CN110046446B - 一种变换器的运行状态控制方法、装置、介质及设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种变换器的运行状态控制方法，包括：创建目标变换器在安全运行状态下的数学模型；根据数学模型确定目标变换器能够安全运行的最大区域，得到第一安全工作域；利用目标变换器的结温、实际运行参数和第一安全工作域确定目标变换器能够安全运行的最大区域，得到第二安全工作域；根据目标变换器的直流母线电压和直流母线电流以及第二安全工作域对目标变换器的运行状态进行控制。由于在本申请中是对所有影响目标变换器运行状态的影响因素进行了综合考量，所以，能够相对保证目标变换器在运行过程中的可靠性以及安全性。相应的，本申请公开的一种变换器的运行状态控制装置、介质及设备，同样具有上述有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种变换器的运行状态控制方法、装置、介质及设备。
背景技术
随着电力电子装置的大范围应用，变换器的可靠性研究对整个电力系统的正常运行起着极为重要的作用。在现有技术当中，大多是根据变换器中各电子元器件的属性参数来对变换器的运行状态进行控制，但是，仅仅根据变换器中各电子元器件的属性参数来对变换器的运行状态进行控制，缺乏对变换器中其它影响变换器运行状态因素的综合考量，所以，此种变换器的运行状态控制方法，无法保证变换器在运行过程中的可靠性以及安全性。
由此可见，如何进一步提高变换器在运行过程中的安全性以及可靠性，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种变换器的运行状态控制方法、装置、介质及设备，以提高变换器在运行过程中的安全性以及可靠性。其具体方案如下：
一种变换器的运行状态控制方法，包括：
创建目标变换器在安全运行状态下的数学模型；
根据所述数学模型确定所述目标变换器能够安全运行的最大区域，得到第一安全工作域；
利用所述目标变换器的结温、实际运行参数和所述第一安全工作域确定所述目标变换器能够安全运行的最大区域，得到第二安全工作域；
根据所述目标变换器的直流母线电压和直流母线电流以及所述第二安全工作域对所述目标变换器的运行状态进行控制。
优选的，所述创建目标变换器在安全运行状态下的数学模型的过程，包括：
创建中点钳位型三电平变换器在安全运行状态下的目标数学模型。
优选的，所述创建中点钳位型三电平变换器在安全运行状态下的目标数学模型的过程，包括：
当所述中点钳位型三电平变换器发生软短路时，创建所述中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第一数学模型；
当所述中点钳位型三电平变换器发生硬短路时，建立所述中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第二数学模型；
根据所述第一数学模型和所述第二数学模型创建所述目标数学模型。
优选的，所述当所述中点钳位型三电平变换器发生软短路时，创建所述中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第一数学模型的过程，包括：
当目标IGBT处于导通状态或关断状态时，获取所述中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第三数学模型；其中，所述目标IGBT为所述中点钳位型三电平变换器中的IGBT；
当所述目标IGBT处于所述关断状态时，获取所述中点钳位型三电平变换器在极限状态下的极限电流和极限电压；
当所述目标IGBT处于所述导通状态时，利用基尔霍夫定律创建所述中点钳位型三电平变换器的直流母线电压和直流母线电流之间的目标关系表达式；
当所述目标IGBT处于关断状态时，根据所述目标IGBT的集电极和发射极之间的电压和集电极电流变化创建第四数学模型；
根据所述第三数学模型、所述极限电流、所述极限电压、所述目标关系表达式和所述第四数学模型创建所述第一数学模型。
优选的，所述当所述中点钳位型三电平变换器发生硬短路时，建立所述中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第二数学模型的过程，包括：
当所述中点钳位型三电平变换器的输出端发生相间短路时，根据所述第三数学模型、所述极限电流、所述极限电压、所述目标关系表达式和所述第四数学模型建立所述中点钳位型三电平变换器能够安全运行的所述第二数学模型。
