CN111130373A - 逆变器的控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种逆变器的控制方法及装置，该方法包括：根据逆变器驱动电机的三相电流信号和三相电压信号，确定目标电压矢量的第一分量和第二分量；根据第一分量和第二分量确定第一矢量和第二矢量；根据第一电容两端的第一电压、第二电容两端的第二电压、直流电源两端的第三电压、第一分量和第二分量，确定第一矢量的第一作用时长、第二矢量的第二作用时长、以及零矢量的第三作用时长；根据第一矢量、第二矢量、零矢量、第一作用时长、第二作用时长和第三作用时长，生成控制信号，控制信号用于控制逆变器中IGBT的导通和截止，控制信号中的零矢量作用可以抑制第一电容和第二电容的电压不平衡。用于提高逆变器控制的可靠性。

Description

逆变器的控制方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及逆变器控制领域，尤其涉及一种逆变器的控制方法及装置。
背景技术
目前，很多设备(例如电动车辆等)中包括直流供电部分、三相六开关逆变器和电机。其中，直流供电部分由交流电源和整流器构成，用于产生直流电，三相六开关逆变器由并联在直流电源两端的A桥臂、B桥臂、C桥臂和串联的相同的两个电容第一电容和第二电容构成，用于将直流电转换成三相交流电(a相、b相和c相)，并在A桥臂中两个绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)的连接处输出a相电、B桥臂中两个IGBT的连接处输出b相电、C桥臂中两个IGBT的连接处输出c相电，所述a相电、b相电、c相电用于驱动电机工作。
当三相六开关逆变器的某一桥臂发生故障时(以A桥臂为例)，三相六开关逆变器A桥臂的熔断器断开，A桥臂连接至串联的第一电容和第二电容的中点处，从而输出a相电，此时三相六开关逆变器的拓扑图变为容错的三相四开关逆变器(下文简称逆变器)。在逆变器的工作过程中，第一电容和第二电容不断的进行充放电，使A桥臂产生交流电，该交流电作为a相电输出。B桥臂和C桥臂上分别设置有两个串联的IGBT，通过控制信号控制B桥臂和C桥臂IGBT的导通和截止，以实现从B桥臂的两个IGBT之间输出b相电，从C桥臂的两个IGBT之间输出c相电。现有技术中，通过如下方式生成控制信号：根据三相电的输出要求(大小、相位等要求)确定第一矢量的作用时间T1，第二矢量的作用时间T2，以及零矢量(U(0,0)和U(1,1))的作用时间T3(T-T1-T2)，T为控制周期，并根据第一矢量、第二矢量、零矢量、T1、T2和T3，生成控制信号。其中，在上述基本矢量中，第一位元素表示B桥臂上两个IGBT的导通和截止，第二个元素表示C桥臂上两个IGBT的导通和截止。
然而，在上述过程中，第一电容和第二电容不断的进行充放电，使得第一电容和第二电容的电压不平衡，进而导致逆变器控制的可靠性较差。
发明内容
本发明实施例提供一种逆变器的控制方法及装置，用于提高对逆变器控制的可靠性，以达到更好的系统控制效果。
第一方面，本申请提供一种逆变器的控制方法，其特征在于，所述逆变器包括第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容是两个相同的电容，所述第一电容和所述第二电容串联，所述第一电容和所述第二电容并联在直流电源两端，所述方法包括：
根据所述逆变器驱动的电机的三相电流信号和三相电压信号，确定目标电压矢量的第一分量和第二分量；
根据所述第一分量和所述第二分量确定第一矢量和第二矢量；
