一种中点电压的平衡方法及平衡装置与流程

1.本发明涉及电力电子控制领域，尤其涉及一种中点电压的平衡方法及平衡装置。


背景技术：

2.目前二极管钳位型三电平拓扑结构的变流器广泛应用于光伏发电、风力发电或电机驱动等应用场合，与两电平拓扑的逆变器相比，同一等级的电压条件下，三电平变流器产生的损耗低，效率高且输出谐波低。但与两电平逆变器相比，三电平逆变器存在中点电压不平衡的问题，中点电压不平衡会导致变流器输出电压发生畸变，包含低次谐波分量，驱动电机引起转矩脉动，功率器件承受的电压不均衡，严重时损坏功率器件，降低母线上电容的寿命。
3.现有技术通常采用硬件处理方法和软件处理方法解决中点电压不平衡的问题，硬件处理方法通过给直流侧增加辅助电路，独立控制电容上的电压，增加了系统的复杂度，且增加系统损耗；软件处理方法也存在控制复杂的问题。
4.综上所述，现有的中点电压平衡方法存在控制复杂的技术问题。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种中点电压的平衡方法，包括：步骤一：对母线上下桥臂电压进行采样，输出上桥臂电压和下桥臂电压；步骤二：基于上述上桥臂电压和上述下桥臂电压计算得到平衡因子；步骤三：检测母线电流方向，基于上述母线电流方向和上述平衡因子调整正小矢量作用时间和负小矢量作用时间。
6.具体地，上述步骤二包括：基于第一公式、上述上桥臂电压和上述下桥臂电压，计算得到母线电压偏差，上述第一公式为：其中，为上述上桥臂电压，为上述下桥臂电压，为上述母线电压偏差，和分别为上述上桥臂电压和上述下桥臂电压的下标；基于第二公式、上述上桥臂电压、上述下桥臂电压和上述母线电压偏差计算得到平衡因子，上述第二公式为：其中，为预设系数，为上述平衡因子。
7.具体地，步骤三包括：检测母线电流方向，若母线电流方向是直流流向交流，则基于第三公式调整正小矢量作用时间，上述第三公式为：
其中，为上述正小矢量作用时间，为初始作用时间，为上述正小矢量作用时间的下标，为上述初始作用时间的下标。
8.可选的，步骤三还包括：检测母线电流方向，若母线电流方向是直流流向交流，则基于第四公式调整负小矢量作用时间，上述第四公式为：其中，为上述负小矢量作用时间，为初始作用时间，为上述负小矢量作用时间的下标，为上述初始作用时间的下标。
9.另外，本发明提供一种中点电压的平衡装置，包括：采样单元：对母线上下桥臂电压进行采样，输出上桥臂电压和下桥臂电压；运算单元：基于上述上桥臂电压和上述下桥臂电压计算得到平衡因子；调整单元：检测母线电流方向，基于上述母线电流方向和上述平衡因子调整正小矢量作用时间和负小矢量作用时间。
10.具体地，上述运算单元还用于：基于第一公式、上述上桥臂电压和上述下桥臂电压，计算得到母线电压偏差，上述第一公式为：其中，为上述上桥臂电压，为上述下桥臂电压，为上述母线电压偏差，和分别为上述上桥臂电压和上述下桥臂电压的下标；基于第二公式、上述上桥臂电压、上述下桥臂电压和上述母线电压偏差计算得到平衡因子，上述第二公式为：其中，为预设系数，为上述平衡因子。
11.具体地，上述调整单元还用于：检测母线电流方向，若母线电流方向是直流流向交流，则基于第三公式调整正小矢量作用时间，上述第三公式为：其中，为上述正小矢量作用时间，为初始作用时间，为上述正小矢量作用时间的下标，为上述初始作用时间的下标。
12.可选地，上述调整单元还用于：检测母线电流方向，若母线电流方向是直流流向交流，则基于第四公式调整负小矢量作用时间，上述第四公式为：
其中，为上述负小矢量作用时间，为初始作用时间，为上述负小矢量作用时间的下标，为上述初始作用时间的下标。
13.另外，本发明提供一种中点电压的平衡装置，包括存储器和处理器，上述存储器中存储计算机程序，其特征在于，上述计算机程序在上述处理器中运行可实现上述的方法。
14.另外，本发明提供一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，上述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供的一种中点电压的平衡方法，包括：对母线上下桥臂电压进行采样，输出上桥臂电压和下桥臂电压；基于上述上桥臂电压和上述下桥臂电压计算得到平衡因子；检测母线电流方向，基于上述母线电流方向和上述平衡因子调整正小矢量作用时间和负小矢量作用时间，从而根据负载电流流向和电压偏差，决定正负小矢量各自的作用时间，简单有效地解决中点电压不平衡的问题。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为中点电压的平衡方法一个流程示意图；图2为电压电流采样装置一个架构示意图；图3为中点电压的平衡装置的一个架构示意图；图4为中点电压的平衡装置的另一个架构示意图。
具体实施方式
18.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况下，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
19.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
20.还应当理解，在本技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本技术。如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
21.下面结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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它
实施例，都属于本技术保护的范围。