优选的，所述利用所述目标变换器的结温、实际运行参数和所述第一安全工作域确定所述目标变换器能够安全运行的最大区域，得到第二安全工作域的过程，包括：
根据所述结温、所述实际运行参数和所述第一安全工作域确定所述目标变换器能够安全工作的三维立体图；
利用所述三维立体图确定所述目标变换器能够安全运行的最大区域，得到所述第二安全工作域。
相应的，本发明还公开了一种变换器的运行状态控制装置，包括：
模型创建模块，用于创建目标变换器在安全运行状态下的数学模型；
第一区域确定模块，用于根据所述数学模型确定所述目标变换器能够安全运行的最大区域，得到第一安全工作域；
第二区域确定模块，用于利用所述目标变换器的结温、实际运行参数和所述第一安全工作域确定所述目标变换器能够安全运行的最大区域，得到第二安全工作域；
状态控制模块，用于根据所述目标变换器的直流母线电压和直流母线电流以及所述第二安全工作域对所述目标变换器的运行状态进行控制。
相应的，本发明还公开了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前述公开的变换器的运行状态控制方法的步骤。
相应的，本发明还公开了一种变换器的运行状态控制设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如前述公开的变换器的运行状态控制方法的步骤。
可见，在本发明中，首先是创建目标变换器在安全运行状态下的目标数学模型，并根据目标数学模型初步粗略确定出目标变换器能够安全运行的最大区域，也即，第一安全工作域；然后，利用目标变换器的结温、实际运行参数以及第一安全工作域确定出目标变换器在实际运行过程中能够安全运行的最大区域，也即，第二安全工作域，最后，又根据目标变换器的直流母线电压和直流母线电流以及第二安全工作域对目标变换器的运行状态进行控制，相当于是根据目标变换器在实际运行过程中的具体运行参数来对目标变换器的安全运行状态进行调控。显然，相较于现有技术，在本发明中是对目标变换器中所有影响目标变换器运行状态的影响因素进行了综合考量，由此就能够相对保证目标变换器在运行过程中的可靠性以及安全性。相应的，本发明公开的一种变换器的运行状态控制装置、介质及设备，同样具有上述有益效果。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种变换器的运行状态控制方法的流程图；
图2为本发明实施例公开的一种创建中点钳位型三电平变换器的第一数学模型方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种中点钳位型三电平变换器的拓扑结构图；
图4为本发明实施例提供的中点钳位型三电平变换器在第一种开关状态下的拓扑结构图；
图5为本发明实施例提供的中点钳位型三电平变换器在第二种开关状态下的拓扑结构图；
图6为本发明实施例提供的中点钳位型三电平变换器在第三种开关状态下的拓扑结构图；
图7为本发明实施例提供的中点钳位型三电平变换器的安全运行区域的示意图；
图8为本发明实施例提供的中点钳位型三电平变换器的安全运行区域的三维立体图；
图9为本发明实施例提供的一种变换器的运行状态控制装置的结构图；
图10为本发明实施例提供的一种变换器的运行状态控制设备的结构图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
图1为本发明实施例提供的一种变换器的运行状态控制方法的流程图，请参照图1，该变换器的运行状态控制方法包括：
步骤S11：创建目标变换器在安全运行状态下的数学模型；
步骤S12：根据数学模型确定目标变换器能够安全运行的最大区域，得到第一安全工作域；
可以理解的是，目标变换器的运行状态有多种形式，比如：安全运行状态、故障运行状态和警戒运行状态等等。在本实施例中，为了对目标变换器的运行状态进行安全控制，首先是根据目标变换器的安全运行状态创建了目标变换器在安全运行状态下的数学模型，并根据目标变换器在安全运行状态下的数学模型确定出目标变换器能够安全运行的最大区域，也即，第一安全工作域。
能够想到的是，目标变换器在安全运行状态下的数学模型代表着目标变换器能够安全运行的各种参数，所以，根据目标变换器在安全运行状态下的数学模型就能够从理论上确定出目标变换器能够安全运行的第一安全工作域。需要说明的是，在本实施例中，目标变换器可以是两电平变换器，也可以是三电平变换器，比如：中点钳位型三电平变换器等等。
步骤S13：利用目标变换器的结温、实际运行参数和第一安全工作域确定目标变换器能够安全运行的最大区域，得到第二安全工作域；
