一种逆变器PWM调制方法、装置、系统及存储介质与流程

本发明涉及功率变换器调制，尤其涉及一种逆变器pwm调制方法、装置、系统及存储介质。

背景技术：

1、目前，逆变器中通常使用的是高频的开关元器件，其具有较大的功率损耗。图1为典型的heric逆变器(高效高可靠性逆变器)的电路拓扑结构图，该电路拓扑结构在逆变器的滤波电路上并联有两个反向串联的开关管进行续流，以达到续流阶段交流输出端与直流电源隔离的目的。但是，该逆变器进行调制时，需要插入死区时间，以防止直流电源被短路，从而需要额外增加了一个时序程序；同时在调制过程中，开关管在开通或关断时，开关管和二极管都有较大电流通过，造成了逆变器在工作中存在明显的开关管的开关损耗和导通损耗。

2、heric逆变器以其极低的对地漏电流和极高的转换效率，得以在光伏逆变器领域得到广泛的使用。对于heric逆变器，使用硅基mosfet(金氧半场效晶体管)或者igbt(绝缘栅双极型晶体管)，其双极性pwm(脉宽调制算法)调制的工作模式实现了主功率开关管在进行开关转换时，电压的跳变仅为直流母线电压的一半，从而开关损耗降为全电压跳变的四分之一，极大地减小了开关损耗，从而实现了较高的转换效率。

3、功率因数校正电路(pfc)是一种解决交流-直流变换电路中常用的可减少电网污染并提高电网利用率的装置。近年来，随着第三代功率半导体的发展，具有更高效率的图腾柱无桥pfc变换器在高性能电源中也快速发展起来。该变换器的更低的导通损耗结合氮化镓和碳化硅极低的开关损耗，使得电能转换效率突破99％的瓶颈。

4、无论是图腾柱无桥pfc变换器，亦或是heric逆变器，均可以工作在整流和逆变两种模式。结合第三代半导体极低开关损耗的特性，heric逆变器的冗余工作模式也可以得以利用，以进一步降低系统的导通损耗，实现更高的转换效率。

技术实现思路

1、本发明提供了一种逆变器pwm调制方法、装置、系统及存储介质，基于六个开关管的双向逆变器的电路拓扑结构，结合图腾柱pfc和heric逆变器工作模式的优点，改进了脉宽调制算法，通过复用开关管进行续流，实现了多路开关管的并联分摊电流，从而减小变换器在大电流情形下的导通损耗，解决了如何降低逆变器在工作中存在的功率损耗的技术问题。

2、本发明第一方面提供一种逆变器pwm调制方法，应用于双向逆变器，所述双向逆变器的电路拓扑结构包括第一至第六开关管，其中第一开关管和第二开关管串联而构成第一半桥，第三开关管和第四开关管串联而构成第二半桥，所述第一半桥和所述第二半桥并联，第五开关管的一端连接于所述第一开关管和所述第二开关管之间，第六开关管的一端连接于所述第三开关管和所述第四开关管之间，所述第五开关管的另一端与所述第六开关管的另一端串联而构成续流桥臂，所述方法包括：

3、从第一pwm调制模式和第二pwm调制模式中选择调制模式；

4、根据被选择的调制模式进行各开关管的控制，以使所述双向逆变器的电路中存在两个导通支路共同分担电流；

5、其中，所述第一pwm调制模式用于控制所述第一半桥和所述第二半桥处于不同的开关状态模式，控制所述第五开关管在正弦波的正半周期内处于常通状态且在正弦波的负半周期内与所述第一开关管的开关状态相同，控制所述第六开关管在正弦波的正半周期内与所述第二开关管的开关状态相同且在正弦波的负半周期内处于常通状态；所述开关状态模式包括高频开关状态和工频开关状态；

6、所述第二pwm调制模式用于控制所述第一半桥和所述第二半桥处于高频开关状态，控制所述第五开关管在正弦波的正半周期内处于常通状态，而在正弦波的负半周期内控制所述第五开关管在第一开关管和第四开关管中的其中一个开启时开启，以及控制所述第六开关管在正弦波的负半周期内处于常通状态，而在正弦波的正半周期内控制所述第六开关管在第二开关管和第三开关管中的其中一个开启时开启。

7、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述双向逆变器的工作模式处于整流模式时，所述两个导通支路工作于电感电流储能期间；所述双向逆变器处于逆变模式时，所述两个导通支路工作于电感续流期间。

8、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述方法根据第一pwm调制模式控制所述第一半桥和所述第二半桥处于不同的开关状态模式时，具体包括：

9、控制所述第一半桥处于高频开关状态及控制所述第二半桥处于工频开关状态；

10、或者，控制所述第一半桥处于工频开关状态及控制所述第二半桥处于高频开关状态；

11、又或者，在第一预置周期内控制所述第一半桥处于高频开关状态及控制所述第二半桥处于工频开关状态，在第二预置周期内控制所述第一半桥处于工频开关状态及控制所述第二半桥处于高频开关状态；所述第一预置周期与所述第二预置周期为相邻周期。

12、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述控制所述第一半桥处于高频开关状态及控制所述第二半桥处于工频开关状态，包括：

13、在控制所述第一开关管处于高频开关状态时，控制所述第一开关管的pwm驱动信号的占空比为：

14、

15、式中，dq1(t)p表示所述第一开关管的pwm驱动信号在正弦波的正半周期内的占空比，dq1(t)n表示所述第一开关管的pwm驱动信号在正弦波的负半周期内的占空比，m为调制系数，且0<m<1，f0为所述正弦波的频率，t为时间，dq2(t)n表示所述第二开关管的pwm驱动信号在正弦波的负半周期内的占空比，所述第一开关管的pwm驱动信号带有第一预置死区时间，ddt1为所述第一预置死区时间对应的占空比；