根据所述第一电容两端的第一电压、所述第二电容两端的第二电压、所述直流电源两端的第三电压、所述第一分量和所述第二分量，确定所述第一矢量的第一作用时长、所述第二矢量的第二作用时长、以及零矢量的第三作用时长，所述零矢量包括U(1,0)和U(0,1)；
根据所述第一个基本矢量、所述第二个基本矢量、所述零矢量、所述第一作用时长、所述第二作用时长和所述第三作用时长，生成控制信号，所述控制信号用于控制所述逆变器中IGBT的导通和截止，所述控制信号中的所述零矢量可以抑制所述第一电容和所述第二电容的电压不平衡。
在一种可能的实施方式中，根据所述逆变器驱动的电机的三相电流信号和三相电压信号，确定目标电压矢量的第一分量和第二分量，包括：
根据所述三相电流信号和所述三相电压信号，确定所述电机的定子磁链矢量的分量；
根据所述电机的极对数和所述定子磁链矢量的分量，确定所述电机的电磁转矩；
根据所述定子磁链矢量的分量、所述电磁转矩、所述电机的转速和目标转速，确定所述目标电压矢量、所述第一分量和所述第二分量。
在另一种可能的实施方式中，所述根据所述第一分量和所述第二分量确定第一个基本矢量和第二个基本矢量，包括：
根据所述第一分量和所述第二分量，确定所述目标电压矢量对应扇区；
根据所述目标电压矢量对应的扇区，确定所述第一个基本矢量和第二个基本矢量。
在另一种可能的实施方式中，所述根据所述第一电容两端的第一电压、所述第二电容两端的第二电压、所述直流电源两端的第三电压、所述第一分量和所述第二分量，确定所述第一个基本矢量的第一作用时长、所述第二个基本矢量的第二作用时长、以及零矢量的第三作用时长，包括：
根据所述第一电容两端的第一电压、所述第二电容两端的第二电压、所述直流电源两端的第三电压、所述第一分量和所述第二分量，确定所述第一作用时长和所述第二作用时长；
根据控制周期、所述第一作用时长和所述第二作用时长，确定所述第三作用时长。
在另一种可能的实施方式中，所述根据所述第一电容两端的第一电压、所述第二电容两端的第二电压、所述直流电源两端的第三电压、所述第一分量和所述第二分量，确定所述第一作用时长和所述第二作用时长，包括：
根据所述第一分量和所述第二分量，确定所述目标电压矢量对应扇区；
根据所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压、所述第一分量、所述第二分量、所述目标电压矢量对应扇区和控制周期，确定所述第一作用时长和所述第二作用时长。
第二方面，本发明实施例提供一种逆变器的控制装置，其特征在于，所述逆变器的控制装置包括第一确定模块、第二确定模块、第三确定模块和生成模块，其中，
所述第一确定模块用于，根据所述逆变器驱动的电机的三相电流信号和三相电压信号，确定目标电压矢量的第一分量和第二分量；
所述第二确定模块用于，根据所述第一分量和所述第二分量，确定第一矢量和第二矢量；
第三确定模块用于，根据所述第一电容两端的第一电压、所述第二电容两端的第二电压、所述直流电源两端的第三电压、所述第一分量和所述第二分量，确定所述第一矢量的第一作用时长、所述第二矢量的第二作用时长、以及零矢量的第三作用时长，所述零矢量包括U(1,0)和U(0,1)；
生成模块用于，根据所述第一矢量、所述第二矢量、所述零矢量、所述第一作用时长、所述第二作用时长和所述第三作用时长，生成控制信号，所述控制信号用于控制所述逆变器中IGBT的导通和截止。
在一种可能的实施方式中，所述第一确定模块具体用于：
根据所述三相电流信号和所述三相电压信号，确定所述电机的定子磁链矢量的分量；
根据所述电机的极对数和所述定子磁链矢量的分量，确定所述电机的电磁转矩；
根据所述定子磁链矢量的分量、所述电磁转矩、所述电机的转速和给定转速，确定所述目标电压矢量、所述第一分量和所述第二分量。
