避免桥臂开关管直通控制方法、逆变器、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及三电平拓扑技术领域，尤其涉及一种避免桥臂开关管直通控制方法、逆变器、设备及存储介质。


背景技术：

2.目前针对三电平中点电压平衡控制方案多采用零序注入的spwm调制策略，或者通过调节小矢量作用时间的svpwm调制策略。这两种方法都存在空载或者电流比较小时，中点电压难以控制平衡，仍会存在一定的电压偏差，同时上下母线电压中还存在三倍频的交流分量。传统的方法中针对npc型三电平提出双调制波spwm调制策略进行中点电压平衡调控，不仅可以控制中点电压平衡，还可以抑制三倍频的交流分量。但是针对npc型三电平拓扑双调制波的spwm调制策略虽然可以很好的控制中点平衡，但是针对t型三电平桥臂开关管直通的问题，不能直接应用此方法。因此，如何避免t型三电平系统的桥臂开关管直通，成为一个亟待解决的问题。
3.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供了一种避免桥臂开关管直通控制方法、逆变器、设备及存储介质，旨在如何避免t型三电平系统的桥臂开关管直通的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种避免桥臂开关管直通控制方法，所述避免桥臂开关管直通控制方法包括以下步骤：
6.获取输入至t型三电平拓扑的三相调制波信号中的第一调制波信号和第二调制波信号；
7.根据所述第一调制波信号和所述第二调制波信号确定在预设时间段内所述三相调制波的偏移量；
8.在所述偏移量大于预设阈值时，对所述偏移量进行调整，以避免所述t型三电平拓扑的桥臂开关管直通，并使所述t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态。
9.可选地，所述获取输入至t型三电平拓扑的三相调制波信号中的第一调制波信号和第二调制波信号的步骤，具体包括：
10.获取输入至t型三电平拓扑的三相调制波信号中的最大电压值和最小电压值；
11.根据所述最大电压值和所述最小电压值确定所述三相调制波中的第一调制波信号和第二调制波信号。
12.可选地，所述根据所述第一调制波信号和所述第二调制波信号确定在预设时间段内所述三相调制波的偏移量的步骤之后，还包括：
13.在所述偏移量小于预设阈值时，判定所述t型三电平拓扑的桥臂开关管未处于直通状态。
14.可选地，所述在所述偏移量大于预设阈值时，对所述偏移量进行调整，以避免所述t型三电平拓扑的桥臂开关管直通，并使所述t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态的步骤，具体包括：
15.在所述偏移量大于预设阈值时，对所述偏移量进行调整，以使调整后的偏移量满足所述预设条件；
16.在所述调整后的偏移量满足所述预设条件时，判定所述t型三电平拓扑的桥臂开关管未处于直通状态，并使所述t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态。
17.可选地，所述在所述偏移量大于预设阈值时，对所述偏移量进行调整，以使调整后的偏移量满足预设条件的步骤之前，还包括：
18.对所述第一调制波信号和所述第二调制波信号分别进行正值处理，获得处理后的第一调制波信号和处理后的第二调制波信号；
19.根据所述偏移量对所述处理后的第一调制波信号和所述处理后的第二调制波信号分别进行补偿，获得补偿后的第一调制波信号和补偿后的第二调制波信号；
20.根据所述补偿后的第一调制波信号和所述补偿后的第二调制波信号确定预设条件。
21.可选地，所述根据所述补偿后的第一调制波信号和所述补偿后的第二调制波信号确定预设条件的步骤，具体包括：
22.通过第一预设公式根据所述补偿后的第一调制波信号和所述补偿后的第二调制波信号确定预设条件，其中，第一预设公式为：
[0023][0024]
式中，v
i_off
表示偏移量，vin表示补偿后的第一调制波信号，vip表示补偿后的第二调制波信号。
[0025]
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种避免桥臂开关管直通的逆变器，所述避免桥臂开关管直通的逆变器包括：
[0026]
逆变模块，包括多组开关桥臂，每组桥臂上有上、下对称的开关管；
[0027]
控制模块，所述控制模块为dsp、cpu、fpga、cpld、arm等控制芯片；
[0028]
驱动模块，输入端连接于所述控制芯片，输出端连接于所述开关管；
[0029]
所述控制模块，用于获取输入至逆变器的三相调制波信号中的第一调制波信号和第二调制波信号；根据所述第一调制波信号和所述第二调制波信号确定在预设时间段内所述三相调制波的偏移量；在所述偏移量大于预设阈值时，对所述偏移量进行调整，以避免所述逆变器的开关桥臂上的开关管直通，并使所述t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态。
[0030]