步骤S14：根据目标变换器的直流母线电压和直流母线电流以及第二安全工作域对目标变换器的运行状态进行控制。
可以理解的是，由目标变换器的数学模型确定得到的目标变换器能够安全运行的第一安全工作域，仅仅是从理论上确定出了目标变换器能够安全运行的最大区域，而在实际应用过程中，目标变换器的实际运行状态会受到各种环境因素或者是器件属性的干扰，所以，在本实施例中，是进一步根据目标变换器在运行过程中的实际运行参数对目标变换器能够安全运行的第一安全工作域进行了修正。
需要说明的是，目标变换器中的主要电子元器件为IGBT，而IGBT的极限电压和极限电流是由器件的结温所决定，并且，目标变换器在实际运行过程中的运行状态也会受到目标变换器的实际运行参数的影响，所以，在本实施例中，是利用目标变换器的结温以及实际运行参数对目标变换器的第一安全工作域进行了修正，并以此来得到目标变换器在实际运行过程中能够安全运行的最大区域，也即，第二安全工作域。此处，目标变换器的实际运行参数包括目标变换器内各个电子元器件的运行参数，比如：各个电子元器件的电压、电流、电阻等等。显然，通过这样的处理方式，能够使得获取得到的目标变换器的第二安全工作域更为精确、可靠。
当获取得到目标变换器在实际运行过程中能够安全运行的第二安全工作域之后，为了使得目标变换器的运行状态更为稳定、可靠，在本实施例中，是又根据目标变换器在实际运行过程中的直流母线电压和直流母线电流对目标变换器的运行状态进行了调控。
因为在目标变换器的实际运行过程中，目标变换器的直流母线电压和直流母线电流对目标变换器的运行状态影响最大，所以，在本实施例中，还在目标变换器的运行过程中，实时采样得到目标变换器的直流母线电压和直流母线电流，然后，将采集得到的目标变换器的直流母线电压和直流母线电流这两个参数代入第二安全工作域，并以此来判断目标变换器是否运行在安全范围之内。
可见，在本实施例中，首先是创建目标变换器在安全运行状态下的目标数学模型，并根据目标数学模型初步粗略确定出目标变换器能够安全运行的最大区域，也即，第一安全工作域；然后，利用目标变换器的结温、实际运行参数以及第一安全工作域确定出目标变换器在实际运行过程中能够安全运行的最大区域，也即，第二安全工作域，最后，又根据目标变换器的直流母线电压和直流母线电流以及第二安全工作域对目标变换器的运行状态进行控制，相当于是根据目标变换器在实际运行过程中的具体运行参数来对目标变换器的安全运行状态进行调控。显然，相较于现有技术，在本实施例中是对目标变换器中所有影响目标变换器运行状态的影响因素进行了综合考量，由此就能够相对保证目标变换器在运行过程中的可靠性以及安全性。
基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，上述步骤S11：创建目标变换器在安全运行状态下的数学模型的过程，包括：
创建中点钳位型三电平变换器在安全运行状态下的目标数学模型。
在现有技术当中，对于变换器的研究，大多是以传统的两电平变换器为对象进行研究的，但是，多电平变换器才是当今工业领域的主要应用变换器。并且，在实际应用当中，由于中点钳位型三电平变换器(Neutral Point Clamped，NPC)具有输出电压电流谐波小、开关器件承受的电压及开关损耗减半等优势，因此，中点钳位型三电平变换器又是多电平变换器中应用最为广泛的变换器。所以，在本实施例中，是将目标变换器设置为中点钳位型三电平变换器，并创建得到中点钳位型三电平变换器在安全运行状态下的目标数学模型。
显然，通过本实施例所提供的技术方案，可以相对提高本申请在实际应用当中的普适性。
基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的步骤：创建中点钳位型三电平变换器在安全运行状态下的目标数学模型的过程，包括：
当中点钳位型三电平变换器发生软短路时，创建中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第一数学模型；
当中点钳位型三电平变换器发生硬短路时，建立中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第二数学模型；
根据第一数学模型和第二数学模型创建目标数学模型。
需要说明的是，中点钳位型三电平变换器的软短路是指中点钳位型三电平变换器的输出端通过电感性负载发生短路，中点钳位型三电平变换器的硬短路是指中点钳位型三电平变换器的输出端通过导体发生直接短路。