在另一种可能的实施方式中，第二确定模块具体用于：
根据所述第一分量和所述第二分量，确定所述目标电压矢量对应扇区；
根据所述目标电压矢量对应的扇区，确定所述第一矢量和第二矢量。
在另一种可能的实施方式中，所述第三确定模块具体用于：
根据所述第一电容两端的第一电压、所述第二电容两端的第二电压、所述直流电源两端的第三电压、所述第一分量和所述第二分量，确定所述第一作用时长和所述第二作用时长；
根据控制周期、所述第一作用时长和所述第二作用时长，确定所述第三作用时长。
在另一种可能的实施方式中，所述第三确定模块具体用于：
根据所述第一分量和所述第二分量，确定所述目标电压矢量对应扇区；
根据所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压、所述第一分量、所述第二分量、所述目标电压矢量对应扇区和控制周期，确定所述第一作用时长和所述第二作用时长。
第三方面，本发明实施例提供一种逆变器的控制装置，包括：处理器，所述处理器与存储器耦合；
所述存储器用于，存储计算机程序；
所述处理器用于，执行所述存储器中存储的计算机程序，以使得所述逆变器的控制装置执行上述第一方面任一项所述的方法。
第四方面，本发明实施例提供一种可读存储介质，包括程序或指令，当所述程序或指令在计算机上运行时，如上述第一方面任意一项所述的方法被执行。
本发明实施例提供的逆变器的控制方法及装置，根据电机的三相电流信号和三相电压信号，依次确定第一分量和第二分量、第一矢量和第二矢量，并根据第一电容两端的第一电压、第二电容两端的第二电压、直流电源两端的第三电压、三相电流信号和三相电压信号，依次确定第一矢量的第一作用时长、第二矢量的第二作用时长、以及零矢量(包括U(1,0)和U(0,1))的第三作用时长，最后生成逆变器的控制信号，以实现控制逆变器中IGBT的导通和截止。在上述过程中，使用了第一电容两端的第一电压、第二电容两端的第二电压的，即生成逆变器的控制信号的过程中，参考了第一电容两端的第一电压、第二电容两端的第二电压的波动情况，同时利用U(1,0)和U(0,1)合成零矢量，使得IGBT在根据控制信号工作的过程中，可以抑制了第一电容和第二电容电压不平衡的现象，提高对逆变器控制的可靠性，同时提高了对系统的控制性能。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电气设备的示意图；
图2为本发明实施例提供的逆变器的控制方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的扇区示意图；
图4为本发明实施例提供的确定第一分量和第二分量的方法流程图；
图5A为本发明实施例提供的基本矢量U(0,0)对逆变器控制时，C1和C2的充放电过程示意图；
图5B为本发明实施例提供的基本矢量U(1,1)对逆变器控制时，C1和C2的充放电过程示意图；
图5C为本发明实施例提供的基本矢量U(0,1)对逆变器进行控制时，当Vc1大于Vc2时，C1和C2充放电过程示意图；
图5D为本发明实施例提供的基本矢量U(0,1)对逆变器进行控制时，当Vc1等于Vc2时，C1和C2充放电过程示意图；
图5E为本发明实施例提供的基本矢量U(0,1)对逆变器进行控制时，Vc1小于Vc2时，C1和C2充放电过程示意图；
图6A为本发明实施例提供的目标电压矢量在第1扇区内时，B桥控制信号和C桥控制信号的波形图；
图6B为本发明实施例提供的目标电压矢量在第2扇区内时，B桥控制信号和C桥控制信号的波形图；
图6C为本发明实施例提供的目标电压矢量在第3扇区内时，B桥控制信号和C桥控制信号的波形图；
图6D为本发明实施例提供的目标电压矢量在第4扇区内时，B桥控制信号和C桥控制信号的波形图；