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种避免桥臂开关管直通控制设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的避免桥臂开关管直通控制程序，所述避免桥臂开关管直通控制程序配置为实现如上文所述的避免桥臂开关管直通控制方法的步骤。
[0031]
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有避免桥臂开关管直通控制程序，所述桥臂开关管直通程序被处理器执行时实现如上文所述的避免桥臂开关管直通控制方法的步骤。
[0032]
本发明通过获取输入至t型三电平拓扑的三相调制波信号中的第一调制波信号和第二调制波信号，然后根据第一调制波信号和第二调制波信号确定在预设时间段内三相调制波的偏移量，并且在偏移量大于预设阈值时，对偏移量进行调整，以避免t型三电平拓扑的桥臂开关管直通，并使t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态。本发明通过在中点控制偏移量大于预设阈值时，对偏移量进行调整，相较于现有的通过双调制波spwm调制策略进行中点电压平衡调控，本发明上述方式能够适用于t型三电平拓扑，并且在偏移量大于预设阈值时，对偏移量进行适应性调整，能够避免t型三电平系统的桥臂开关管直通，并且能够使t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态。
附图说明
[0033]
图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的避免桥臂开关管直通控制设备的结构示意图；
[0034]
图2为本发明避免桥臂开关管直通控制方法第一实施例的流程示意图；
[0035]
图3为本发明三相调制波信号的波形示意图；
[0036]
图4为本发明第一调制波信号和第二调制波信号的波形示意图；
[0037]
图5为本发明避免桥臂开关管直通控制方法第二实施例的流程示意图；
[0038]
图6为本发明控制中点电压平衡偏移量示意图；
[0039]
图7为本发明t型三电平拓扑中第二调制波信号大于第一调制波信号时的桥臂开关管直通波形图；
[0040]
图8为本发明避免桥臂开关管直通的逆变器第一实施例的结构框图。
[0041]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0042]
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0043]
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的避免桥臂开关管直通控制设备结构示意图。
[0044]
如图1所示，该避免桥臂开关管直通控制设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(central processing unit，cpu)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(display)、输入单元比如键盘(keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(wireless-fidelity，wi-fi)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(random access memory，ram)，也可以是稳定的非易失性存储器(non-volatile memory，nvm)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
[0045]
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对避免桥臂开关管直通控制设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
[0046]
如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及避免桥臂开关管直通控制程序。
[0047]
在图1所示的避免桥臂开关管直通控制设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明避免桥臂开关管直通控制设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在避免桥臂开关管直通控制设备中，所述避免桥臂开关管直通控制设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的避免桥臂开关管直通控制程序，并执行本发明实施例提供的避免桥臂开关管直通控制方法。
[0048]
