本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种基于多模块级联型矩阵变换器精确移相的实现方法。
背景技术：
目前，注重节能减排，有效地减少企业的能源消耗成为了人们关注的重点。中/高压大功率变频器装置的应用使得各电动机节电率大大提高，节能效果显著。多模块矩阵变换器是目前唯一被商业化的适用于中高压应用的矩阵变换器。
多模块矩阵变换器将传统功率变换器与多电平技术相结合，具有矩阵变换器和h桥级联型高压变频器的双重优势，既能将多个独立的低压功率单元模块串联实现高压输出，输出正弦性，又能实现能量双向流动，四象限运行，无需中间直流电容等。
图1为多模块级联型矩阵变换器拓扑结构示意图，所述多模块矩阵变换器a、b、c三相每相都由多个模块矩阵变换器级联而成。为了获得较多的输出电压电平，各模块期望的输出电压均相等，且开关状态采用循环移位方法。因此，移相pwm方法是一种专门用于级联型多电平变换器的pwm方法。每个模块的pwm脉冲之间有一定相移，即在相位上错开，从而使各模块最终迭加输出的pwm波的等效开关频率提高到原来的数倍，从而可在不提高开关频率的条件下，大大减小输出谐波。
传统的多模块级联型矩阵变换器通常采用常规的近似移相方法。但常规的近似移相方法仅是生硬的将各模块的pwm波形依次移相，使得各模块输出电压平均值无法保证相等，如加在小电阻或者控制电机上，就会使得电流波动较大，无法保证输出质量。
技术实现要素：
本发明为解决现有技术中存在的问题，提供了一种基于多模块级联型矩阵变换器精确移相的实现方法。
一方面，本发明提出一种基于多模块级联型矩阵变换器的移相方法，包括：s1，根据所述多模块级联型矩阵变换器的第i个模块移相后的开关波形，计算所述第i个模块对应的任一开关控制周期内开关第一动作时间t1和开关第二动作时间t2；i＝1,2,…,n，n为所述多模块级联型矩阵变换器的模块数量；s2，判断所述第i个模块对应的任一开关控制周期内t1和t2是否符合预先设定的安全换流规则，若不符合所述安全换流规则，则根据所述安全换流规则调整t1和t2；所述安全换流规则用于保证所述第i个模块能够实现安全换流且所述第i个模块与其他模块在所述任一开关控制周期的占空比相同；s3，重复步骤s1和s2，获取所述第i个模块的全部开关控制周期的t1和t2；s4，重复步骤s1至s3，获取所述多模块级联型矩阵变换器中全部模块的全部开关控制周期的t1和t2，并根据所述全部模块的全部开关控制周期的t1和t2对所述多模块级联型矩阵变换器进行移相控制。
优选地，所述安全换流规则包括：
其中，t为开关控制周期，t为开关器件的导通时间。
优选地，所述第一安全换流时间为11n，所述第二安全换流时间为5n，所述最小脉冲宽度为2n；其中，
优选地，所述步骤s3进一步包括：s31，若5n≤t1≤11n，则将t1设置为11n，并将t2向后顺延；若t1≤5n，则将t1设置为0，并将t2向前顺推；s32，若t-t2<5n，则将t2设置为t-5n，并将t1向前顺推。
优选地，还包括：s0，将所述多模块级联型矩阵变换器的第i个模块对应的开关波形移相(i-1)t/n；其中，t为开关控制周期。
优选地，所述模块为三模块级联型矩阵变换器。
再一方面，本发明提出一种基于多模块级联型矩阵变换器的移相设备，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如前所述的方法。
又一方面，本发明提出一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如前所述的方法。
本发明提供的一种基于多模块级联型矩阵变换器精确移相的实现方法，通过应用安全换流规则调整开关动作时间，保证了各模块同一开关控制周期内的占空比相同，进而实现了精确移相，保证了各模块输出电压相等，提高了输出质量，同时保证了多模块级联型矩阵变换器安全换流的实现，增强了变换器运行的安全性。
附图说明
图1为多模块级联型矩阵变换器拓扑结构示意图；
图2为本发明具体实施例的一种基于多模块级联型矩阵变换器的移相方法的流程示意图；
图3为本发明具体实施例的移相方法比较示意图；
图4为本发明具体实施例的移相为0时的驱动电压波形示意图；
图5为本发明具体实施例的移相为t/4时的驱动电压波形示意图；
图6为本发明具体实施例的移相为2t/4时的驱动电压波形示意图；
图7为本发明具体实施例的移相为3t/4时的驱动电压波形示意图；