图7为本发明实时例提供的逆变器的控制装置示意图。
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电气设备的示意图，请参见图1，电气设备中设置直流电源11、逆变器12、电机13和控制信号生成单元14。
逆变器12包括A故障臂、B桥臂和C桥臂，其中，所述B桥臂和C桥臂并联，A故障臂连接到2个串联的电容c1和c2的中点。B桥臂包含2个串联的IGBT T1和T2，C桥臂包含2个串联的IGBT T3和T4。其中，直流电源11分别与串联电容c1和c2、B桥臂和C桥臂并联，A故障臂连接电容c1和c2中点P和电机13，用于向电机13输入a相交流电。B桥臂中的IGBTT1和T2在点P1位置与电机13连接，用于向电机13输入b相交流电。C桥臂中的IGBTT3和T4在点P2位置与电机13连接，用于向电机13输入c相交流电。
控制信号生成单元14分别与直流电源11、电容c1和电容c2连接，以获取直流电源1两端的电压、电容c1两端的电压和电容c2两端的电压。控制信号生成单元14还与电机13连接，用于采集逆变器12向电机13输出的a相交流电信号、b相交流电信号、c相交流电信号和电机转速信号。控制信号生成单元14根据获取得到的电源1两端的电压、电容c1两端的电压、电容c2两端的电压、a相交流电信号、b相交流电信号、c相交流电信号和电机转速信号，生成控制信号，以驱动电机13的工作。
需要说明的是，图1只是以示例的形式示意一种电气设备结构，并非对电气设备结构的限定。
下面，通过具体实施例对本申请所示的技术方案进行详细说明。需要说明的是，下面几个具体实施例可以相互结合，对于相同或相似的内容，在不同的实施例中不再进行重复说明。
下面，对逆变器的控制方法作详细的说明，具体的，请参见图2所示的实施例。
图2为本发明实施例提供的逆变器的控制方法的流程示意图，该方法包括：
S201：根据逆变器驱动电机的三相电流信号和三相电压信号，确定目标电压矢量的第一分量和第二分量。
本发明实施例的执行主体可以为逆变器的控制装置。可选的，逆变器的控制装置可以通过软件实现，也可以通过软件和硬件的结合实现。可选的，逆变器的控制装置可以设置在图1实施例所示的控制信号生成单元14中。
可选的，三相电流信号可以为逆变器向电机输出的三相电流信号。
可选的，三相电压信号可以为逆变器向电机输出的三相电压信号。
例如，逆变器向电机输出的三相电包括a相电、b相电和c相电。相应的，三相电的电流信号可以包括a相电流信号ia、b相电流信号ib和c相电流信号ic。相应的，三相电压信号包括a相电压信号Va、b相电压信号Vb、c相电压信号Vc。
可选的，目标电压矢量为预期的逆变器向电机输入的电压矢量。
可选的，第一分量可以预设二维坐标系中一个坐标轴上的分量，第二分量可以为预设二维坐标系中另一个坐标轴上的分量。
例如，预设二维坐标系可以为规定的αβ坐标系。相应的，第一分量为该αβ坐标系中α坐标轴上的分量Uα，第二分量为该αβ坐标系中β坐标轴上的分量Uβ。
可选的，可以通过如下可行的实现方式获取三相电流信号和三相电压信号：
例如，在逆变器与电机连接处设置电流传感器和电压传感器，其中，电流传感器用于采集三相电流信号(ia、ib和ic)，电压传感器用于采集三相电压信号(Va、Vb和Vc)。
需要说明的是，在实际应用中，为了便于分析，将电机简化为三相电阻(参见图5中三相电阻53)。
可选的，电流传感器和电压传感器个数均可以为3。
可选的，第一个电流传感器可以用于采集a相电流ia，第二个电流传感器可以用于采集b相电流ib，第三个电流传感器可以用于采集并获得c相电流ic。