基于上述避免桥臂开关管直通控制设备，本发明实施例提供了一种避免桥臂开关管直通控制方法，参照图2，图2为本发明避免桥臂开关管直通控制方法第一实施例的流程示意图。
[0049]
本实施例中，所述避免桥臂开关管直通控制方法包括以下步骤：
[0050]
步骤s10：获取输入至t型三电平拓扑的三相调制波信号中的第一调制波信号和第二调制波信号；
[0051]
需要说明的是，本实施例的执行主体可以是一种电子设备或避免桥臂开关管直通控制设备。以下以所述避免桥臂开关管直通控制设备为例，对本实施例及下述各实施例进行说明。
[0052]
应理解的是，t型三电平拓扑包括4只绝缘栅双极型晶体管(igbt)，4只二极管以及电容组c1和c2。
[0053]
可理解的是，输入至t型三电平拓扑的三相调制波信号可以表示为：
[0054][0055]
其中，va、vb、vc表示三相调制波中a、b、c三相的电压，m表示电压有效值，具体可参照图3，图3为本发明三相调制波信号的波形示意图。
[0056]
在具体实现中，本实施例可将每相的调制波分成两部分，则可以表示为：
[0057][0058]
其中v
ip
≥0，v
in
≤0，i＝a,b,c。v
ip
表示第一调制波信号，v
in
表示第二调制波信号。
[0059]
进一步地，为了精确确定第一调制波信号和第二调制波信号，在本实施例中，所述步骤s10包括：获取输入至t型三电平拓扑的三相调制波信号中的最大电压值和最小电压值；根据所述最大电压值和所述最小电压值确定所述三相调制波中的第一调制波信号和第二调制波信号。
[0060]
可理解的是，第一调制波信号和第二调制波信号可以表示为：
[0061][0062]
其中，v
ip
表示第一调制波信号，v
in
表示第二调制波信号，v
min
表示最小电压值，v
max
表示最大电压值。
[0063]
具体地，可参照图4，图4为本发明第一调制波信号和第二调制波信号的波形示意图。图4中只示意出a相调制波对应的第一调制波信号和第二调制波信号，b相和c相调制波对应的第一调制波信号和第二调制波信号也可由上述公式得到。
[0064]
步骤s20：根据所述第一调制波信号和所述第二调制波信号确定在预设时间段内所述三相调制波的偏移量；
[0065]
需要说明的是，预设时间段是指预先设置的时间段，即某一确定的时间段，也就是第一调制波信号和第二调制波信号不同时为零的时间段，具体可根据实际情况进行设置。
[0066]
可理解的是，如果初始状态两电容电压不相等，由于平均中点电流总为零，上下母线电容电压将保持不平衡。实际应用中，由于死区时间的存在和开关器件性能的差异、电容特性的差异等都会使这种不平衡加重，母线电容电压严重偏离母线总电压的一半值，因此有必要引入补偿量实现中点电位的闭环控制。
[0067]
应理解的是，在图4中，v
ap
和v
an
在工频周期的和不同时为零，因此a相的调制波信号可以在这两段上进行上移或者下移，而不增加额外的器件的通断，b、c相类似。
[0068]
在具体实现中，可通过下述公式根据第一调制波信号和第二调制波信号确定在预设时间段内三相调制波的偏移量，具体公式为：
[0069]vi_off
＝kp|δvdc|*sign|δvdc*ii|*sign|1 v
in-v
ip
|
[0070]
其中，v
i_off
表示偏移量，k
p
表示母线电压平衡补偿系数，
△
vdc表示上母线电压和下母线电压的差值，sign(x)表示符号函数，v
ip
表示第一调制波信号，v
in
表示第二调制波信号。
[0071]
进一步地，在本实施例中，所述步骤s20之后，还包括：在所述偏移量小于预设阈值时，判定所述t型三电平拓扑的桥臂开关管未处于直通状态。
[0072]
需要说明的是，预设阈值是指预先设置的偏移量最大值，具体可根据实际情况自行确定，本实施例对此不做具体限制。
[0073]
在具体实现中，在偏移量小于预设阈值时，不需要对偏移量进行调整，因为此时t型三电平拓扑的桥臂开关管未处于直通状态，t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态，也就是上母线电容电压等于下母线电容电压。
[0074]
步骤s30：在所述偏移量大于预设阈值时，对避免所述t型三电平拓扑的桥臂开关管直通，并所述偏移量进行调整，以使所述t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态。
[0075]
在具体实现中，在偏移量大于预设阈值时，需要对偏移量进行调整，以避免t型三电平拓扑的桥臂开关管直通，并使t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态，也就是上母线电容电压等于下母线电容电压。
[0076]