图8为本发明具体实施例的一种基于多模块级联型矩阵变换器的移相设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
矩阵式变换器是一种新型的交－交电源变换器。可以实现交流电诸参数(相数、相位、幅值、频率)的变换。和传统的变换器相比，它具有如下优点：不需要中间直流储能环节；能够四象限运行；具有优良的输入电流波形和输出电压波形；可自由控制的功率因数。矩阵式变换器已成为电力电子技术研究的热点之一，并有着广泛的应用前景。
为了在矩阵变换器中利用低压开关器件实现高压输出，目前主流的解决方法有两种：一种解决方法是采用电力电子器件串联的半桥式逆变结构，即箝位型多电平逆变器；另一种方法是采用基本功率单元直接串联叠加组成一种级联式电路结构。其中，级联型矩阵变换器需要通过移相已达到在不提高开关频率的条件下，大大减小输出谐波的目的。由于矩阵变换器无中间直流电容，因此对输出电压精度要求高，用常规的近似移相方法无法满足各模块输出电压平均值相等的要求，导致电流波动大，输出质量无法保证。
针对上述问题，本发明具体实施例提出一种基于多模块级联型矩阵变换器的移相方法：
图2为本发明具体实施例的一种基于多模块级联型矩阵变换器的移相方法的流程示意图，如图2所示，一种基于多模块级联型矩阵变换器的移相方法，包括：s1，根据所述多模块级联型矩阵变换器的第i个模块对应的移相后的开关波形，计算所述第i个模块对应的任一开关控制周期内开关第一动作时间t1和开关第二动作时间t2；i＝1,2,…,n，n为所述多模块级联型矩阵变换器的模块数量；s2，判断所述第i个模块对应的任一开关控制周期内t1和t2是否符合预先设定的安全换流规则，若不符合所述安全换流规则，则根据所述安全换流规则调整t1和t2；所述安全换流规则用于保证所述第i个模块实现安全换流且每一模块的所述任一开关控制周期的占空比相同；s3，重复步骤s1和s2，获取所述第i个模块的全部开关控制周期的t1和t2；s4，重复步骤s1至s3，获取所述多模块级联型矩阵变换器中全部模块的全部开关控制周期的t1和t2，并根据所述全部模块的全部开关控制周期的t1和t2对所述多模块级联型矩阵变换器进行移相控制。
具体地，所述多模块级联型矩阵变换器由n个模块构成，每一模块中开关在一个开关控制周期内动作两次。
首先，针对所述多模块级联型矩阵变换器的第i个模块移相后的波形，计算所述第i个模块对应的任一开关控制周期内开关第一动作时间t1和开关第二动作时间t2，其中所述开关第一动作时间t1为所述第i个模块的开关在所述任一开关控制周期中的第一次动作的时间，所述开关第二动作时间t2为所述第i个模块的开关在所述任一开关控制周期中的第二次动作的时间。
其次，根据预先设定的安全换流规则，对上一步骤中计算得到的第i个模块对应的任一开关控制周期内的t1和t2进行判断，如果所述t1和t2符合所述安全换流规则，则保持所述t1和t2；否则，应用所述安全换流规则对所述t1和t2进行调整，以使得所述第i个模块能够实现安全换流，且所述第i个模块与所述多模块级联型矩阵变换器中的其他模块在所述任一开关控制周期内的占空比一致。
接着，重复上述步骤，获取所述第i个模块在全部开关控制周期的t1和t2。
最后，重复上述所有步骤，按照获取第i个模块在全部开关控制周期的t1和t2的方法依次获取所述多模块级联型矩阵变换器中全部模块的全部开关控制周期的t1和t2，并应用所述全部模块的全部开关控制周期的t1和t2设置所述全部模块的开关波形，通过所述开关波形对所述多模块级联型矩阵变换器进行移相控制。
本发明具体实施例中，通过应用安全换流规则调整开关动作时间，保证了各模块同一开关控制周期内的占空比相同，进而实现了精确移相，保证了各模块输出电压相等，提高了输出质量，同时保证了多模块级联型矩阵变换器安全换流的实现，增强了变换器运行的安全性。
基于上述具体实施例，一种基于多模块级联型矩阵变换器的移相方法，所述安全换流规则包括：
其中，t为开关控制周期，t为开关器件的导通时间。
具体地，上述规则中，t1≥第一安全换流时间，用于确保开关在开关控制周期中第一次动作时，能够安全运行。
t-t2≥第二安全换流时间，用于确保开关在开关控制周期结束前的第二次动作，能够安全运行。
t≥最小脉冲宽度，用于确保开关器件的导通时间大于控制器能够输出的最小脉冲宽度，保证控制器输出的脉冲精度能够符合所述开关器件的要求。