在实际应用当中，因为对中点钳位型三电平变换器在软短路和硬短路两种状态下的输出能力要求较高，所以，在创建中点钳位型三电平变换器在安全运行状态下的目标数学模型时，是分别针对中点钳位型三电平变换器的软短路和硬短路进行分析，并分别创建中点钳位型三电平变换器在软短路下能够安全运行的第一数学模型和在硬短路下能够安全运行的第二数学模型。当创建得到中点钳位型三电平变换器在软短路下的第一数学模型和中点钳位型三电平变换器在硬短路下的第二数学模型时，就可以根据第一数学模型和第二数学模型创建得到中点钳位型三电平变换器在安全运行状态下的目标数学模型。
可见，通过本实施例所提供的技术方案，保证了在创建目标数学模型过程中的可实施性。
图2为本发明实施例公开的一种创建中点钳位型三电平变换器的第一数学模型方法的流程图；请参照图2，上述步骤：当中点钳位型三电平变换器发生软短路时，创建中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第一数学模型的过程，包括：
步骤S101：当目标IGBT处于导通状态或关断状态时，获取中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第三数学模型；
其中，目标IGBT为中点钳位型三电平变换器中的IGBT；
可以理解的是，中点钳位型三电平变换器是通过IGBT的相互串联或并联得到的，而中点钳位型三电平变换器的软短路是指中点钳位型三电平变换器的输出端通过电感性负载发生短路。在该过程中，目标IGBT有可能会处于导通状态，也有可能会处于关断状态，所以，在本实施例中，是根据中点钳位型三电平变换器在发生软短路时，目标IGBT的导通状态或关断状态，来创建得到中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第三数学模型。
请参照图3，图3为本发明实施例提供的一种中点钳位型三电平变换器的结构图。当中点钳位型三电平变换器同一相上下两个桥臂交替导电，中点钳位型三电平变换器中各相开始导电的角度依次相差120度，此时，中点钳位型三电平变换器的各相开关状态有P、O和N三种状态。
在任意一个时刻，中点钳位型三电平变换器始终都会有三个桥臂同时导通，比如：可能是一个上桥臂和两个下桥臂导通，也有可能是两个上桥臂和一个下桥臂导通。
由于中点钳位型三电平变换器中每一相的上下两个桥臂完全对称，所以，在本实施例中，以中点钳位型三电平变换器中A相的上桥臂、B相和C相的下桥臂来进行等效分析，此时，A相的输出电压有
和0两种情况，B相和C相的输出电压有
和0两种情况，假设
用U表示，那么，中点钳位型三电平变换器就会有8种工作状态，具体如表1所示。
表1中点钳位型三电平变换器的开关状态
由表1可得，第一种情况是中点钳位型三电平变换器中各相桥臂的输出电压全部为零，不涉及到中点钳位型三电平变换器的直流母线电压和直流母线电流，所以，在此情况下，就没有分析的必要；第二种情况、第三种情况和第四种情况是等效的，所以，在此情况下，就可以选取第二种情况进行分析；而第五种情况、第六种情况和第七种情况是等效的，所以，此时可以选取第五种情况进行分析；再加上第八种情况，所以，在本实施例中，可以将中点钳位型三电平变换器的开关状态分成三种情况进行分析。
具体的，图4为本发明实施例提供的中点钳位型三电平变换器在第一种开关状态下的拓扑结构图；图5为本发明实施例提供的中点钳位型三电平变换器在第二种开关状态下的拓扑结构图；图6为本发明实施例提供的中点钳位型三电平变换器在第三种开关状态下的拓扑结构图。
如果中点钳位型三电平变换器中的目标IGBT在t时刻处于导通状态，在t+Δt时刻处于关断状态，那么，中点钳位型三电平变换器在这两个时刻的工作关系如下所示：
式中，iDC为目标变换器的直流母线电流，t为目标IGBT处于导通状态的时刻，t+Δt为目标IGBT处于关断状态的时刻，Δt为控制延迟时间，也即，采样电路检测到故障至控制芯片发出指令的时间，vCE为目标IGBT的集电极和发射极之间的电压，vDC为目标变换器的直流母线电压，Cres为目标IGBT的反向传输电容。
换句话说，上述公式(1)和公式(2)即为目标IGBT处于导通状态或关断状态时，中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第三数学模型。
步骤S102：当目标IGBT处于关断状态时，获取中点钳位型三电平变换器在极限状态下的极限电流和极限电压；
具体的，当目标IGBT在t+Δt时刻关断时，目标IGBT在极限状态下的极限电流和极限电压的表达式分别为：