可选的，第一个电压传感器可以用于采集并获得a相电压Va，第二个电压传感器可以用于采集并获得b相电压Vb，第三个电压传感器可以用于采集并获得c相电压Vc。
需要说明的是，在图3所示的实施例中，对确定目标电压矢量的第一分量Uα和第二分量Uβ的过程进行详细说明，此处不再进行赘述。
S202：根据第一分量和第二分量确定第一矢量和第二矢量。
可选的，第一矢量和第二矢量可以为U(n,m)，其中，n和m可以为0、1中的任意数。
可选的，n表示逆变器中B桥臂的2个串联IGBT的导通或截止，m表示逆变器中C桥臂的2个串联IGBT的导通或截止。
可选的，当n为0时可表示B桥臂中T1截止、T2导通，当n为1时可表示B桥臂中T1导通、T2截止。
可选的，当m为0时可表示C桥臂中T3截止、T4导通，当m为1时可表示C桥臂中T3导通、T4截止。
例如，U(0,1)表示B桥臂中T1截止、T2导通以及C桥臂中T3导通、T4截止。
可选的，可以通过如下可行的实现方式确定第一矢量和第二矢量：可以根据第一分量Uα和第二分量Uβ确定目标电压矢量对应扇区，并根据扇区确定第一矢量和第二矢量。
可选的，上述扇区的个数为4，其中4个扇区与αβ坐标系中的4个象限对应。
具体的，可以通过如下可行的公式1确定目标电压矢量对应扇区：
Figure BDA0001848556980000091
其中，N为扇区的标识。
可选的，可以根据扇区所在的象限确定第一矢量和第二矢量
可选的，其中，不同扇区所确定的第一矢量和第二矢量也不同。
可选的，4个扇区与4个象限的对应关系、4个扇区与第一矢量和第二矢量的对应关系，可参见图3所示的实施例。
S203：根据第一电容两端的第一电压、第二电容两端的第二电压、直流电源两端的第三电压、第一分量和第二分量，确定第一矢量的第一作用时长、第二矢量的第二作用时长、以及零矢量的第三作用时长，零矢量包括U(1,0)和U(0,1)。
可选的，可以在第一电容的两端设置直流电压传感器，用于获得第一电容两端的第一电压Vc1。
可选的，可以在第二电容的两端设置直流电压传感器，用于获得第二电容两端的第二电压Vc2。
需要说明的是，本发明实施例中，第一电容与第二电容的容值相同。
可选的，可以在直流电源的两端设置直流电压传感器，用于获得第三电压Vdc。
可选的，第一作用时长、第二作用时长、第三作用时长为逆变器中T1、T2、T3和T4导通或者截止的时间。
可选的，第一作用时长为四个IGBT的状态满足第一矢量所指示的状态的时长。
可选的，第二作用时长为四个IGBT的状态满足第二矢量所指示的状态的时长。
可选的，第三作用时长为四个IGBT的状态满足零矢量所指示的状态的时长。
需要说明的是，U(1,0)和U(0,1)对逆变作用时可以抑制第一电容和第二电容之间的电压波动。具体的，请参见图5实施例。
例如，在第1扇区中，第一矢量U(0,0)的第一作用时长为B桥臂中T1截止、T2导通以及C桥臂中T3截止、T4导通的时间。第二矢量U(1,0)的第二作用时长为使得逆变器中B桥臂中T1导通、T2截止的时间以及C桥臂中T3截止、T4导通。零矢量U(1,0)的第三作用时长为使得逆变器中B桥臂中T1导通、T2截止的时间以及C桥臂中T3截止、T4导通。
可选的，可以通过如下可行的公式2获得第一矢量的第一作用时长t′1。
Figure BDA0001848556980000101
可选的，可以通过如下可行的公式3获得第二矢量的第二作用时长t′2。
Figure BDA0001848556980000102
可选的，零矢量的第三作用时长t0可以通过如下可行的公式4获得。
t0＝TPWM-t′1-t′2 (公式4)
可选的，公式二和公式三中的t1可以通过如下可行的公式5获得。
Figure BDA0001848556980000103
