平逆变器进行控制是连接动力电池直流电能与驱动电机交流电能的主要研究方向，决定了电力设备的动力性能、续航里程与运行可靠性。

技术实现思路

1、本公开提供一种三相桥的控制方法及装置、功率变换装置及介质，提供了一种在三相桥出现桥臂故障的情况下根据缺失电平信号的三相电平状态生成调制序列，并根据中性点电位、矢量组合更新调制序列，实现三相桥的不间断运行与电能质量保障的方法。

2、本公开的第一方面提出了一种三相桥的控制方法，包括：响应于三相桥中目标桥臂故障，确定三相桥的三相电平状态，三相电平状态中缺失故障电平状态，故障电平状态包括目标桥臂对应的电平信号；根据三相电平状态，生成调节三相桥输出电压的调制序列；根据三相桥的中性点电位、调制序列对应的矢量组合，将调制序列更新为目标调制序列，目标调制序列用于三相桥输出目标电压。

3、本公开的方案通过响应于三相桥中目标桥臂故障，确定三相电平状态中缺失的故障电平状态，进而根据该电平状态生成调制序列，最后根据中性点电位将调制序列更新为目标调制序列，实现了故障后三相桥输出电压的快速重构。由于故障电平状态直接反映了目标桥臂无法输出的电平信号，据此生成的调制序列能够有效规避故障桥臂，避免了因故障导致的输出中断，同时通过在调制序列更新过程中引入中性点电位反馈，保障了故障状态下三相桥输出电压的平衡性与稳定性。

4、在本公开中，响应于三相桥中目标桥臂发生故障，确定三相桥的三相电平状态，包括：响应于目标桥臂为上桥臂，确定三相电平状态中缺失的故障电平状态包括正电平信号；响应于目标桥臂为中桥臂，确定三相电平状态中缺失的故障电平状态包括零电平信号；响应于目标桥臂为下桥臂，确定三相电平状态中缺失的故障电平状态包括负电平信号。

5、本公开的方案根据故障桥臂的不同位置确定缺失的电平信号，其中上桥臂故障导致该相无法输出正电平，中桥臂故障导致该相无法输出零电平，下桥臂故障导致该相无法输出负电平。通过建立故障位置与缺失电平信号之间的映射关系，为调制序列的重构提供了准确的约束条件，避免了盲目重构导致的调制失效。

6、在本公开中，根据三相电平状态，生成调节三相桥输出电压的调制序列，包括：根据三相电平状态，确定候选电压矢量；根据候选电压矢量，生成用于合成目标电压的调制序列。

7、本公开的方案根据三相电平状态筛选出可用的候选电压矢量，确保候选电压矢量集合中的每一个矢量均为物理可实现的；进而在候选电压矢量的约束下，生成用于合成目标电压的调制序列，从而在故障约束下实现了目标电压的精确合成，保障了三相桥故障状态下的输出电压精度。

8、在本公开中，根据三相电平状态，确定候选电压矢量，包括：根据三相电平状态，确定缺失电压矢量，缺失电压矢量与故障电平状态具有对应关系；基于初始电压矢量集合、缺失电压矢量，确定候选电压矢量，候选电压矢量与扇区具有关联关系。

9、本公开的方案通过识别与故障电平状态对应的缺失电压矢量并将其从初始电压矢量集合中剔除，以剩余矢量构成候选电压矢量的集合。该筛选方式能够筛选调所有不可用矢量，避免遗漏；同时候选电压矢量与扇区的关联关系为后续扇区内的矢量组合选择提供了便利，提升了调制序列的确定效率。

10、在本公开中，根据候选电压矢量，生成用于合成目标电压的调制序列，包括：基于目标电压，确定目标电压所在的目标扇区；根据目标扇区和候选电压矢量，确定用于合成目标电压的目标电压矢量组合；根据目标电压矢量组合，确定调制序列。

11、本公开的方案首先根据目标电压的空间位置确定其所在的目标扇区，进而仅在目标扇区对应的候选电压矢量中筛选用于合成目标电压的目标电压矢量组合。通过扇区限定缩小了矢量筛选范围，降低了计算复杂度；同时确保了所选矢量在物理上的可实现性，提升了调制序列确定的准确性和实时性。

12、在本公开中，根据三相桥的中性点电位、调制序列对应的矢量组合，将调制序列更新为目标调制序列，包括：确定中性点电位的偏移极性；根据偏移极性，调整调制序列中的冗余矢量，确定目标调制序列。

