CN108512450A - Z源逆变器中功率开关器件导通电流的获取方法及系统 - Google Patents

Z源逆变器中功率开关器件导通电流的获取方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法及系统，方法包括：获取Z源逆变器的直流母线电流、脉冲宽度调制模块加入直通量前后产生的Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第一开关控制信号和第二开关控制信号；基于直流母线电流和第一开关控制信号，确定Z源逆变器的各相电流；基于第二开关控制信号、直流母线电流以及各相电流，确定Z源逆变器中各功率开关器件的导通电流。本发明实施例提供的方法及系统，由于采用直流母线电流与第一开关控制信号、第二开关控制信号结合，具有得到的导通电流精度高、动态响应快的特点。而且，本发明实施例中仅需要获取直流母线电流，大大减少了测量装置的数量。

Description

Z源逆变器中功率开关器件导通电流的获取方法及系统
技术领域
本发明实施例涉及电力电子器件技术领域，更具体地，涉及Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法及系统。
背景技术
目前，电力电子器件的导通电流是器件安全运行和动态失效分析的关键指标，导通电流可用于限流保护、故障诊断以及损耗与结温计算等。
逆变器中的电力电子器件又称为功率开关器件，Z源逆变器作为一种新型能量变换拓扑结构，它具备单级系统同时实现升降压和逆变的功能，允许桥臂直通，从而大大提高逆变器的可靠性，同时还具备单级系统效率高等诸多优点，可成为未来电动汽车高性能电机驱动、新能源电力电子变换的一种有力竞争方案。Z源逆变器的具体结构如图1所示，图1中图(a)为传统Z源逆变器的结构示意图，图1中图(b)为准Z源逆变器的结构示意图。Z源逆变器相比于传统逆变器来说，将两个电感L1、L2和两个电容C1、C2组成的Z源网络或准Z源网络加入至直流电源和逆变桥之间。Z源逆变器最大的、独有的特点是允许逆变桥上下桥臂同时导通状态(即直通状态)，因此脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)的调制策略及开关函数与传统逆变器存在不同，且直通状态会使得功率开关器件出现较大的导通电流冲击。因此，获取逆变器中功率开关器件的导通电流至关重要。
现有技术中存在的功率开关器件的导通电流的获取方法主要包括：直接测量法和间接获取法。直接测量法主要是将电流传感器安装在逆变器中功率开关器件绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)的发射集或集电极端，直接通过电流传感器测量获取IGBT的导通电流。这种方法由于需要在功率开关器件内部即功率开关器件的发射极或集电极端安装电流传感器，很不容易操作，且很可能会增加功率开关器件的寄生参数等，且不易于安装，增加了成本与体积。
间接获取法主要是通过检测电路中其它电信号或热信号后推导出功率开关器件的导通电流。如发明专利(公开号：CN106610445A)首先检测功率开关器件IGBT的壳温Tc，并做叠加和修正得出IGBT结温Tj，根据Tj和热阻抗计算出IGBT的损耗P，再利用P和所采集到的IGBT电压Vce，最后计算出IGBT的导通电流。这种方法需要额外的温度传感器，以IGBT结温逆向求解出的IGBT损耗P为媒介，结合采集的IGBT电压间接求解出IGBT导通电流。该方法算法复杂，由于IGBT结温以及IGBT电压的采集会存在误差，会导致最终求解得到的IGBT导通电流的精度不高。而且，由于IGBT热时间常数通常比电气时间常数大很多，且温度传感器测量得到的通常是平均温度，平均温度变化比电流变化要缓慢很多，所以会导致IGBT的动态响应差。
发明内容
为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供了一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法及系统。
一方面，本发明实施例提供了一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法，包括：
S1，获取Z源逆变器的直流母线电流、脉冲宽度调制模块加入直通量前产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第一开关控制信号，以及所述脉冲宽度调制模块加入直通量后产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第二开关控制信号，所述脉冲调制模块用于对所述Z源逆变器进行脉冲宽度调制；
S2，基于所述直流母线电流和所述第一开关控制信号，确定所述Z源逆变器的各相电流；
S3，基于所述第二开关控制信号、所述直流母线电流以及所述各相电流，确定所述Z源逆变器中各功率开关器件的导通电流。