式中，LDC为中点钳位型三电平变换器的直流母线换流回路杂散电感，Lσ为中点钳位型三电平变换器中器件内部的漏感，Ilim(Tj)为中点钳位型三电平变换器在结温为Tj时，中点钳位型三电平变换器在极限状态下能够承受的极限电流；Ulim(Tj)为中点钳位型三电平变换器在结温为Tj时，中点钳位型三电平变换器在极限状态下能够承受的极限电压。
步骤S103：当目标IGBT处于导通状态时，利用基尔霍夫定律创建中点钳位型三电平变换器的直流母线电压和直流母线电流之间的目标关系表达式；
可以理解的是，当中点钳位型三电平变换器发生软短路，中点钳位型三电平变换器中的目标IGBT处于开通状态时，会对中点钳位型三电平变换器中的电感进行充电，此时，利用基尔霍夫定律对中点钳位型三电平变换器的三种拓扑结构进行分析，会得到中点钳位型三电平变换器的直流母线电压和直流母线电流之间的目标关系表达式，也即：
式中，LDC为中点钳位型三电平变换器的直流母线换流回路杂散电感，Lσ为中点钳位型三电平变换器中器件内部的漏感，Lf为中点钳位型三电平变换器中电机的定子漏感；
其中，公式(5)、公式(6)和公式(7)即为中点钳位型三电平变换器的直流母线电压和直流母线电流之间的目标关系表达式。
步骤S104：当目标IGBT处于关断状态时，根据目标IGBT的集电极和发射极之间的电压和集电极电流变化创建第四数学模型；
具体的，在对目标IGBT的关断过程中，对目标IGBT的集电极和发射极之间电压和电流的上升率作近似线性化处理，会得到第四数学模型，也即：
需要说明的是，公式(8)和公式(9)中的tf为上升时间，其它参数可参考上述实施例所公开的内容，此处不作具体赘述。
步骤S105：根据第三数学模型、极限电流、极限电压、目标关系表达式和第四数学模型创建第一数学模型。
联立公式(1)到公式(9)，即可得出中点钳位型三电平变换器在发生软短路时，中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第一数学模型，换言之，也就是根据第三数学模型、中点钳位型三电平变换器在极限状态下的极限电流和极限电压、中点钳位型三电平变换器的直流母线电压和直流母线电流之间的目标关系表达式以及目标IGBT的集电极和发射极之间的电压和电流变化，就可以创建得到中点钳位型三电平变换器在发生软短路时的第一数学模型。
具体的，中点钳位型三电平变换器在第一种开关状态下拓扑结构的关系表达式为：
中点钳位型三电平变换器在第二种开关状态下拓扑结构的关系表达式为：
中点钳位型三电平变换器在第三种开关状态下拓扑结构的关系表达式为：
换句话说，公式(1)、公式(2)、公式(3)、公式(4)、公式(7)、公式(8)和公式(9)即为中点钳位型三电平变换器在发生软短路时的第一数学模型。
可见，通过本实施例所提供的技术方案，可以保证在创建第一数学模型过程中的可靠性与准确性。
相应的，上述步骤：当中点钳位型三电平变换器发生硬短路时，建立中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第二数学模型的过程，包括：
当中点钳位型三电平变换器的输出端发生相间短路时，根据第三数学模型、极限电流、极限电压、目标关系表达式和第四数学模型建立中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第二数学模型。
在本实施例中，当中点钳位型三电平变换器的输出端发生硬短路时，中点钳位型三电平变换器的输出端会通过导体发生直接短路，由于中点钳位型三电平变换器中死区时间和互锁电路的存在，中点钳位型三电平变换器发生桥臂直通故障的概率非常低。因此，在本实施例中，是选取中点钳位型三电平变换器的另外一种极限情况进行分析，也即，假设中点钳位型三电平变换器的输出端发生相间短路来进行分析。
需要说明的是，在相同的系统参数下，以中点钳位型三电平变换器的直流母线电压和直流母线电流分别为横坐标和纵坐标，来描述以上三种拓扑结构所对应的中点钳位型三电平变换器能够安全运行的最大区域时，可以发现在这三种开关状态下的拓扑结构中，第三种开关状态拓扑结构下的两条直线的斜率绝对值是最大的，这样第三种开关状态拓扑结构所对应的中点钳位型三电平变换器能够安全运行的最大区域相对来说就是最小的。
因此，在本实施例中，可以选取第三种开关状态下的中点钳位型三电平变换器的拓扑结构来确定中点钳位型三电平变换器能够安全运行的最大区域。具体的，第三种开关状态下的中点钳位型三电平变换器的拓扑结构中Sa1、Sa2、Sb3和Sb4导通，根据上述第三数学模型、中点钳位型三电平变换器在极限状态下的极限电流和极限电压、目标关系表达式以及第四数学模型建立得到中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第二数学模型。