本实施例通过获取输入至t型三电平拓扑的三相调制波信号中的第一调制波信号和第二调制波信号，然后根据第一调制波信号和第二调制波信号确定在预设时间段内三相调制波的偏移量，并且在偏移量大于预设阈值时，对偏移量进行调整，以避免t型三电平拓扑的桥臂开关管直通，并使t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态。本实施例通过在中点控制偏移量大于预设阈值时，对偏移量进行调整，相较于现有的通过双调制波spwm调制策略进行中点电压平衡调控，本实施例上述方式能够适用于t型三电平拓扑，并且在偏移量大于预设阈值时，对偏移量进行适应性调整，能够避免t型三电平系统的桥臂开关管直通，并且能够使t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态。
[0077]
参考图5，图5为本发明避免桥臂开关管直通控制方法第二实施例的流程示意图。
[0078]
基于上述第一实施例，在本实施例中，所述步骤s30包括：
[0079]
步骤s301：在所述偏移量大于预设阈值时，对所述偏移量进行调整，以使调整后的偏移量满足所述预设条件；
[0080]
需要说明的是，本实施例中的预设阈值为0。
[0081]
进一步地，为了精确确定预设条件，在本实施例中，所述步骤s301之前，还包括：对所述第一调制波信号和所述第二调制波信号分别进行正值处理，获得处理后的第一调制波信号和处理后的第二调制波信号；根据所述偏移量对所述处理后的第一调制波信号和所述处理后的第二调制波信号分别进行补偿，获得补偿后的第一调制波信号和补偿后的第二调制波信号；根据所述补偿后的第一调制波信号和所述补偿后的第二调制波信号确定预设条件。
[0082]
可理解的是，正值处理是指将负半周的调制波信号处理为正值，具体可在数字芯片中进行处理，处理后的第一调制波信号和处理后的第二调制波信号可以表示为：
[0083][0084]
其中，v’ip
表示处理后的第一调制波信号，v’in
表示处理后的第二调制波信号，vi表示三相调制波信号，v
min
表示最小电压值，v
max
表示最大电压值。
[0085]
应理解的是，本实施例可通过下述公式根据所述偏移量对处理后的第一调制波信号和处理后的第二调制波信号分别进行补偿，获得补偿后的第一调制波信号和补偿后的第二调制波信号，其中，具体公式为：
[0086][0087]
其中，v
i_off
表示偏移量，v’ip
表示处理后的第一调制波信号，v’in
表示处理后的第二调制波信号，v
ip
表示补偿后的第一调制波信号，v
in
表示补偿后的第二调制波信号。
[0088]
进一步地，为了精确确定预设条件，在本实施例中，所述根据所述补偿后的第一调制波信号和所述补偿后的第二调制波信号确定预设条件的步骤，具体包括：
[0089]
通过第一预设公式根据所述补偿后的第一调制波信号和所述补偿后的第二调制波信号确定预设条件，其中，第一预设公式为：
[0090][0091]
式中，v
i_off
表示偏移量，vin表示补偿后的第一调制波信号，vip表示补偿后的第二调制波信号。
[0092]
可理解的是，参照图6，图6为本发明控制中点电压平衡偏移量示意图。如图6所示，当vin下移和vip上移的过程中，一旦出现vip》vin，则会导致t型三电平拓扑中的第一igbt管t1和第四igbt管t4管直通的情况，也就是t1和t4同时导通。
[0093]
步骤s302：在所述调整后的偏移量满足所述预设条件时，判定所述t型三电平拓扑的桥臂开关管未处于直通状态，并使所述t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态。
[0094]
具体地，参照图7，图7为本发明t型三电平拓扑中第二调制波信号大于第一调制波信号时的桥臂开关管直通波形图。
[0095]
如图7所示，t1～t4表示t型三电平拓扑中的第一igbt管至第四igbt管，图7中t1和t4管的波形的虚线部分表示在vip》vin时，t1和t4管同时导通的时刻。
[0096]
从图6和图7中可以看出，当v
i_off
》0时，vin下移，vip上移，则时，vip》vin，则会出现t型三电平拓扑中t1和t4管直通的情况。
[0097]
在具体实现中，当v
i_off
》0时，需要控制v
i_off
满足预设条件，即控制即对偏移量进行调整，以使调整后偏移量满足预设条件，此时可以在满足t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态的同时，不会出现t型三电平拓扑中t1和t4管直通的情况。
[0098]
从图6和图7中可以看出，当v
i_off
《0时，vin上移和vip下移，不会出现vip《vin的情况，则在满足t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态的同时，不会出现t型三电平拓扑中t1和t4管直通的情况。
[0099]
本实施例通过在偏移量大于预设阈值时，对偏移量进行调整，以使调整后的偏移量满足预设条件，在调整后的偏移量满足预设条件时，判定t型三电平拓扑的桥臂开关管未处于直通状态，并使t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态。本实施例通过在偏移量大于预设阈值时，直接对偏移量进行调整，以使在满足t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态的同时，不会出现t型三电平拓扑中桥臂开关管直通的情况。