22.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是本技术还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似推广，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
23.实施例一本技术提供一种中点电压的平衡方法，如图1所示，上述平衡方法应用于二极管钳位型三电平拓扑结构，在本技术实施例中，本技术提供的平衡方法可以简单有效地解决中点电压不平衡的问题，不需要额外的硬件和系统，且便于数字化实现。需要说明的是，图1所示方法的执行主体可以是软件和/或硬件装置。
24.本实施例中，上述平衡方法包括步骤s101至步骤s103，具体如下：s101：对母线上下桥臂电压进行采样，输出上桥臂电压和下桥臂电压；需要说明的是，对母线上下桥臂电压进行采样后经过滤波电路、比例运放电路、偏置电路调理后输入到主控芯片。
25.s102：基于上述上桥臂电压和上述下桥臂电压计算得到平衡因子；s103：检测母线电流方向，基于上述母线电流方向和上述平衡因子调整正小矢量作用时间和负小矢量作用时间。
26.需要说明的是，通过调节平衡因子增大或减小正负小矢量的作用时间，保持两者总的时间不变，实现中点电压保持平衡。
27.可选的，上述检测母线电流方向包括：对母线电流进行采样后经过滤波电路、比例运放电路、偏置电路调理后输入到主控芯片。
28.还需要说明的是，图2给出了电压电流采样装置的框架示意图，这些单元是本领域普通技术人员公知的结构。本实施例在此不做累述。
29.示例性地，步骤s102包括：基于第一公式、上述上桥臂电压和上述下桥臂电压，计算得到母线电压偏差，上述第一公式为：其中，为上述上桥臂电压，为上述下桥臂电压，为上述母线电压偏差，和分别为上述上桥臂电压和上述下桥臂电压的下标；基于第二公式、上述上桥臂电压、上述下桥臂电压和上述母线电压偏差计算得到平衡因子，上述第二公式为：其中，为预设系数，为上述平衡因子。
30.需要说明的是，上述预设系数根据不同的应用场合，可设定不同的值，以获得最优的效果。现有的中点电压平衡方法根据三相负载电流的方向判断正负小矢量对中点电位的影响，由于负载情况不同、电流采样误差以及控制的复杂程度，实现理想的中点电位比较困难，需根据不同情况进行相应的调整，不具有普适性，上述平衡方法通过调整预设系数可以满足不同的应用场合，保证中点电压平衡，减少三电平变流器输出谐波含量，降低驱动电
机的转矩脉动，可以增加中点电压平衡方法的普适性。
31.示例性地，步骤s103包括：检测母线电流方向，若母线电流方向是直流流向交流，则基于第三公式调整正小矢量作用时间，上述第三公式为：其中，为上述正小矢量作用时间，为初始作用时间，为上述正小矢量作用时间的下标，为上述初始作用时间的下标。
32.示例性地，步骤s103还包括：检测母线电流方向，若母线电流方向是直流流向交流，则基于第四公式调整负小矢量作用时间，上述第四公式为：其中，为上述负小矢量作用时间，为初始作用时间，为上述负小矢量作用时间的下标，为上述初始作用时间的下标。
33.需要说明的是，当母线电流的方向是直流流向交流时，正小矢量使电流流入中点，减小上桥臂电压，增大下桥臂电压；负小矢量使电流流出中点，增大上桥臂电压，减小下桥臂电压。
34.示例性地，步骤s103还包括：检测母线电流方向，若母线电流方向是交流流向直流，则基于第五公式调整正小矢量作用时间，上述第五公式为：其中，为上述正小矢量作用时间，为初始作用时间，为上述正小矢量作用时间的下标，为上述初始作用时间的下标。
35.示例性地，步骤s103还包括：检测母线电流方向，若母线电流方向是交流流向直流，则基于第六公式调整负小矢量作用时间，上述第六公式为：其中，为上述负小矢量作用时间，为初始作用时间，为上述负小矢量作用时间的下标，为上述初始作用时间的下标。
36.需要说明的是，当母线电流的方向是交流流向直流时，正小矢量使电流流出中点，增大上桥臂电压，减小下桥臂电压，负小矢量使电流流入中点，减小上桥臂电压，增大下桥臂电压。
37.其中，为调节前的正负小矢量作用时间的2倍，举例说明，假设调节前的正负小矢量的作用时间分别为和，则。
38.需要说明的是，利用正负小矢量对中点电压的影响相反来控制中点电压平衡，即每一周期内，正负小矢量都参与调制，根据当前母线电流流向和电压偏差，来决定正负小矢量各自的作用时间。
39.由上可见，上述中点电压的平衡方法，包括：对母线上下桥臂电压进行采样，输出上桥臂电压和下桥臂电压；基于上述上桥臂电压和上述下桥臂电压计算得到平衡因子；检测母线电流方向，基于上述母线电流方向和上述平衡因子调整正小矢量作用时间和负小矢量作用时间，从而根据负载电流流向和电压偏差，决定正负小矢量各自的作用时间，只需判断母线电流方向和母线上下桥臂电压的偏差，就可保证中点电压平衡，且经过简单的计算过程就能实现，不占用主控芯片的过多资源，简单有效地解决中点电压不平衡的问题。
40.实施例二对应实施例一，本实施例提供一种中点电压的平衡装置，如图3所示，包括：采样单元301：对母线上下桥臂电压进行采样，输出上桥臂电压和下桥臂电压；运算单元302：基于上述上桥臂电压和上述下桥臂电压计算得到平衡因子；调整单元303：检测母线电流方向，基于上述母线电流方向和上述平衡因子调整正小矢量作用时间和负小矢量作用时间。
41.示例性地，运算单元还用于：基于第一公式、上述上桥臂电压和上述下桥臂电压，计算得到母线电压偏差，上述第一公式为：其中，为上述上桥臂电压，为上述下桥臂电压，为上述母线电压偏差，和分别为上述上桥臂电压和上述下桥臂电压的下标；基于第二公式、上述上桥臂电压、上述下桥臂电压和上述母线电压偏差计算得到平衡因子，上述第二公式为：其中，为预设系数，为上述平衡因子。
42.上述调整单元还用于：检测母线电流方向，若母线电流方向是直流流向交流，则基于第三公式调整正小矢量作用时间，上述第三公式为：其中，为上述正小矢量作用时间，为初始作用时间，为上述正小矢量作用时间的下标，为上述初始作用时间的下标。