优选地，S1中所述获取Z源逆变器的直流母线电流，具体包括：
在所述Z源逆变器中直流侧Z源网络和逆变桥之间安装一电流传感器，所述电流传感器用于测量所述Z源逆变器的直流母线电流。
优选地，S2具体包括：
S21，基于当前时刻的所述直流母线电流和当前时刻的所述第一开关控制信号，确定当前时刻所述Z源逆变器的第一相电流；
S22，基于当前时刻的所述第一开关控制信号所处的脉冲宽度调制的扇区，确定当前时刻所述Z源逆变器的第二相电流；
S23，基于所述第一相电流、所述第二相电流以及所述Z源逆变器中各相电流之间的关系，确定当前时刻所述Z源逆变器的第三相电流。
优选地，S21具体包括：
若判断获知当前时刻所述第一开关控制信号控制所述Z源逆变器处于有效开关状态，则根据所述直流母线电流，确定所述Z源逆变器的第一相电流。
优选地，所述方法还包括：
基于所述第二开关控制信号，确定所述Z源逆变器的直通方式；
其中，所述Z源逆变器的直通方式包括：单相桥臂直通和三相桥臂直通。
优选地，所述导通电流包括所述Z源逆变器单相桥臂直通或三相桥臂直通时的直通电流，以及所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件关断或下桥臂功率开关器件关断时的非直通电流；相应地，S3具体包括：
基于所述直流母线电流以及所述各相电流，确定所述直通电流；
基于所述第二开关控制信号以及所述各相电流，确定所述非直通电流。
优选地，基于所述直流母线电流以及所述各相电流，确定的所述直通电流具体为：
其中，ikp和ikn分别表示所述Z源逆变器中k相上、下桥臂功率开关器件的直通电流，ik_re为k相的相电流，a、b和c分别表示所述Z源逆变器的三相，m、n、x和y分别为常数。
另一方面，本发明实施例中还提供了一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取系统，包括：电流及信号获取模块、相电流确定模块和导通电流确定模块。其中，
电流及信号获取模块用于获取Z源逆变器的直流母线电流、脉冲宽度调制模块加入直通量前产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第一开关控制信号，以及所述脉冲宽度调制模块加入直通量后产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第二开关控制信号，所述脉冲调制模块用于对所述Z源逆变器进行脉冲宽度调制；
相电流确定模块用于基于所述直流母线电流和所述第一开关控制信号，确定所述Z源逆变器的各相电流；
导通电流确定模块用于基于所述第二开关控制信号、所述直流母线电流以及所述各相电流，确定所述Z源逆变器中各功率开关器件的导通电流。
另一方面，本发明实施例中还提供了一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取设备，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上述所述的方法。
另一方面，本发明实施例中还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，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上述所述的方法。
本发明实施例提供的Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法，所述方法由于采用直流母线电流与目标开关控制信号结合，即通过电气信号和逻辑信号重构出Z源逆变器中功率开关器件的导通电流，具有得到的导通电流精度高、动态响应快的特点。而且，本发明实施例中仅需要获取直流母线电流，省去中间测量量和计算量带来的误差，大大减少了测量装置的数量，从而减小了测量过程中Z源逆变器的体积，并减小测量成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为现有技术中Z源逆变器的具体结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法的流程示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法结合Z源逆变器结构的流程示意图；
图4为现有技术中空间矢量PWM电压矢量示意图；
图5为本发明另一实施例提供的一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法中PWM在零状态中插入直通量后开关控制信号的变化示意图；
图6为本发明另一实施例提供的一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法中Z源逆变器的直通方式为单相桥臂直通时功率开关器件的电流流向示意图；