其中，当中点钳位型三电平变换器发生硬短路时，利用基尔霍夫定律创建得到的直流母线电压和直流母线电流之间的关系表达式为：
其中，Lsc为短路电感；
换句话说，公式(1)、公式(2)、公式(3)、公式(4)、公式(8)、公式(9)和公式(13)即为中点钳位型三电平变换器在发生硬短路时的第二数学模型。
在实际应用中，为了描述方便，定义上述软短路和硬短路下的系统安全工作域的系数矩阵为ARB和ASC，那么，中点钳位型三电平变换器在安全运行状态下的数学模型为：
也即，
换句话说，公式(15)即为中点钳位型三电平变换器在发生软短路时的第一数学模型和中点钳位型三电平变换器在发生硬短路时的第二数学模型的叠加表达式。
由此便可以得出中点钳位型三电平变换器在实际运行过程中，中点钳位型三电平变换器能够安全运行的最大区域，也即，第二安全工作域，如图4所示。
图7为本发明实施例提供的中点钳位型三电平变换器的安全运行区域的示意图，请参见图7，图7中的阴影部分即为中点钳位型三电平变换器能够安全运行的最大区域，主要由欠压保护边界、过压保护边界以及过流保护边界组成，其中，将过压保护边界设定为750V，并将其作为中点钳位型三电平变换器的直流母线电压的最大值，也即，中点钳位型三电平变换器的过压保护阈值；中点钳位型三电平变换器的过流保护边界为400A、中点钳位型三电平变换器的欠压保护边界为300V。
可见，通过本实施例所提供的技术方案，为中点钳位型三电平变换器的保护设计提供了更为科学、有效的计算方法，这样就能够相对提高中点钳位型三电平变换器在实际运行过程中的安全性以及稳定性。
基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，上述步骤S13：利用中点钳位型三电平变换器的结温、实际运行参数和第一安全工作域确定中点钳位型三电平变换器能够安全运行的最大区域，得到第二安全工作域的过程，包括：
根据结温、实际运行参数和第一安全工作域确定中点钳位型三电平变换器能够安全工作的三维立体图；
利用三维立体图确定中点钳位型三电平变换器能够安全运行的最大区域，得到第二安全工作域。
可以理解的是，中点钳位型三电平变换器能够安全运行的最大区域的表现形式可以是二维图，也可以是三维立体图。在本实施例中，为了使得工作人员可以更为清楚、直观地查看到中点钳位型三电平变换器能够安全运行的最大区域，是将中点钳位型三电平变换器能够安全运行的最大区域转换为三维立体图。
此处，通过一个具体例子进行说明，可以理解的是，由于中点钳位型三电平变换器中的目标IGBT在极限状态下的极限电流和极限电压是由目标IGBT的结温所决定的，那么，在不同的结温条件下，流经目标IGBT的电流值和目标IGBT两端的电压极限值必定是不一样的。而目标IGBT所能承受的最大电压是由雪崩击穿电压所决定的，随着温度的升高，晶格振动加剧，电子与晶格碰撞的几率增大，通过电场加速积累动能并达到可发生电离的碰撞更为困难，此时，就需要更高的电场才能使载流子获得足够的能量积累从而发生碰撞电离，当电场升高时，目标IGBT的击穿电压也会随着升高，所以，目标IGBT的击穿电压会表现出正温度系数，也即：
式中，VA(Tj)为中点钳位型三电平变换器在结温为Tj时的雪崩击穿电压值，也即，目标IGBT的极限电压，VA(T0)为中点钳位型三电平变换器在结温为T0时的雪崩击穿电压值，Tj和T0分别为目标IGBT的结温。
需要说明的是，在实际应用当中，一般取T0为300K。另外，目标IGBT所能承受的最大电流是由目标IGBT的最大输出功率Pmax所决定的，而Pmax是受目标IGBT的结温和热阻抗所限制的，也即：
式中，TC为目标IGBT的管壳温度，Tj为目标IGBT的结温，Zthjc为中点钳位型三电平变换器中的控制芯片到目标IGBT的管壳的热阻抗，Zthjc由目标IGBT的工作方式所决定。
由此就可以得到目标IGBT在最大输出功率Pmax和结温限制条件下，目标IGBT的集电极所能承受的最大电流值为：
式中，Pmax为目标IGBT的最大输出功率，Vcesat为目标IGBT的集电极和发射极之间的饱和电压。
此外，如果中点钳位型三电平变换器发生软短路，目标IGBT在极限状态下的极限电流和极限电压是由目标IGBT的反偏安全工作区所决定的；如果中点钳位型三电平变换器发生硬短路，那么，目标IGBT在极限状态下的极限电流和极限电压是由目标IGBT的短路安全工作区所决定的。根据公式(16)、公式(17)和公式(18)可得，当目标IGBT的结温相同时，目标变压器发生软短路和硬短路的极限电压是相同的，而目标IGBT的极限电流是受结温和热阻抗两个因素的影响，所以，目标IGBT的极限电流值在不同工况下是不一样的。