[0100]
参照图8，图8为本发明避免桥臂开关管直通的逆变器第一实施例的结构框图。
[0101]
如图8所示，本发明实施例提出的避免桥臂开关管直通的逆变器包括：
[0102]
逆变模块10，包括多组开关桥臂，每组桥臂上有上、下对称的开关管；
[0103]
控制模块20，所述控制模块为dsp、cpu、fpga、cpld、arm等控制芯片；
[0104]
驱动模块30，输入端连接于所述控制芯片，输出端连接于所述开关管；
[0105]
所述控制模块20，用于获取输入至逆变器的三相调制波信号中的第一调制波信号和第二调制波信号；根据所述第一调制波信号和所述第二调制波信号确定在预设时间段内所述三相调制波的偏移量；在所述偏移量大于预设阈值时，对所述偏移量进行调整，以避免所述逆变器的开关桥臂上的开关管直通，并使所述t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态。
[0106]
本实施例通过获取输入至t型三电平拓扑的三相调制波信号中的第一调制波信号和第二调制波信号，然后根据第一调制波信号和第二调制波信号确定在预设时间段内三相调制波的偏移量，并且在偏移量大于预设阈值时，对偏移量进行调整，以避免t型三电平拓扑的桥臂开关管直通，并使t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态。本实施例通过在中点控制偏移量大于预设阈值时，对偏移量进行调整，相较于现有的通过双调制波spwm调制策略进行中点电压平衡调控，本实施例上述方式能够适用于t型三电平拓扑，并且在偏移量大于预设阈值时，对偏移量进行适应性调整，能够避免t型三电平系统的桥臂开关管直通，并且能够使t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态。
[0107]
需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。
[0108]
另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的避免桥臂开关管直通控制方法，此处不再赘述。
[0109]
基于本发明上述避免桥臂开关管直通的逆变器第一实施例，提出本发明避免桥臂开关管直通的逆变器的第二实施例。
[0110]
在本实施例中，所述控制模块20，还用于获取输入至t型三电平拓扑的三相调制波信号中的最大电压值和最小电压值；根据所述最大电压值和所述最小电压值确定所述三相调制波中的第一调制波信号和第二调制波信号。
[0111]
进一步地，所述控制模块20，还用于在所述偏移量小于预设阈值时，判定所述t型三电平拓扑的桥臂开关管未处于直通状态。
[0112]
进一步地，所述控制模块20，还用于在所述偏移量大于预设阈值时，对所述偏移量进行调整，以使调整后的偏移量满足预设条件；在调整后的偏移量满足所述预设条件时，判定所述t型三电平拓扑的桥臂开关管未处于直通状态，并使所述t型三电平拓扑的中点电压处于平衡状态。
[0113]
进一步地，所述控制模块20，还用于对所述第一调制波信号和所述第二调制波信号分别进行正值处理，获得处理后的第一调制波信号和处理后的第二调制波信号；根据所述偏移量对所述处理后的第一调制波信号和所述处理后的第二调制波信号分别进行补偿，获得补偿后的第一调制波信号和补偿后的第二调制波信号；根据所述补偿后的第一调制波信号和所述补偿后的第二调制波信号确定预设条件。
[0114]
进一步地，所述控制模块20，还用于通过第一预设公式根据所述补偿后的第一调制波信号和所述补偿后的第二调制波信号确定预设条件，其中，第一预设公式为：
[0115][0116]
式中，v
i_off
表示偏移量，vin表示补偿后的第一调制波信号，vip表示补偿后的第二调制波信号。
[0117]
本发明避免桥臂开关管直通的逆变器的其他实施例或具体实现方式可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。
[0118]
此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有中点避免桥臂开关管直通控制程序，所述避免桥臂开关管直通控制程序被处理器执行时实现如上文所述的避免桥臂开关管直通控制方法的步骤。
[0119]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0120]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0121]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质
(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0122]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。