图7为本发明另一实施例提供的一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法中Z源逆变器的直通方式为三相桥臂直通时功率开关器件的电流流向示意图；
图8为本发明另一实施例提供的一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法中Z源逆变器相电流重构流程图；
图9为本发明另一实施例提供的一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法在单相桥臂直通情况下得到的导通电流与实际电流的对比示意图；
图10为本发明另一实施例提供的一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法在三相桥臂直通情况下得到的导通电流与实际电流的对比示意图；
图11为本发明另一实施例提供的一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取系统的结构示意图。
具体实施方式
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作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。
如图2所示，本发明一实施例提供了一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法，包括：
S1，获取Z源逆变器的直流母线电流、脉冲宽度调制模块加入直通量前产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第一开关控制信号，以及所述脉冲宽度调制模块加入直通量后产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第二开关控制信号，所述脉冲调制模块用于对所述Z源逆变器进行脉冲宽度调制；
S2，基于所述直流母线电流和所述第一开关控制信号，确定所述Z源逆变器的各相电流；
S3，基于所述第二开关控制信号、所述直流母线电流以及所述各相电流，确定所述Z源逆变器中各功率开关器件的导通电流。
具体地，由于现有技术中存在的Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法中，存在有得到的导通电流精度不高、功率开关器件的动态响应慢的技术问题，因此本发明实施例中提供了一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法，具有高精度、快响应以及实时在线获取的优点。由于Z源逆变器受脉冲宽度调制，所以可将Z源逆变器受脉冲宽度调制的过程等效为受PWM模块调制，也就是说，脉冲调制模块用于对Z源逆变器进行脉冲宽度调制。本发明实施例中Z源逆变器接收到的第一开关控制信号和第二开关控制信号均是由PWM模块产生的，PWM模块并将产生的第一开关控制信号与第二开关控制信号发送给Z源逆变器，Z源逆变器根据接收到的第一开关控制信号和第二开关控制信号对功率开关器件的开关状态进行控制。
本发明实施例中首先获取Z源逆变器的直流母线电流、PWM模块加入直通量前产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第一开关控制信号，以及PWM模块加入直通量后产生的Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第二开关控制信号。其中，直流母线电流是指流入Z源逆变器的逆变桥的总电流。第一开关控制信号和第二开关控制信号均为用于指示Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的开关状态的信号，因此可以直接用Z源逆变器接收到的第一开关控制信号和第二开关控制信号分别表示Z源逆变器中各功率开关器件的开关状态。第一开关控制信号用(S′apS′bpS′cp)表示，第二开关控制信号用(SapSbpScp)表示。其中S′ap为a相上桥臂功率开关器件的第一开关控制信号，S′bp为b相上桥臂功率开关器件的第一开关控制信号，S′cp为c相上桥臂功率开关器件的第一开关控制信号；Sap为a相上桥臂功率开关器件的第二开关控制信号，Sbp为b相上桥臂功率开关器件的第二开关控制信号，Scp为c相上桥臂功率开关器件的第二开关控制信号。S'kp＝1(k＝a,b,c)、Skp＝1(k＝a,b,c)均表示PWM模块控制Z源逆变器的k相上桥臂导通，下桥臂关断，S'kp＝0(k＝a,b,c)、Skp＝0(k＝a,b,c)均表示PWM模块控制Z源逆变器的k相上桥臂关断，下桥臂开通。由于Z源逆变器相比于传统逆变器来说，需要在PWM过程中加入直通量，而在PWM过程中加入直通量后会导致Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的开关状态发生短暂的变化，所以本发明实施例需要获取第一开关控制信号，即PWM模块加入直通量前产生的Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的开关控制信号，以防止不能准确获取到相电流。
