一种逆变装置的控制方法、系统及逆变装置与流程

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种逆变装置的控制方法、系统及逆变装置。

背景技术：

随着大型电力电子设备在各行业中的广泛应用，电力电子设备的功率等级和功率密度越来越高，人们对电力电子设备的安规要求也越来越严格。对于逆变装置而言，对母线电容电压进行放电，即可满足安规标准中对逆变装置的安规要求。

通常情况下，逆变装置在停止工作后，母线电容保持着很高的残余电压，这些残余电压一般至少需要几分钟的时间才能放完。为了缩短母线电容放电时间，现有技术中通常采用增加母线电容的放电电阻的方式来将母线电压缓慢放电到安全电压。但一方面，电阻是一种将电能转化为热能的发热器件，放电的同时也处于发热状态，如果电阻发热严重，则不仅增加了逆变装置的散热负担，还容易出现安全事故。另一方面，在母线上增加放电电阻，还增加了逆变装置的能量损耗，降低了转换效率，且随着逆变装置的功率等级越来越高，符合要求的放电电阻也越来越少。另外，还增加了成本。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种逆变装置的控制方法、系统及逆变装置，在保证逆变装置以较高的转换效率工作的基础上，降低了母线电容电压的放电时间，散热少且成本低。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种逆变装置的控制方法，所述逆变装置包括依次连接的直流开关、母线电容、逆变单元、包括电容和电感的滤波单元及交流开关，该方法包括：

获取所述直流开关的开关信号、所述交流开关的开关信号及所述母线电容的输出电压；

根据所述开关信号判断所述直流开关和所述交流开关是否均断开；

如果是，判断所述母线电容的输出电压是否大于预设阈值；

如果是，控制所述逆变单元中开关管的导通和关断，使得所述逆变单元与所述滤波单元形成电流回路，以释放所述母线电容的能量直至所述母线电容的输出电压小于预设阈值。

优选地，该方法还包括：

获取所述滤波单元的输出电压和输出电流；

所述控制所述逆变单元中开关管的导通和关断，使得所述逆变单元与所述滤波单元形成电流回路的过程具体为：

根据所述母线电容的输出电压给定值、所述母线电容的输出电压、所述滤波单元的输出电压和输出电流采用闭环控制的方式控制所述调制控制单元，进而控制所述逆变单元的开关管的导通和关断，使得所述逆变单元与所述滤波单元形成电流回路，以释放所述母线电容的能量直至所述母线电容的输出电压小于预设阈值。

优选地，所述根据所述母线电容的输出电压给定值、所述母线电容的输出电压、所述滤波单元的输出电压和输出电流采用闭环控制的方式控制所述调制控制单元，进而控制所述逆变单元的开关管的导通和关断的过程具体为：

将所述母线电容的输出电压给定值与所述母线电容的输出电压做差，得到差值经过电压环得到电流给定值；

将所述滤波单元的输出电压和输出电流分别均经过clarke及park变换，相应得到dq坐标系下的滤波单元的输出电压和输出电流；

将所述电流给定值与所述dq坐标系下的滤波单元的输出电流做差，得到的差值经过电流环得到dq坐标系下的滤波单元的输出电压给定值；

将所述dq坐标系下的滤波单元的输出电压给定值和所述dq坐标系下的滤波单元的输出电压分别对应相加，得到的dq坐标系下滤波单元的最终电压，并将所述滤波单元的最终电压经过反park变换得到两相静止坐标系下的滤波单元的电压；

根据所述两相静止坐标系下的滤波单元的电压生成相应的pwm信号来控制所述逆变单元的开关管的导通和关断。

优选地，所述预设阈值为0。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种逆变装置的控制系统，所述逆变装置包括依次连接的直流开关、母线电容、逆变单元、包括电容和电感的滤波单元及交流开关，该系统包括：