t2≥t1，用于确保开关第二动作时间在开关第一动作时间之后，避免时序混乱导致当前模块输出畸变。
本发明具体实施例中给出了用于确保所述多模块级联型矩阵变换器安全换流的实现的安全换流规则，有助于提高所述变换器运行的可靠性。
基于上述任一具体实施例，一种基于多模块级联型矩阵变换器的移相方法，所述第一安全换流时间为11n，所述第二安全换流时间为5n，所述最小脉冲宽度为2n。
具体地，nc为控制器在一个开关控制周期t的计数值，nc由控制器采用的晶振频率和实际控制频率决定。tp为开关器件动作的时间，由所述变换器选用的开关器件的参数获取，例如tp为开关器件的导通延迟时间和关断延迟时间中的最大值，但不限于此。由下式计算得到n，n表示控制器在开关器件动作时间的计数值：
应用n对应表示所述安全换流规则中的参数：所述第一安全换流时间为11n，所述第二安全换流时间为5n，所述最小脉冲宽度为2n。
本发明具体实施例中，将安全换流规则参数转换为了控制器的计数值，为后续t1与t2的调整提供了便利。
基于上述任一具体实施例，一种基于多模块级联型矩阵变换器的移相方法，所述步骤s3进一步包括：
s31，若5n≤t1≤11n，则将t1设置为11n，并将t2向后顺延；若t1≤5n，则将t1设置为0，并将t2向前顺推；
s32，若t-t2<5n，则将t2设置为t-5n，并将t1向前顺推。
具体地，根据预先设定的安全换流规则，对上一步骤中计算得到的第i个模块对应的任一开关控制周期内的t1和t2进行判断：
首先，判断t1是否满足t1≥11n，如果t1≥11n，则t1符合所述安全换流规则，无需对t1进行调整；
如果t1<11n，则对t1进行调整：进一步地，如果5n≤t1≤11n，则将t1设置为11n，并将t2向后顺延；否则，将将t1设置为0，并将t2向前顺推。
其次，判断t2是否满足t-t2≥5n，如果t-t2≥5n，则t2符合所述安全换流规则，无需对t2进行调整；
否则，对t2进行调整，将t2设置为t-5n，并将t1向前顺推。
本发明具体实施例中，通过安全换流规则对开关动作时间进行调整，保证了各模块输出电压相等，提高了输出质量，提高了变换器运行的可靠性。
基于上述任一具体实施例，一种基于多模块级联型矩阵变换器的移相方法，还包括：s0，将所述多模块级联型矩阵变换器的第i个模块对应的开关波形移相(i-1)t/n；其中，t为开关控制周期。
具体地，在针对所述多模块级联型矩阵变换器的第i个模块移相后的波形，计算所述第i个模块对应的任一开关控制周期内开关第一动作时间t1和开关第二动作时间t2之前，需要对所述第i个模块进行移相，其移相大小与所述多模块级联型矩阵变换器的模块总数和所述第i个模块的序号有关，第i个模块对应的移相大小等于(i-1)t/n，其中，t为开关控制周期，n为模块总数。
例如，假设t＝200，n＝4，则第1个模块对应移相0，第二个模块对应移相50，第三个模块对应移相100，第四个模块对应移相150。
本发明具体实施例中，通过常规近似移相方法的使用，为后续精确移相奠定了基础。
基于上述任一具体实施例，一种基于多模块级联型矩阵变换器的移相方法，所述模块为三模块级联型矩阵变换器。
具体地，所述多模块级联型矩阵变换器为多个三模块级联矩阵变换器级联构成的，但本发明具体实施例中，构成所述多模块级联型矩阵变换器的模块不限于此。
为了更好地理解与应用本发明提出的一种基于多模块级联型矩阵变换器的移相方法，本发明进行以下示例，且本发明不仅局限于以下示例。
示例一：
图3为本发明具体实施例的移相方法比较示意图，如图3所示，图3(a)为移相前的基础波形，图3(b)为目前常规的近似移相方法，图3(c)为本发明提出的移相方法，图3(b)与图3(c)均对图3(a)中的基础波形移相t/4。
系统运行过程中控制器的占空比(即开关导通时间)会发生变化，来满足输出电压的要求。但同一个周期，各个模块的占空比相同，以使得各模块输出相同的期望电压值。假设一个周期的时间t＝200，n计算约为1.2053。第一个开关控制周期的开关导通时间2t＝80，第二个开关控制周期的开关导通时间为2t＝100，第三个开关控制周期的开关导通时间为2t＝120。
由图3(b)可知，当应用常规的近似移相方法进行移相后，第二个开关控制周期内的开关导通时间仅为90，没有达到第二个开关控制周期期望的100。由此可见，应用常规的近似移相方法，很难保证各个模块的输出电压相等，并且都等于期望输出电压。