以如图3所示的Z源逆变器的结构为例，图3中直流电源为电压源Vin，假设直流母线电流为idc，Z源逆变器的三相分别为a相、b相和c相，a相的相电流为ia，b相的相电流为ib，c相的相电流为ic。
如图4所示为PWM下电压矢量示意图，PWM模块加入直通量前Z源逆变器中的6个IGBT每个IGBT均有8种开关状态，8种开关状态中有6种开关状态为有效开关状态，对应于图4中的6个电压空间矢量8种开关状态中有2种零状态，对应于图4中的2个电压空间矢量图4中示出的8个电压空间矢量形成6个扇区。Z源逆变器的PWM调制策略与传统型逆变器的不同在于其需要在零状态中插入直通量，如图5所示。直通量的加入不影响相电流的大小，但是影响零状态(S'apS'bpS'cp)＝(000)的判断，若直接获取Z源逆变器接收的开关控制信号会导致获取相电流失败，故通过获取加入直通量前的开关控制信号作为IGBT的开关状态。
图5所示，Sap表示a相上桥臂功率开关器件的第二开关控制信号，例如Sap的取值为1，表示a相上桥臂功率开关器件导通，Sap的取值为0，表示a相上桥臂功率开关器件关断。San表示a相下桥臂功率开关器件的第二开关控制信号。Sbp表示b相上桥臂功率开关器件的第二开关控制信号，Sbn表示b相下桥臂功率开关器件的第二开关控制信号，Scp表示c相上桥臂功率开关器件的第二开关控制信号，Scn表示c相下桥臂功率开关器件的第二开关控制信号。图5中的和分别表示a、b和c三相电压进行相关变换后得到的量，用于表示三相电压，但并不是真实的三相电压值。图5中的虚线区域即直通状态，即在PWM过程中加入直通量后会导致Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的开关状态发生短暂的变化。
获取到直流母线电流、第一开关控制信号和第二开关控制信号后，根据获取到的直流母线电流和第一开关控制信号，确定Z源逆变器的各相电流。这一过程即是根据直流母线电流、第一开关控制信号与相电流之间的关系，确定出Z源逆变器的各相电流。
然后再根据第二开关控制信号、所述直流母线电流以及所述各相电流之间的关系，确定出Z源逆变器中各功率开关器件在各个时刻的导通电流。
本发明实施例中提供的Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法，由于采用直流母线电流与第一、第二开关控制信号结合，即通过电气信号和逻辑信号重构出Z源逆变器中功率开关器件的导通电流，具有得到的导通电流精度高、动态响应快的特点。而且，本发明实施例中仅需要获取直流母线电流，省去中间测量量和计算量带来的误差，大大减少了测量装置的数量，从而减小了测量过程中Z源逆变器的体积，并减小测量成本。
在上述实施例的基础上，S1中所述获取Z源逆变器的直流母线电流，具体包括：
在所述Z源逆变器中直流侧Z源网络和逆变桥之间安装一电流传感器，所述电流传感器用于测量所述Z源逆变器的直流母线电流。
具体地，由于获取直流母线电流的方法有多种，本发明实施例中优选采用电流传感器直接测量的方式获取，具体是在所述Z源逆变器中直流侧Z源网络和逆变桥之间安装一电流传感器，所述电流传感器用于测量所述Z源逆变器的直流母线电流。
本发明实施例中，由于仅采用一电流传感器测量直流母线电流，可以更方便直接的获取到直流母线电流。
需要说明的是，本发明实施例针对的拓扑电路可适用于所有的PWM模块调制下的所有Z源逆变器，包括电压型Z源逆变器、传统Z源逆变器和准Z源逆变器，本发明实施例中以准Z源逆变器为例进行具体说明，且本发明实施例中提供的方法中功率开关器件可以是所有类型的电力电子器件，本发明实施例中以IGBT进行具体说明。
目前PWM模块调制下Z源逆变器的直通方式主要包括两种：单相桥臂直通和三相桥臂直通。导通电流又包括Z源逆变器单相桥臂直通或三相桥臂直通时的直通电流，以及Z源逆变器中上桥臂功率开关器件关断或下桥臂功率开关器件关断时的非直通电流。不同直通方式下功率开关器件的直通电流不同，则得到的功率开关器件的导通电流不同。因此本发明实施例中首先针对这两种不同的直通方式确定出流经各IGBT的导通电流与直流母线电流、第一开关控制信号、相电流之间的关系。
当Z源逆变器的直通方式为单相桥臂直通时，以a相上下桥臂直通为例进行电流分析。功率开关器件的电流流向示意图如图6所示，图6(a)为a相电流处于正半波周期的情况，图6(b)为a相电流处于负半波周期的情况。其中，a相上桥臂IGBT的导通电流(即直通情况下的直通电流，或者非直通情况下的非直通电流)为iap，a相下桥臂IGBT的导通电流(即直通情况下的直通电流，或者非直通情况下的非直通电流)为ian。
当a相相电流处于正半波周期的情况时，上、下桥臂IGBT的导通电流为：
当a相相电流处于负半波周期的情况时，上、下桥臂IGBT的导通电流为：