第一开关信号获取单元，用于获取所述直流开关的开关信号；

第二开关信号获取单元，用于获取所述交流开关的开关信号；

第一电压信号获取单元，用于获取所述母线电容的输出电压；

第一判断单元，用于根据所述开关信号判断所述直流开关和所述交流开关是否均断开，如果是，触发第二判断单元；

所述第二判断单元，用于判断所述母线电容的输出电压是否大于预设阈值，用于触发控制单元；

所述控制单元，用于控制所述逆变单元中开关管的导通和关断，使得所述逆变单元与所述滤波单元形成电流回路，以释放所述母线电容的能量直至所述母线电容的输出电压小于预设阈值。

优选地，该系统还包括：

第二电压信号获取单元，用于获取所述滤波单元的输出电压和输出电流；

所述控制所述逆变单元中开关管的导通和关断，使得所述逆变单元与所述滤波单元形成电流回路的过程具体为：

根据所述母线电容的输出电压给定值、所述母线电容的输出电压、所述滤波单元的输出电压和输出电流采用闭环控制的方式控制所述调制控制单元，进而控制所述逆变单元的开关管的导通和关断，使得所述逆变单元与所述滤波单元形成电流回路，以释放所述母线电容的能量直至所述母线电容的输出电压小于预设阈值。

优选地，所述根据所述母线电容的输出电压给定值、所述母线电容的输出电压、所述滤波单元的输出电压和输出电流采用闭环控制的方式控制所述调制控制单元，进而控制所述逆变单元的开关管的导通和关断的过程具体为：

将所述母线电容的输出电压给定值与所述母线电容的输出电压做差，得到差值经过电压环得到电流给定值；

将所述滤波单元的输出电压和输出电流分别均经过clarke及park变换，相应得到dq坐标系下的滤波单元的输出电压和输出电流；

将所述电流给定值与所述dq坐标系下的滤波单元的输出电流做差，得到的差值经过电流环得到dq坐标系下的滤波单元的输出电压给定值；

将所述dq坐标系下的滤波单元的输出电压给定值和所述dq坐标系下的滤波单元的输出电压分别对应相加，得到的dq坐标系下滤波单元的最终电压，并将所述滤波单元的最终电压经过反park变换得到两相静止坐标系下的滤波单元的电压；

根据所述两相静止坐标系下的滤波单元的电压生成相应的pwm信号来控制所述逆变单元的开关管的导通和关断。

优选地，所述预设阈值为0。

优选地，所述滤波单元为lc滤波单元。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种逆变装置，包括依次连接的直流开关、母线电容、逆变单元、包括电容和电感的滤波单元及交流开关，还包括如上述所述的逆变装置的控制系统。

本发明提供了一种逆变装置的控制方法、系统及逆变装置，包括获取直流开关的开关信号、交流开关的开关信号及母线电容的输出电压；根据开关信号判断直流开关和交流开关是否均断开；如果是，判断母线电容的输出电压是否大于预设阈值；如果是，控制逆变单元中开关管的导通和关断，使得逆变单元与滤波单元形成电流回路，以释放母线电容的能量直至母线电容的输出电压小于预设阈值。

可见，本申请在判断得到直流开关和交流开关均断开时，会控制逆变单元中开关管的导通和关断来实现逆变单元与滤波单元形成电流回路，以释放母线电容的能量直至母线电容的输出电压小于预设阈值，在保证逆变装置以较高的转换效率工作的基础上，降低了母线电容电压的放电时间，散热少且成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种逆变装置的控制方法的过程的流程图；

图2为本发明提供的一种滤波单元为lc滤波单元的逆变装置的控制原理图；

图3为本发明提供的另一种滤波单元为lc滤波单元的逆变装置的控制原理图；

图4为本发明提供的一种滤波单元为lc混合滤波单元的逆变装置的控制原理图；

图5为本发明提供的另一种滤波单元为lc混合滤波单元的逆变装置的控制原理图；

图6为本发明提供的一种逆变单元的控制环路图；

图7为本发明提供的一种逆变装置的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种逆变装置及其控制方法，在保证逆变装置以较高的转换效率工作的基础上，降低了母线电容电压的放电时间，散热少且成本低。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种逆变装置的控制方法的过程的流程图，逆变装置包括依次连接的直流开关、母线电容、逆变单元、包括电容和电感的滤波单元及交流开关，该方法包括：