13、本公开的方案通过检测三相桥的中性点电位的偏移极性，并据此通过矢量组合切换更新调制序列。由于冗余矢量具有相同幅值但不同电流路径的特性，其选择会影响中性点电位的充放电状态，通过根据偏移极性选择对应的矢量组合，可在故障状态下实现中性点电位的主动平衡控制，避免了故障后中性点电位偏移导致的电容电压不均和输出波形畸变问题。

14、在本公开中，根据偏移极性，通过矢量组合切换，调整调制序列中的冗余矢量，确定目标调制序列，包括：获取矢量组合与偏移极性的映射关系；响应于偏移极性为正向偏移，根据映射关系中的第一矢量组合，确定目标调制序列；或，响应于偏移极性为负向偏移，根据映射关系中的第二矢量组合，确定目标调制序列。

15、本公开的方案通过获取矢量组合与偏移极性的映射关系，当检测到中性点电位正向偏移时采用第一矢量组合确定目标调制序列，当检测到中性点电位负向偏移时采用第二矢量组合确定目标调制序列，实现了故障状态下中点电位的快速、准确调节。相比于需要实时计算正负小矢量的作用时间占比，通过预先配置不同极性对应的矢量组合，在检测到偏移极性后直接选择对应的组合即可，无需复杂的在线计算，响应速度快，控制逻辑简单可靠；同时避免了因故障导致部分小矢量缺失时连续调节方式无法正常工作的缺陷，确保了故障状态下中点电位平衡控制的可行性和有效性。

16、在本公开中，根据三相电平状态，生成调节三相桥输出电压的调制序列，包括：响应于三相电平状态中缺失的故障电平状态包括零电平信号，将发波方式从第一发波方式切换为第二发波方式；根据第二发波方式，生成调制序列。

17、本公开的方案针对零电平信号缺失这一故障情况，主动将发波方式从第一发波方式切换为第二发波方式。当零电平信号缺失时，冗余矢量缺失过多，若继续沿用第一发波方式将面临调制序列无法有效生成的问题，通过切换至第二发波方式可规避该问题，确保三相桥在极端故障下仍能维持稳定的运行状态，提升了故障容错控制的适应范围。

18、在本公开中，该方法还包括：响应于三相桥中目标桥臂故障，触发与目标桥臂串联的物理隔离组件切断目标桥臂。

19、本公开的方案通过物理隔离组件实现故障桥臂的快速物理切断，有效防止短路故障下故障电流的持续流通，避免了故障扩散导致的其他器件损坏，提升了系统在短路故障场景下的安全性与可靠性。

20、在本公开中，响应于三相桥中目标桥臂发生故障，该方法包括：确定目标桥臂中功率开关器件两端的电压；响应于电压持续为零，确定故障为短路故障；或，响应于电压持续不为零，确定故障为开路故障。

21、本公开的方案通过检测功率开关器件两端电压的取值来判断故障类型，当电压持续为零时判定为短路故障，当电压持续不为零时判定为开路故障。该检测方式可直接利用既有的电压采样电路实现，降低了硬件成本，同时电压判断方式简洁可靠，响应速度快，可满足故障容错控制的实时性要求。

22、综上，本公开提出的三相桥控制方法通过响应于三相桥中目标桥臂故障，实时确定三相电平状态中缺失的故障电平状态，并据此生成调制序列，实现了对开路故障和短路故障的全面容错控制。通过根据缺失电平状态自适应重构调制序列，利用了三相桥固有的冗余矢量资源，无需增设额外的容错功率单元，降低了系统成本与复杂度；通过中性点电位驱动的矢量组合重选，实现了故障状态下中性点电位的主动平衡，有效抑制了电容电压不均和输出波形畸变，保障了三相桥在故障状态下的平稳运行，提升了电驱动系统的可靠性与行驶安全性。

23、本公开的第二方面提出了一种三相桥的控制装置，控制装置包括确定模块、生成模块和控制模块。确定模块用于响应于三相桥中目标桥臂故障，确定三相桥的三相电平状态，三相电平状态中缺失故障电平状态，故障电平状态包括目标桥臂对应的电平信号；生成模块用于根据三相电平状态，生成调节三相桥输出电压的调制序列；控制模块用于根据三相桥的中性点电位、调制序列对应的矢量组合，将调制序列更新为目标调制序列，目标调制序列用于三相桥输出目标电压。