当Z源逆变器非单相桥臂直通时，即a相上桥臂IGBT或下桥臂IGBT的非直通电流与传统电压型逆变器相同。
综上所述，即得到a相IGBT导通电流与目标开关控制信号、直流母线电流及a相电流的关系如表1。
表1 a相直通情况下a相IGBT导通电流与目标开关控制信号、直流母线电流及a相电流的关系
其中，Sap和San分别表示a相上、下桥臂IGBT的开关状态，开关状态为1表示IGBT导通，开关状态为0表示IGBT关断，Sap＝1,San＝1表示a相直通时上、下桥臂IGBT同时导通。
同理，可以得到b相直通情况下b相IGBT导通电流与目标开关控制信号、直流母线电流及b相电流的关系，以及得到c相直通情况下c相IGBT导通电流与目标开关控制信号、直流母线电流及c相电流的关系，分别如表2和表3所示。
表2 b相直通情况下b相IGBT导通电流与目标开关控制信号、直流母线电流及b相电流的关系
其中，Sbp和Sbn分别表示b相上、下桥臂IGBT的开关状态，开关状态为1表示IGBT导通，开关状态为0表示IGBT关断，Sbp＝1,Sbn＝1表示b相直通时上、下桥臂IGBT同时导通，b相上桥臂IGBT的导通电流(即直通情况下的直通电流，或者非直通情况下的非直通电流)为ibp，b相下桥臂IGBT的导通电流(即直通情况下的直通电流，或者非直通情况下的非直通电流)为ibn。
表3 c相直通情况下c相IGBT导通电流与目标开关控制信号、直流母线电流及c相电流的关系
其中，Scp和Scn分别表示c相上、下桥臂IGBT的开关状态，开关状态为1表示IGBT导通，开关状态为0表示IGBT关断，Scp＝1,Scn＝1表示c相直通时上、下桥臂IGBT同时导通,c相上桥臂IGBT的导通电流(即直通情况下的直通电流，或者非直通情况下的非直通电流)为icp，c相下桥臂IGBT的导通电流(即直通情况下的直通电流，或者非直通情况下的非直通电流)为icn。
当Z源逆变器的直通方式为三相桥臂直通时，即Z源逆变器中所有六个IGBT同时导通，各IGBT的电流流向示意图如图7所示，由基尔霍夫电流定律可得：
其中，公式(3)中的最后一个公式表示的是Z源逆变器中a、b、c三相电流之间的关系。由公式(3)可得三相上下桥臂IGBT的直通电流：
当Z源逆变器非三相桥臂直通时，即某一相上桥臂IGBT或下桥臂IGBT的非直通电流与传统电压型逆变器相同。
综上所述，以a相为例，得到三相直通情况下a相IGBT导通电流与开关状态、直流母线电流及a相电流的关系如表4。与a相原理相同，可得到b相IGBT导通电流与开关状态、直流母线电流及b相电流的关系，以及c相IGBT导通电流与开关状态、直流母线电流及c相电流的关系。
表4三相直通情况下a相IGBT导通通电流与目标开关控制信号、直流母线电流及a相电流的关系
由以上可知，IGBT导通电流与目标开关控制信号、直流母线电流以及相电流有直接关系。
在上述实施例的基础上，S2具体包括：
S21，基于当前时刻的所述直流母线电流和当前时刻的所述第一开关控制信号，确定当前时刻所述Z源逆变器的第一相电流；
S22，基于当前时刻的所述第一开关控制信号所处的脉冲宽度调制的扇区，确定当前时刻所述Z源逆变器的第二相电流；
S23，基于所述第一相电流、所述第二相电流以及所述Z源逆变器中各相电流之间的关系，确定当前时刻所述Z源逆变器的第三相电流。
其中，S21具体包括：
若判断获知当前时刻所述第一开关控制信号控制所述Z源逆变器处于有效开关状态，则根据所述直流母线电流，确定所述Z源逆变器的第一相电流。
具体地，S2主要是基于直流母线电流和第一开关控制信号，确定Z源逆变器的各相电流，确定Z源逆变器的各相电流的过程即为重构各相电流的过程。
首先，图4中当Z源逆变器处于有效开关状态，即Z源逆变器中各IGBT的开关状态为6个有效开关状态之一，则可根据直流母线电流，确定当前时刻Z源逆变器的第一相电流。例如，当(S'apS'bpS'cp)＝(100)时，Z源逆变器处于有效开关状态，则Z源逆变器的第一相电流直接等于直流母线电流，即ia＝idc；当(S'apS'bpS'cp)＝(1,1,0)时，Z源逆变器处于有效开关状态，则Z源逆变器的第一相电流直接等于直流母线电流的负值，即ic＝-idc。也就是说，如果确定出当前时刻Z源逆变器处于有效开关状态，则选取等于直流母线电流或等于直流母线电流的负值的相电流作为第一相电流。
如果确定出当前时刻Z源逆变器处于零状态，即Z源逆变器内各IGBT的开关状态为2个零状态之一，即(S'apS'bpS'cp)＝(000)或(111)零状态时，相电流与直流母线电流无对应关系，则无法根据直流母线电流得到当前时刻的相电流，故采取保持三相电流都分别为前一刻的相电流值，即ia＝ia(k-1),ib＝ib(k-1),ic＝ic(k-1)；其中，ia、ib、ic分别为当前时刻a、b、c相电流，ia(k-1)、ib(k-1)、ic(k-1)分别为当前时刻a、b、c相电流。