步骤11：获取直流开关的开关信号、交流开关的开关信号及母线电容的输出电压；

步骤12：根据开关信号判断直流开关和交流开关是否均断开，如果是，进入步骤13；

步骤13：判断母线电容的输出电压是否大于预设阈值，如果是，进入步骤s14；

步骤s14：控制逆变单元中开关管的导通和关断，使得逆变单元与滤波单元形成电流回路，以释放母线电容的能量直至母线电容的输出电压小于预设阈值。

具体地，对母线电容的电压进行放电的前提之一是逆变单元停止工作，本申请通过直流开关和交流开关来判断逆变单元是否停止工作，其中，直流开关用于导通或者关断母线电容与前级电路，交流开关用于导通或者关断滤波单元与后级电路。具体地，当直流开关和交流开关均断开时，则认为此时逆变单元停止工作，然后再判断母线电容的输出电压是否大于预设阈值，如果是，则说明此时的母线电容的输出电压较大，需要对母线电容的电压进行放电。

进一步地，本申请中在判断得到母线电容的输出电压大于预设阈值后，控制逆变单元中的开关管的导通和关断，使得逆变单元与滤波单元形成电流回路，将母线电容的能量消耗在逆变单元中的开关器件、滤波单元的电感和电容上。

为方便对本发明是实施例的理解，下面以两具体示例来对本发明作介绍：

当滤波单元为lc滤波单元时：

请参照图2和图3，其中，图2为本发明提供的一种滤波单元为lc滤波单元的逆变装置的控制原理图，图3为本发明提供的另一种滤波单元为lc滤波单元的逆变装置的控制原理图。

第一阶段，控制逆变单元中的第一开关管q1及第四开关管q4导通，控制逆变单元中的第二开关管q2及第三开关管q3关断，此时母线电容正端—第一开关管q1—电感l—电容c—第四开关管q4—母线电容负端形成电流回路，母线电容的能量消耗在第一开关管q1、电感l、电容c及第四开关管q4上。

第二阶段，控制逆变单元中的第二开关管q2及第三开关管q3导通，控制逆变单元中的第一开关管q1及第四开关管q4关断，此时母线电容正端—第三开关管q3—电容c—电感l—第二开关管q2—母线电容负端形成电流回路，母线电容的能量消耗在第二开关管q2、电感l、电容c及第三开关管q3上。

控制逆变单元在第一阶段到第二阶段反复切换，直至母线电容的输出电压小于预设阈值。

当滤波单元为lc混合滤波单元时：

第一阶段，控制逆变单元中的第一开关管q1导通，控制第七开关管q7和第八开关管q8或者控制第十一开关管q11和第十二开关管q12导通(请参照图4，图4为本发明提供的一种滤波单元为lc混合滤波单元的逆变装置的控制原理图)；

第二阶段，控制逆变单元中的第五开关管q5导通，控制第三开关管q3和第四开关管q4导通或者控制第十一开关管q11和第十二开关管q12导通；

第三阶段，控制逆变单元的第九开关管q9导通，控制第三开关管q3和第四开关管q4导通或者控制第七开关管q7和第八开关管q8导通；

第四阶段，控制逆变单元的第二开关管q2导通，控制第八开关管q8或者控制第十二开关管q12导通(请参照图5，图5为本发明提供的另一种滤波单元为lc混合滤波单元的逆变装置的控制原理图)；