16、在控制所述第二开关管处于高频开关状态时，控制所述第二开关管的pwm驱动信号的占空比为：

17、

18、式中，dq2(t)p表示所述第二开关管的pwm驱动信号在正弦波的正半周期内的占空比，所述第二开关管的pwm驱动信号带有第二预置死区时间，ddt2为所述第二预置死区时间对应的占空比；

19、在控制所述第三开关管处于工频开关状态时，控制所述第三开关管的pwm驱动信号的占空比为：

20、

21、式中，dq3(t)p表示所述第三开关管的pwm驱动信号在正弦波的正半周期内的占空比，dq3(t)n表示所述第三开关管的pwm驱动信号在正弦波的负半周期内的占空比；

22、在控制所述第四开关管处于工频开关状态时，控制所述第四开关管的pwm驱动信号的占空比为：

23、

24、式中，dq4(t)p表示所述第四开关管的pwm驱动信号在正弦波的正半周期内的占空比，dq4(t)n表示所述第四开关管的pwm驱动信号在正弦波的负半周期内的占空比。

25、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述方法根据第二pwm调制模式控制所述第一半桥和所述第二半桥处于高频开关状态时，具体包括：

26、在控制所述第一半桥处于高频开关状态时，控制所述第一开关管的pwm驱动信号与所述第二开关管的pwm驱动信号互补；

27、在控制所述第二半桥处于高频开关状态时，控制所述第三开关管的pwm驱动信号与所述第四开关管的pwm驱动信号互补。

28、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述方法根据第二pwm调制模式控制所述第一半桥和所述第二半桥处于高频开关状态时，还具体包括：

29、在控制所述第一开关管处于高频开关状态时，控制所述第一开关管的pwm驱动信号的占空比为：

30、

31、式中，dq1(t)表示所述第一开关管的pwm驱动信号在正弦波的一个周期内的占空比，m为调制系数，且0<m<1，f0为所述正弦波的频率，t为时间；

32、在控制所述第三开关管处于高频开关状态时，控制所述第三开关管的pwm驱动信号的占空比为：

33、

34、式中，dq3(t)表示所述第三开关管的pwm驱动信号在正弦波的一个周期内的占空比。

35、本发明第三方面提供了一种逆变器pwm调制装置，包括：

36、存储器，用于存储指令；其中，所述指令用于实现如上任意一项能够实现的方式所述的逆变器pwm调制方法；

37、处理器，用于执行所述存储器中的指令。

38、本发明第四方面一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任意一项能够实现的方式所述的逆变器pwm调制方法。

39、本发明第四方面提供一种逆变器pwm调制装置，应用于双向逆变器，所述双向逆变器的电路拓扑结构包括第一至第六开关管，其中第一开关管和第二开关管串联而构成第一半桥，第三开关管和第四开关管串联而构成第二半桥，所述第一半桥和所述第二半桥并联，第五开关管的一端连接于所述第一开关管和所述第二开关管之间，第六开关管的一端连接于所述第三开关管和所述第四开关管之间，所述第五开关管的另一端与所述第六开关管的另一端串联而构成续流桥臂，所述装置包括：

40、选择模块，用于从第一pwm调制模式和第二pwm调制模式中选择调制模式；

41、控制模块，用于根据被选择的调制模式进行各开关管的控制，以使所述双向逆变器的电路中存在两个导通支路共同分担电流；

42、其中，所述第一pwm调制模式用于控制所述第一半桥和所述第二半桥处于不同的开关状态模式，控制所述第五开关管在正弦波的正半周期内处于常通状态且在正弦波的负半周期内与所述第一开关管的开关状态相同，控制所述第六开关管在正弦波的正半周期内与所述第二开关管的开关状态相同且在正弦波的负半周期内处于常通状态；所述开关状态模式包括高频开关状态和工频开关状态；

43、所述第二pwm调制模式用于控制所述第一半桥和所述第二半桥处于高频开关状态，控制所述第五开关管在正弦波的正半周期内处于常通状态，而在正弦波的负半周期内控制所述第五开关管在第一开关管和第四开关管中的其中一个开启时开启，以及控制所述第六开关管在正弦波的负半周期内处于常通状态，而在正弦波的正半周期内控制所述第六开关管在第二开关管和第三开关管中的其中一个开启时开启。

44、本发明第五方面提供一种逆变器pwm调制系统，包括：

45、双向逆变器，所述双向逆变器的电路拓扑结构包括第一至第六开关管，其中第一开关管和第二开关管串联而构成第一半桥，第三开关管和第四开关管串联而构成第二半桥，所述第一半桥和所述第二半桥并联，第五开关管的一端连接于所述第一开关管和所述第二开关管之间，第六开关管的一端连接于所述第三开关管和所述第四开关管之间，所述第五开关管的另一端与所述第六开关管的另一端串联而构成续流桥臂；

46、如上所述的逆变器pwm调制装置。

47、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

48、本发明的方法应用于基于六个开关管的双向逆变器，其根据第一pwm调制模式或第二pwm调制模式进行双向逆变器中各开关管的控制，以使所述双向逆变器的电路中存在两个导通支路共同分担电流；本发明通过复用开关管进行续流，实现了多路开关管的并联分摊电流，从而减小了变换器在大电流情形下的导通损耗；本发明的方法存在多种冗余的开关模式，通过合理地利用冗余开关模式，可以将开关损耗和导通损耗均匀地分配到各个开关管上，从而增强了变换器在大功率情形下运行的性能，并提升了逆变器系统在满载和过载下的可靠性；本发明的调制方法尤其适用于使用以氮化镓和碳化硅等宽禁带功率半导体所组成的功率电路。