并且，由于目标IGBT的反偏安全工作区是一个连续脉冲工作状态，而目标IGBT的短路安全工作区是一个单脉冲工作状态，根据数据手册上的瞬态热阻抗曲线，便可以获得目标IGBT在反偏安全工作区和短路安全工作区的热阻抗值，由此就能够得到目标IGBT在不同结温下的极限电流值。
结合中点钳位型三电平变换器在安全运行状态下的目标数学模型，也即，公式(15)，以及目标IGBT的极限电流和极限电压的关于结温的公式(16)，可以刻画出中点钳位型三电平变换器在不同结温下，中点钳位型三电平变换器能够安全运行的三维立体图，也即，刻画出中点钳位型三电平变换器在不同结温下，中点钳位型三电平变换器能够安全运行的三维立体图。请参见图8，图8为本发明实施例提供的中点钳位型三电平变换器的安全运行区域的三维立体图。显然，从该三维立体图中，就能够更为直观、准确地观测出中点钳位型三电平变换器随结温改变的变化趋势。
可见，通过本实施例所提供的技术方案，可以使得工作人员能够更加准确、直观地查看到中点钳位型三电平变换器能够安全运行的最大区域。
请参见图9，图9为本发明实施例公开的一种变换器的运行状态控制装置的结构图，该控制装置包括：
模型创建模块21，用于创建目标变换器在安全运行状态下的数学模型；
第一区域确定模块22，用于根据数学模型确定目标变换器能够安全运行的最大区域，得到第一安全工作域；
第二区域确定模块23，用于利用目标变换器的结温、实际运行参数和第一安全工作域确定目标变换器能够安全运行的最大区域，得到第二安全工作域；
状态控制模块24，用于根据目标变换器的直流母线电压和直流母线电流以及第二安全工作域对目标变换器的运行状态进行控制。
本实施例公开的一种变换器的运行状态控制装置，具有上述变换器的运行状态控制方法的有益效果。
相应的，本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述公开的变换器的运行状态控制方法的步骤。
本实施例公开的一种计算机可读存储介质，具有上述变换器的运行状态控制方法的有益效果。
请参见图10，图10为本发明实施例公开的一种变换器的运行状态控制设备的结构图，该控制设备包括：
存储器31，用于存储计算机程序；
处理器32，用于执行计算机程序时实现如前述公开的变换器的运行状态控制方法的步骤。
本实施例公开的一种变换器的运行状态控制设备，具有上述变换器的运行状态控制方法的有益效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，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。
以上对本发明所提供的一种变换器的运行状态控制方法、装置、介质及设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种变换器的运行状态控制方法，其特征在于，包括：
创建目标变换器在安全运行状态下的数学模型；
根据所述数学模型确定所述目标变换器能够理论安全运行的最大区域，得到第一安全工作域；
利用所述目标变换器的结温、实际运行参数和所述第一安全工作域确定所述目标变换器能够实际安全运行的最大区域，得到第二安全工作域；
根据所述目标变换器的直流母线电压和直流母线电流以及所述第二安全工作域对所述目标变换器的运行状态进行控制；
所述创建目标变换器在安全运行状态下的数学模型的过程，包括：
创建中点钳位型三电平变换器在安全运行状态下的目标数学模型；
所述创建中点钳位型三电平变换器在安全运行状态下的目标数学模型的过程，包括：
当所述中点钳位型三电平变换器发生软短路时，创建所述中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第一数学模型；
当所述中点钳位型三电平变换器发生硬短路时，建立所述中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第二数学模型；
根据所述第一数学模型和所述第二数学模型创建所述目标数学模型；
所述当所述中点钳位型三电平变换器发生软短路时，创建所述中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第一数学模型的过程，包括：
当目标IGBT处于导通状态或关断状态时，获取所述中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第三数学模型；其中，所述目标IGBT为所述中点钳位型三电平变换器中的IGBT；