第五阶段，控制逆变单元的第六开关管q6导通，控制第四开关管q4或者第十二开关管q12导通；

第六阶段，控制逆变单元的第九开关管q9导通，控制第四开关管q4或者控制第八开关管第q8导通；

第七阶段，控制逆变单元的第四开关管q4导通，控制第五开关管q5和第六开关管q6或者控制第九开关管q9和第十开关管q10导通；

第八阶段，控制逆变单元的第八开关管q8导通，控制第一开关管q1和第二开关管q2或者控制第十一开关管q11和第十二开关管q12导通；

第九阶段，控制逆变单元的第十二开关管q12导通，控制第一开关管q1和第二开关管q2或者控制第九开关管q9和第十开关管q10导通；

第十阶段，控制逆变单元的第三开关管q3导通，控制第五开关管q5或者第九开关管q9导通；

第十一阶段，控制逆变单元的第七开关管q7导通，控制第一开关管q1或者第九开关管q9导通；

第十二阶段，调制控制单元控制逆变单元的第十一开关管q11导通，控制第一开关管q1或者第五开关管q5导通。

控制逆变单元在第一阶段到第十二阶段进行切换，使得逆变单元与滤波单元形成电流回路，将母线电容的能量消耗在开关管、滤波单元的电感和电容上。

综上：

1、解决了现有技术中母线电容放电时间长的问题；

2、由于没有增加放电电阻，不会使逆变装置额外产生功率损坏，保证以较高的转换效率进行工作；

3、由于没有增加放电电阻，不会增加逆变装置的放热源，对整机散热设计要求较低；

4、由于没有增加放电电阻，不会增加设备成本。

本发明提供了一种逆变装置的控制方法、系统及逆变装置，包括获取直流开关的开关信号、交流开关的开关信号及母线电容的输出电压；根据开关信号判断直流开关和交流开关是否均断开；如果是，判断母线电容的输出电压是否大于预设阈值；如果是，控制逆变单元中开关管的导通和关断，使得逆变单元与滤波单元形成电流回路，以释放母线电容的能量直至母线电容的输出电压小于预设阈值。

可见，本申请在判断得到直流开关和交流开关均断开时，会控制逆变单元中开关管的导通和关断来实现逆变单元与滤波单元形成电流回路，以释放母线电容的能量直至母线电容的输出电压小于预设阈值，在保证逆变装置以较高的转换效率工作的基础上，降低了母线电容电压的放电时间，散热少且成本低。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，该方法还包括：

获取滤波单元的输出电压和输出电流；

控制逆变单元中开关管的导通和关断，使得逆变单元与滤波单元形成电流回路的过程具体为：

根据母线电容的输出电压给定值、母线电容的输出电压、滤波单元的输出电压和输出电流采用闭环控制的方式控制调制控制单元，进而控制逆变单元的开关管的导通和关断，使得逆变单元与滤波单元形成电流回路，以释放母线电容的能量直至母线电容的输出电压小于预设阈值。

具体地，本申请采用闭环控制来使得母线电容的输出电压小于预设阈值，具有精度高、抗干扰性强的优点。当然，这里也可以采用其他控制方式，本申请在此不做特别的限定，根据实际情况来定。

作为一种优选地实施例，根据母线电容的输出电压给定值、母线电容的输出电压、滤波单元的输出电压和输出电流采用闭环控制的方式控制调制控制单元，进而控制逆变单元的开关管的导通和关断的过程具体为：

将母线电容的输出电压给定值与母线电容的输出电压做差，得到差值经过电压环得到电流给定值；

将滤波单元的输出电压和输出电流分别均经过clarke及park变换，相应得到dq坐标系下的滤波单元的输出电压和输出电流；

将电流给定值与dq坐标系下的滤波单元的输出电流做差，得到的差值经过电流环得到dq坐标系下的滤波单元的输出电压给定值；

将dq坐标系下的滤波单元的输出电压给定值和dq坐标系下的滤波单元的输出电压分别对应相加，得到的dq坐标系下滤波单元的最终电压，并将滤波单元的最终电压经过反park变换得到两相静止坐标系下的滤波单元的电压；