与之相对应的，由图3(c)可知，应用本发明提出的移相方法，解决了上述问题，保证了各个模块输出的电压都能够与期望电压值相同，满足供电要求。
示例二：
本示例中应用的开关器件为igbt，igbt的开关动作时间tp＝1.5us，开关控制周期t＝250us，控制器一个开关控制周期的计数值nc＝18750，由上计算可得n＝113(5n＝565，11n＝1243)。
图4为本发明具体实施例的移相为0时的驱动电压波形示意图，由图可知，
t1＝t，565≤t1≤8923
t2＝18750-t，9827≤t2≤18185
此外，图4(a)中，0<t<t/4；图4(b)中，t/4<t<t/2。
图5为本发明具体实施例的移相为t/4时的驱动电压波形示意图，参考图5，应用上述移相方法，图5(a)可分为两种情况讨论：
①
②
t1＝11n，t1＝1243
t2＝2t+11n，8133≤t2≤9489
同理，针对图5(b)分两种情况进行讨论：
③
t1＝2t，8246≤t1≤10506
t2＝0(t2被移到周期末尾)，t2＝0
④
图6为本发明具体实施例的移相为2t/4时的驱动电压波形示意图，参考图6，应用上述移相方法，图6(a)可分为两种情况讨论：
①
②
t1＝11n，t1＝1243
t2＝2t+11n，17507≤t2≤18185
同理，针对图6(b)分情况进行讨论：
③
图7为本发明具体实施例的移相为3t/4时的驱动电压波形示意图，参考图7，应用上述移相方法，图7(a)可分为两种情况讨论：
①
②
t1＝t2＝t-2t，8244≤t1＝t2≤10504
t1＝0(t1刚好在周期首位置)
同理，针对图7(b)分情况进行讨论：
①
t1＝11n，t1＝1243
t2＝t-2t+11n，8131≤t2≤9487
②
图8为本发明具体实施例的一种基于多模块级联型矩阵变换器的移相设备的结构示意图，如图8所示，该设备包括：至少一个处理器801；以及与所述处理器801通信连接的至少一个存储器802，其中：所述存储器802存储有可被所述处理器801执行的程序指令，所述处理器801调用所述程序指令能够执行上述各实施例所提供的基于多模块级联型矩阵变换器的移相的方法，例如包括：s1，根据所述多模块级联型矩阵变换器的第i个模块移相后的开关波形，计算所述第i个模块对应的任一开关控制周期内开关第一动作时间t1和开关第二动作时间t2；i＝1,2,…,n，n为所述多模块级联型矩阵变换器的模块数量；s2，判断所述第i个模块对应的任一开关控制周期内t1和t2是否符合预先设定的安全换流规则，若不符合所述安全换流规则，则根据所述安全换流规则调整t1和t2；所述安全换流规则用于保证所述第i个模块能够实现安全换流且所述第i个模块与其他模块在所述任一开关控制周期的占空比相同；s3，重复步骤s1和s2，获取所述第i个模块的全部开关控制周期的t1和t2；s4，重复步骤s1至s3，获取所述多模块级联型矩阵变换器中全部模块的全部开关控制周期的t1和t2，并根据所述全部模块的全部开关控制周期的t1和t2对所述多模块级联型矩阵变换器进行移相控制。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令使计算机执行对应实施例所提供的基于多模块级联型矩阵变换器的移相方法，例如包括：s1，根据所述多模块级联型矩阵变换器的第i个模块移相后的开关波形，计算所述第i个模块对应的任一开关控制周期内开关第一动作时间t1和开关第二动作时间t2；i＝1,2,…,n，n为所述多模块级联型矩阵变换器的模块数量；s2，判断所述第i个模块对应的任一开关控制周期内t1和t2是否符合预先设定的安全换流规则，若不符合所述安全换流规则，则根据所述安全换流规则调整t1和t2；所述安全换流规则用于保证所述第i个模块能够实现安全换流且所述第i个模块与其他模块在所述任一开关控制周期的占空比相同；s3，重复步骤s1和s2，获取所述第i个模块的全部开关控制周期的t1和t2；s4，重复步骤s1至s3，获取所述多模块级联型矩阵变换器中全部模块的全部开关控制周期的t1和t2，并根据所述全部模块的全部开关控制周期的t1和t2对所述多模块级联型矩阵变换器进行移相控制。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和规则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。