43.上述调整单元还用于：检测母线电流方向，若母线电流方向是直流流向交流，则基于第四公式调整负小矢量作用时间，上述第四公式为：其中，为上述负小矢量作用时间，为初始作用时间，为上述负小矢量作
用时间的下标，为上述初始作用时间的下标。
44.需要说明的是，本实施例提供的平衡装置是实施例一中方法模块化的结果，是对应于施例一中方法的程序模块实现或者电路模块实现。其中，装置解决的技术问题与实现的技术效果与实施例一对应，在此不做累述。
45.由上可见，上述平衡装置通过设置采样单元：对母线上下桥臂电压进行采样，输出上桥臂电压和下桥臂电压；运算单元：基于上述上桥臂电压和上述下桥臂电压计算得到平衡因子；调整单元：检测母线电流方向，基于上述母线电流方向和上述平衡因子调整正小矢量作用时间和负小矢量作用时间，从而根据负载电流流向和电压偏差，决定正负小矢量各自的作用时间，方法简单有效，所需硬件少，只需要判断母线电流的方向和母线上下桥臂电压的偏差，就可保证中点电压平衡，不占用主控芯片的过多资源，简单有效地解决中点电压不平衡的问题。
46.实施例三本技术还提供一种平衡装置，如图4所示，本技术实施例中的平衡装置包括：存储器401、处理器402以及存储在上述存储器401中并可在上述处理器402上运行的计算机程序，其中：存储器401用于存储软件程序以及模块，处理器402通过运行存储在存储器301的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。具体地，处理器402通过运行存储在存储器401的上述计算机程序时实现以下步骤：对母线上下桥臂电压进行采样，输出上桥臂电压和下桥臂电压；基于上述上桥臂电压和上述下桥臂电压计算得到平衡因子；检测母线电流方向，基于上述母线电流方向和上述平衡因子调整正小矢量作用时间和负小矢量作用时间。
47.假设上述为第一种可能的实施方式，则在基于上述第一种可能的实施方式的第二种可能的实施方式中，还包括：检测母线电流方向，若母线电流方向是直流流向交流，则基于第三公式调整正小矢量作用时间，上述第三公式为：其中，为上述正小矢量作用时间，为初始作用时间，为上述正小矢量作用时间的下标，为上述初始作用时间的下标。
48.在基于上述第二种可能的实施方式的第三种可能的实施方式中，还包括：检测母线电流方向，若母线电流方向是直流流向交流，则基于第四公式调整负小矢量作用时间，上述第四公式为：其中，为上述负小矢量作用时间，为初始作用时间，为上述负小矢量作用时间的下标，为上述初始作用时间的下标。
49.可选的，如图4所示，上述平衡装置还可包括：一个或多个输入设备403（图4中仅示出一个）和一个或多个输出设备404（图4中仅示出一个）。存储器401、处理器402、输入设备403和输出设备404通过总线405连接。
50.具体的，存储器401可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器402提供指令和数据。存储器401的一部分或全部还可以包括非易失性随机存取存储器；处理器402可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，该处理器还可以是其它通用处理器、数字信号处理器 (digital signal processor，dsp)、专用集成电路 (application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列 (field-programmable gate array，fpga) 或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
51.实施例四本技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。具体的，该计算机程序包括计算机程序代码，上述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式中的一种，此处不作限定；该计算机可读存储介质可以为能够携带上述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质中的一种，此处不作限定。需要说明的是，上述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。
52.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，在其它实施例中实现。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。
53.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将上述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
54.需要说明的是，上述实施例所提供的方法及其细节举例可结合至实施例提供的装置和设备中，相互参照，不再赘述。
55.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟是以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
56.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/设备实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以由另外的划分方式，例如多个
单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
57.上述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。