这是因为，PWM一个开关调制周期内存在2个有效开关状态及(000)和(111)这2个零状态，那么在一个周期内会先后检测到4种开关状态。当前时刻IGBT的开关状态为有效状态时，得出其中一相电流值，如由(S'apS'bpS'cp)＝(100)得出ia＝idc；由图4知下一时刻IGBT的开关状态可能为(101)或(110)，即可能在扇区I，也可能在扇区VI。根据(S'apS'bpS'cp)＝(101)或(110)可得到下一时刻的某一相电流值，因此在一个周期中可按时间先后顺序分别得到两个相电流值。但是由于需要同时重构出三相电流值，所以在两个有效开关状态的切换过程中采取保持其中的一相电流值不变，以便利用公式(3)中的最后一个公式计算第三相电流。
也就是说，确定第二相电流的过程实际上是确定由前一时刻保持下来的相电流值。本发明实施例中可根据当前时刻IGBT的开关状态以及当前时刻的目标开关控制信号所处的脉冲宽度调制的扇区确定下一时刻IGBT的第二相电流，以描述当前时刻IGBT的第二相电流是如何产生的。例如，当前时刻(S'apS'bpS'cp)＝(100)，若所处的扇区为扇区Ⅰ，由图4可知下一时刻开关状态应为(110)，下一时刻获取到IGBT的开关状态后重构出c相电流ic，所以在当前时刻采取保持c相电流ic＝ic(k-1)直到检测到下一个开关状态；若为扇区Ⅵ，由图4可知下一刻开关状态为(101)，下一时刻获取到IGBT的开关状态后重构出b相电流ib，所以在当前时刻采取保持b相电流ib＝ib(k-1)直到检测到下一个开关状态。这里需要说明的是，保持的相电流即为第二相电流。确定当前时刻的目标开关控制信号所处的脉冲宽度调制的扇区，可通过Z源逆变器接收到的扇区信号直接确定。
如图8所示，为Z源逆变器相电流重构流程图，首先进行初始化，令相电流的初始值为零，然后根据加入直通量前三相上桥臂IGBT的第一开关控制信号，以及扇区、直流母线电流确定三相电流。首先，判断第一开关控制信号是否为(S'apS'bpS'cp)＝(001)，若成立，则判断扇区，若处于扇区IV，则ic_re＝idc,ia＝ia(k-1)，若不处于扇区IV，则ic_re＝idc,ib＝ib(k-1)。若(S'apS'bpS'cp)＝(001)不成立，则判断(S'apS'bpS'cp)＝(010)是否成立，若成立，则判断扇区，若处于扇区II，则ib_re＝idc,ic＝ic(k-1)，若不处于扇区II，则ib_re＝idc,ia＝ia(k-1)。若(S'apS'bpS'cp)＝(010)不成立，则判断(S'apS'bpS'cp)＝(011)是否成立，若成立，则判断扇区，若处于扇区III，则ia_re＝-idc,ib＝ib(k-1)，若不处于扇区III，则ia_re＝-idc,ic＝ic(k-1)。若(S'apS'bpS'cp)＝(011)不成立，则判断(S'apS'bpS'cp)＝(100)是否成立，若成立，则判断扇区，若处于扇区VI，则ia_re＝idc,ib＝ib(k-1)，若不处于扇区VI，则ia_re＝idc,ic＝ic(k-1)。若(S'apS'bpS'cp)＝(100)不成立，则判断(S'apS'bpS'cp)＝(101)是否成立，若成立，则判断扇区，若处于扇区V，则ib_re＝-idc,ic＝ic(k-1)，若不处于扇区V，则ib_re＝idc,ia＝ia(k-1)。若(S'apS'bpS'cp)＝(101)不成立，则判断(S'apS'bpS'cp)＝(110)是否成立，若成立，则判断扇区，若处于扇区I，则ic_re＝-idc,ia＝ia(k-1)，若不处于扇区I，则ic_re＝idc,ib＝ib(k-1)。否则，若(S'apS'bpS'cp)＝(110)不成立，则ia＝ia(k-1),ib＝ib(k-1),ic＝ic(k-1)。
最终得到的三相电流与第一开关控制信号(即开关状态)、扇区和直流母线电流之间的关系如表5所示。表中ia(k-1)、ib(k-1)和ic(k-1)分别表示前一刻值a、b和c相电流。
表5三相电流重构关系表
由于相电流获取(即重构)方法基于传统电压型逆变器，而传统电压型变压器每相上、下桥臂IGBT的开关状态是相反的，若上桥臂导通，则下桥臂一定关断，故本发明实施例中仅对上桥臂进行研究。
在上述实施例的基础上，还包括：
基于所述第二开关控制信号，确定所述Z源逆变器的直通方式；
其中，所述Z源逆变器的直通方式包括：单相桥臂直通和三相桥臂直通。
具体地，由于确定导通电流与Z源逆变器的直通方式有关，所以本发明实施例中基于所述第二开关控制信号，确定Z源逆变器的直通方式。
首先设Z源逆变器接收到的6个IGBT第二开关控制信号为(Sap,San,Sbp,Sbn,Scp,Scn)，并将这6个第二开关控制信号进行逻辑运算，根据逻辑运算的结果来判断Z源逆变器的直通方式。其中，逻辑运算的公式为：
S＝Sap&San&Sbp&Sbn&Scp&Scn (5)
设标志信号flag，若逻辑运算的结果S＝1，则确定Z源逆变器的6个IGBT同时开通，即三相桥臂直通，令flag＝3；若逻辑运算的结果S≠1则确定Z源逆变器的直通方式为单相桥臂直通，令flag＝1。