24、在本公开中，确定模块用于：响应于目标桥臂为上桥臂，确定三相电平状态中缺失的故障电平状态包括正电平信号；响应于目标桥臂为中桥臂，确定三相电平状态中缺失的故障电平状态包括零电平信号；响应于目标桥臂为下桥臂，确定三相电平状态中缺失的故障电平状态包括负电平信号。

25、在本公开中，生成模块用于：根据三相电平状态，确定候选电压矢量；根据候选电压矢量，生成用于合成目标电压的调制序列。

26、在本公开中，生成模块用于：根据三相电平状态，确定缺失电压矢量，缺失电压矢量与故障电平状态具有对应关系；基于初始电压矢量集合、缺失电压矢量，确定候选电压矢量，候选电压矢量与扇区具有关联关系。

27、在本公开中，生成模块用于：基于目标电压，确定目标电压所在的目标扇区；根据目标扇区和候选电压矢量，确定用于合成目标电压的目标电压矢量组合；根据目标电压矢量组合，确定调制序列。

28、在本公开中，控制模块用于：确定中性点电位的偏移极性；根据偏移极性，调整调制序列中的冗余矢量，确定目标调制序列。

29、在本公开中，控制模块用于：获取矢量组合与偏移极性的映射关系；响应于偏移极性为正向偏移，根据映射关系中的第一矢量组合，确定目标调制序列；或，响应于偏移极性为负向偏移，根据映射关系中的第二矢量组合，确定目标调制序列。

30、在本公开中，生成模块用于：响应于三相电平状态中缺失的故障电平状态包括零电平信号，将发波方式从第一发波方式切换为第二发波方式；根据第二发波方式，生成调制序列。

31、在本公开中，控制模块还用于：响应于三相桥中目标桥臂故障，触发与目标桥臂串联的物理隔离组件切断目标桥臂。

32、在本公开中，确定模块用于：确定目标桥臂中功率开关器件两端的电压；响应于电压持续为零，确定故障为短路故障；或，响应于电压持续不为零，确定故障为开路故障。

33、综上，本公开提出的三相桥控制装置通过根据缺失电平状态自适应重构调制序列，无需增设额外的容错功率单元，降低了系统成本与复杂度；通过中性点电位偏移极性驱动的冗余矢量动态调整，实现了故障状态下中点电位的主动平衡，有效抑制了电容电压不均和输出波形畸变，保障了三相桥在故障状态下的平稳运行，提升了电驱动系统的可靠性与行驶安全性。

34、本公开的第三方面提出了一种功率变换装置，功率变换装置包括三相桥，三相桥包括三个相桥臂，相桥臂包括上桥臂、中桥臂、下桥臂，功率变换装置被配置为执行本公开第一方面中任一项实施例描述的控制方法。

35、本公开提出的功率变换装置，通过执行上述控制方法，实现在电源和电机之间的功率变换的稳定运行。

36、在本公开中，相桥臂中每个桥臂串联有物理隔离组件，物理隔离组件用于切断故障的目标桥臂。

37、本公开的功率变换装置通过在各个桥臂中串联物理隔离组件，实现了故障桥臂的快速物理隔离，有效防止了短路故障下故障电流的持续流通，保障了故障状态下的系统安全性。

38、本公开的第四方面提出了一种电子设备，包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，其中，处理器用于运行计算机程序时，执行本公开第一方面中任一项实施例描述的方法。

39、本公开的第五方面提出了一种存储有计算机指令的计算机可读存储介质，计算机指令用于使计算机执行本公开第一方面中任一项实施例描述的方法。

40、本公开的第六方面提出了一种程序产品，包括计算机指令，计算机指令用于使计算机执行本公开第一方面中任一项实施例描述的方法。

41、综上，本公开提出的三相桥的控制方法及装置、功率变换装置及介质，通过根据三相桥的中性点电位、矢量组合，将调制序列更新为目标调制序列，实现了故障状态下中点电位的快速、可靠调节。显著降低了控制系统的计算负担和响应延迟。同时，由于本方案不依赖于连续调节冗余矢量的作用时间占比，在故障导致部分冗余矢量缺失时仍然能够有效工作，避免了传统连续调节方式在故障状态下无法正常运行的缺陷，确保了故障状态下中点电位平衡控制的可行性和有效性，提升了三相桥在故障工况下的运行稳定性与可靠性。

42、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。