当所述目标IGBT处于所述关断状态时，获取所述中点钳位型三电平变换器在极限状态下的极限电流和极限电压；
当所述目标IGBT处于所述导通状态时，利用基尔霍夫定律创建所述中点钳位型三电平变换器的直流母线电压和直流母线电流之间的目标关系表达式；
当所述目标IGBT处于关断状态时，根据所述目标IGBT的集电极和发射极之间的电压和集电极电流变化创建第四数学模型；
根据所述第三数学模型、所述极限电流、所述极限电压、所述目标关系表达式和所述第四数学模型创建所述第一数学模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述中点钳位型三电平变换器发生硬短路时，建立所述中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第二数学模型的过程，包括：
当所述中点钳位型三电平变换器的输出端发生相间短路时，根据所述第三数学模型、所述极限电流、所述极限电压、所述目标关系表达式和所述第四数学模型建立所述中点钳位型三电平变换器能够安全运行的所述第二数学模型。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述利用所述目标变换器的结温、实际运行参数和所述第一安全工作域确定所述目标变换器能够安全运行的最大区域，得到第二安全工作域的过程，包括：
根据所述结温、所述实际运行参数和所述第一安全工作域确定所述目标变换器能够安全工作的三维立体图；
利用所述三维立体图确定所述目标变换器能够安全运行的最大区域，得到所述第二安全工作域。
4.一种变换器的运行状态控制装置，其特征在于，包括：
模型创建模块，用于创建目标变换器在安全运行状态下的数学模型；
第一区域确定模块，用于根据所述数学模型确定所述目标变换器能够理论安全运行的最大区域，得到第一安全工作域；
第二区域确定模块，用于利用所述目标变换器的结温、实际运行参数和所述第一安全工作域确定所述目标变换器能够实际安全运行的最大区域，得到第二安全工作域；
状态控制模块，用于根据所述目标变换器的直流母线电压和直流母线电流以及所述第二安全工作域对所述目标变换器的运行状态进行控制；
所述创建目标变换器在安全运行状态下的数学模型的过程，包括：
创建中点钳位型三电平变换器在安全运行状态下的目标数学模型；
所述创建中点钳位型三电平变换器在安全运行状态下的目标数学模型的过程，包括：
当所述中点钳位型三电平变换器发生软短路时，创建所述中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第一数学模型；
当所述中点钳位型三电平变换器发生硬短路时，建立所述中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第二数学模型；
根据所述第一数学模型和所述第二数学模型创建所述目标数学模型；
所述当所述中点钳位型三电平变换器发生软短路时，创建所述中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第一数学模型的过程，包括：
当目标IGBT处于导通状态或关断状态时，获取所述中点钳位型三电平变换器能够安全运行的第三数学模型；其中，所述目标IGBT为所述中点钳位型三电平变换器中的IGBT；
当所述目标IGBT处于所述关断状态时，获取所述中点钳位型三电平变换器在极限状态下的极限电流和极限电压；
当所述目标IGBT处于所述导通状态时，利用基尔霍夫定律创建所述中点钳位型三电平变换器的直流母线电压和直流母线电流之间的目标关系表达式；
当所述目标IGBT处于关断状态时，根据所述目标IGBT的集电极和发射极之间的电压和集电极电流变化创建第四数学模型；
根据所述第三数学模型、所述极限电流、所述极限电压、所述目标关系表达式和所述第四数学模型创建所述第一数学模型。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，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权利要求1至3任一项所述的变换器的运行状态控制方法的步骤。
6.一种变换器的运行状态控制设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3任一项所述的变换器的运行状态控制方法的步骤。
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