在上述实施例的基础上，所述导通电流包括所述Z源逆变器单相桥臂直通或三相桥臂直通时的直通电流，以及所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件关断或下桥臂功率开关器件关断时的非直通电流；相应地，S3具体包括：
基于所述直流母线电流以及所述各相电流，确定所述直通电流；
基于所述第二开关控制信号以及所述各相电流，确定所述非直通电流。
具体地，基于直流母线电流以及各相电流，确定的直通电流具体为：
其中，ikp和ikn分别表示所述Z源逆变器中k相上、下桥臂功率开关器件的直通电流，ik_re为k相的相电流，a、b和c分别表示所述Z源逆变器的三相，m、n、x和y分别为常数。这里需要说明的是，ik_re为k相的相电流，是本发明实施例中基于直流母线电流和目标开关控制信号确定的Z源逆变器的各相电流。
当flag＝1时，由表1可得：若ia＞0，则m＝1，n＝0，x＝1，y＝-1；若ia≤0，则m＝1，n＝1，x＝1，y＝0。
当flag＝3时，由表2可得：m＝1/3，n＝1/2，x＝1/3，y＝-1/2。
根据公式(5)确定Z源逆变器的直通方式，以及根据表1以及表2可以得到每一时刻IGBT的导通电流。每一相上、下桥臂IGBT的开关状态共有三种，以a相为例，三种开关状态分别如公式(7)所示：
由表1和表2可知，直通时，即Sap＝1,San＝1，IGBT导通电流iap和ian为公式(6)中的直通电流；非直通时，即Sap＝1,San＝0，a相上桥臂的导通电流iap等于重构的相电流，下桥臂的导通电流ian为零；非直通Sap＝0,San＝1时a相下桥臂的导通电流ian等于a相重构相电流的绝对值，上桥臂的导通电流iap为零。从而重构出上、下桥臂IGBT的导通电流。另外，b相和c相上、下桥臂IGBT导通电流的重构方法与a相一致。本发明实施例中在此不再赘述。
将最终获取到的Z源逆变器IGBT的导通电流与实际电流对比如图9和图10所示。其中图9为单相桥臂直通情况下的对比示意图，图9中(a)为时间t＝0-0.11s范围内的整体对比示意图，图9中(b)为图9中(a)的局部放大图。图10为三相桥臂直通情况下的结果对比示意图，图10中(a)为时间t＝0-0.11s范围内的整体结果对比示意图，图10中(b)为图10中(a)的局部放大图。从图9和图10中可以看出，无论是单向桥臂直通情况下，还是三相桥臂直通情况下，通过本发明实施例提供的方法获取到的导通电流与实际导通电流基本一致，证明了本发明实施例提供的方法的准确性。
如图11所示，在上述实施例的基础上，本发明另一实施例提供了一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取系统，包括：电流及信号获取模块111、相电流确定模块112和导通电流确定模块113。其中，
电流及信号获取模块111用于获取Z源逆变器的直流母线电流、脉冲宽度调制模块加入直通量前产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第一开关控制信号，以及所述脉冲宽度调制模块加入直通量后产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第二开关控制信号，所述脉冲调制模块用于对所述Z源逆变器进行脉冲宽度调制；
相电流确定模块112用于基于所述直流母线电流和所述第一开关控制信号，确定所述Z源逆变器的各相电流；
导通电流确定模块113用于基于所述第二开关控制信号、所述直流母线电流以及所述各相电流，确定所述Z源逆变器中各功率开关器件的导通电流。
具体地，本发明实施例中提供的一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取系统中各模块的功能、操作流程及效果与上述方法类实施例的操作流程及效果是一一对应的，本发明实施例中在此不再赘述。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例还提供了一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取设备，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图2所述的方法。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例还提供了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图2所述的方法。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
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各实施方式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。基于这样的理解，上述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，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法，其特征在于，包括：