根据两相静止坐标系下的滤波单元的电压生成相应的pwm信号来控制逆变单元的开关管的导通和关断。

具体地，为了进一步提高控制精度，本申请采用电压电流双闭环的控制方法来实现闭环控制，具体地，请参照图6，图6为本发明提供的一种逆变单元的控制环路图。

输出电压给定值vdc-ref与采样得到的母线电容的输出电压vdc进行闭环控制，经过电压环gv(s)得到电流给定值id-ref和iq-ref，电流给定值id-ref和iq-ref与滤波单元的输出电流id和iq进行闭环控制，通过电流环gi(s)达到闭环控制。

其中，id、iq、滤波单元的输出电压ed及eq分别由采样得到的滤波单元的输出电流和输出电流经过clarke及park变换得到，其中：

clark：

park：

其中，θ为电网电压ua的相位角。

作为一种优选地实施例，预设阈值为0。

为了保证逆变单元及整个逆变装置的安全性能，这里的预设阈值可以设置为0，当然，这里的预设阈值还可以设置为其他数值，本申请在此不做特别的限定，根据实际情况来定。

请参照图7，图7为本发明提供的一种逆变装置的控制系统的结构示意图，逆变装置包括依次连接的直流开关、母线电容、逆变单元、包括电容和电感的滤波单元及交流开关，该系统包括：

第一开关信号获取单元1，用于获取直流开关的开关信号；

第二开关信号获取单元2，用于获取交流开关的开关信号；

第一电压信号获取单元3，用于获取母线电容的输出电压；

第一判断单元4，用于根据开关信号判断直流开关和交流开关是否均断开，如果是，触发第二判断单元；

第二判断单元5，用于判断母线电容的输出电压是否大于预设阈值，用于触发控制单元；

控制单元6，用于控制逆变单元中开关管的导通和关断，使得逆变单元与滤波单元形成电流回路，以释放母线电容的能量直至母线电容的输出电压小于预设阈值。

作为一种优选地实施例，该系统还包括：

第二电压信号获取单元，用于获取滤波单元的输出电压和输出电流；

控制逆变单元中开关管的导通和关断，使得逆变单元与滤波单元形成电流回路的过程具体为：

根据母线电容的输出电压给定值、母线电容的输出电压、滤波单元的输出电压和输出电流采用闭环控制的方式控制调制控制单元，进而控制逆变单元的开关管的导通和关断，使得逆变单元与滤波单元形成电流回路，以释放母线电容的能量直至母线电容的输出电压小于预设阈值。

作为一种优选地实施例，根据母线电容的输出电压给定值、母线电容的输出电压、滤波单元的输出电压和输出电流采用闭环控制的方式控制调制控制单元，进而控制逆变单元的开关管的导通和关断的过程具体为：

将母线电容的输出电压给定值与母线电容的输出电压做差，得到差值经过电压环得到电流给定值；

将滤波单元的输出电压和输出电流分别均经过clarke及park变换，相应得到dq坐标系下的滤波单元的输出电压和输出电流；

将电流给定值与dq坐标系下的滤波单元的输出电流做差，得到的差值经过电流环得到dq坐标系下的滤波单元的输出电压给定值；

将dq坐标系下的滤波单元的输出电压给定值和dq坐标系下的滤波单元的输出电压分别对应相加，得到的dq坐标系下滤波单元的最终电压，并将滤波单元的最终电压经过反park变换得到两相静止坐标系下的滤波单元的电压；

根据两相静止坐标系下的滤波单元的电压生成相应的pwm信号来控制逆变单元的开关管的导通和关断。

作为一种优选地实施例，预设阈值为0。

作为一种优选地实施例，滤波单元为lc滤波单元。

当然，这里的lc滤波单元还可以为其他类型的滤波单元，本申请在此不做特别的限定，根据实际情况来定。

对于本发明提供的一种逆变装置的控制系统的介绍请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种逆变装置，包括依次连接的直流开关、母线电容、逆变单元、包括电容和电感的滤波单元及交流开关，还包括如上述的逆变装置的控制系统。

对于本发明提供的一种逆变装置的介绍请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。