S1，获取Z源逆变器的直流母线电流、脉冲宽度调制模块加入直通量前产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第一开关控制信号，以及所述脉冲宽度调制模块加入直通量后产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第二开关控制信号，所述脉冲调制模块用于对所述Z源逆变器进行脉冲宽度调制；
S2，基于所述直流母线电流和所述第一开关控制信号，确定所述Z源逆变器的各相电流；
S3，基于所述第二开关控制信号、所述直流母线电流以及所述各相电流，确定所述Z源逆变器中各功率开关器件的导通电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中所述获取Z源逆变器的直流母线电流，具体包括：
在所述Z源逆变器中直流侧Z源网络和逆变桥之间安装一电流传感器，所述电流传感器用于测量所述Z源逆变器的直流母线电流。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2具体包括：
S21，基于当前时刻的所述直流母线电流和当前时刻的所述第一开关控制信号，确定当前时刻所述Z源逆变器的第一相电流；
S22，基于当前时刻的所述第一开关控制信号所处的脉冲宽度调制的扇区，确定当前时刻所述Z源逆变器的第二相电流；
S23，基于所述第一相电流、所述第二相电流以及所述Z源逆变器中各相电流之间的关系，确定当前时刻所述Z源逆变器的第三相电流。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，S21具体包括：
若判断获知当前时刻所述第一开关控制信号控制所述Z源逆变器处于有效开关状态，则根据所述直流母线电流，确定所述Z源逆变器的第一相电流。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
基于所述第二开关控制信号，确定所述Z源逆变器的直通方式；
其中，所述Z源逆变器的直通方式包括：单相桥臂直通和三相桥臂直通。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述导通电流包括所述Z源逆变器单相桥臂直通或三相桥臂直通时的直通电流，以及所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件关断或下桥臂功率开关器件关断时的非直通电流；相应地，S3具体包括：
基于所述直流母线电流以及所述各相电流，确定所述直通电流；
基于所述第二开关控制信号以及所述各相电流，确定所述非直通电流。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述直流母线电流以及所述各相电流，确定的所述直通电流具体为：
其中，ikp和ikn分别表示所述Z源逆变器中k相上、下桥臂功率开关器件的直通电流，ik_re为k相的相电流，a、b和c分别表示所述Z源逆变器的三相，m、n、x和y分别为常数。
8.一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取系统，其特征在于，包括：
电流及信号获取模块，用于获取Z源逆变器的直流母线电流、脉冲宽度调制模块加入直通量前产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第一开关控制信号，以及所述脉冲宽度调制模块加入直通量后产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第二开关控制信号，所述脉冲调制模块用于对所述Z源逆变器进行脉冲宽度调制；
相电流确定模块，用于基于所述直流母线电流和所述第一开关控制信号，确定所述Z源逆变器的各相电流；
导通电流确定模块，用于基于所述第二开关控制信号、所述直流母线电流以及所述各相电流，确定所述Z源逆变器中各功率开关器件的导通电流。
9.一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取设备，其特征在于，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权利要求1-7中任一项所述的方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，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权利要求1-7中任一项所述的方法。
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