其中，ΔU为两个电容电压的差值，其计算公式为：ΔU＝Vc1-Vc2，TPWM为控制周期。
可选的，公式二和公式三中的t2可以通过如下可行的公式6获得。
Figure BDA0001848556980000111
S204：根据第一矢量、第二矢量、零矢量、第一作用时长、第二作用时长和第三作用时长，生成控制信号，控制信号用于控制逆变器中IGBT的导通和截止，控制信号中的零矢量可以抑制第一电容和第二电容的电压不平衡。
可选的，控制信号可以为脉宽调制器根据第一矢量、第二矢量、零矢量、第一作用时长、第二作用时长和第三作用时长，调制出的信号。
可选的，脉宽调制器可以设置在控制信号生成单元中。
可选的，脉宽调制器调制出的控制信号包括B桥臂控制信号、C桥臂控制信号。其中，B桥臂控制信号用于控制逆变中B桥臂的2个IGBT T1和T2的导通和截止，C桥臂控制信号用于控制逆变中C桥臂的2个IGBT T3和T4的导通和截止。
可选的，当扇区不同时，第一矢量、第二矢量、零矢量也不同，则脉宽调制器调制出的B桥臂控制信号和C桥臂控制信号的波形也不同。
需要说明的是，关于零矢量可以抑制第一电容和第二电容的电压不平衡的具体说明，请参见图5A、图5B、图5C、图5D图5E实施例。
本发明实施例提供的逆变器的控制方法，根据电机的三相电流信号和三相电压信号，依次确定第一分量和第二分量、第一矢量和第二矢量，并根据第一电容两端的第一电压、第二电容两端的第二电压、直流电源两端的第三电压、三相电流信号和三相电压信号，依次确定第一矢量的第一作用时长、第二矢量的第二作用时长、以及零矢量(包括U(1,0)和U(0,1))的第三作用时长，最后生成逆变器的控制信号，以实现控制逆变器中IGBT的导通和截止。在上述过程中，使用了第一电容两端的第一电压、第二电容两端的第二电压的，即生成逆变器的控制信号的过程中，参考了第一电容两端的第一电压、第二电容两端的第二电压的波动情况，同时利用U(1,0)和U(0,1)合成零矢量，使得IGBT在根据控制信号工作的过程中，可以减小对第一电容和第二电容两端的电压波动的影响，进而抑制了第一电容和第二电容电压不平衡的现象，提高逆变器控制的可靠性，同时提高了系统的控制性能。
在以上任意实施例的基础上，下面，通过图3实施例，对扇区与象限以及扇区与第一矢量和第二矢量的对应关系做进一步的详细说明。具体的，请参见图3所示的实施例。
图3为本发明实施例提供的扇区示意图，请参见图3。在αβ坐标系中，α坐标轴的正半轴设置有基本矢量U(0,0)，α坐标轴的负半轴设置有基本矢量U(1,1)，β的正半轴设置有基本矢量U(1,0)，β的负半轴设置有基本矢量U(0,1)。第1扇区与第1象限对应，第2扇区与第2象限对应，第3扇区与第3象限对应，第4扇区与第4象限对应。
在第1扇区内，第一矢量为U(0,0)，第二矢量为U(1,0)。在第2扇区内，第一矢量为U(1,1)，第二矢量为U(1,0)。在第3扇区内，第一矢量为U(1,1)，第二矢量为U(0,1)。第4扇区内，第一矢量为U(0,0)，第二矢量为U(0,1)。
其中，Ur为目标电压矢量，目标电压矢量Ur可以落在每一个扇区中。
在以上任意实施例的基础上，可选的，可以通过如下可行的实现方式确定第一分量和第二分量，具体的，请参见图4所示的实施例。
图4为本发明实施例提供的确定第一分量和第二分量的方法流程图，具体的，请看见图4实施例，该方法包括：
S401：根据a相电流信号、b相电流信号、c相电流信号，获得第一电流、第二电流，根据a相电压信号、b相电压信号、c相电压信号，获得第一电压和第二电压。
可选的，第一电流iα和第二电流iβ为二维坐标系中的电流。
可选的，第一电流iα和第二电流iβ可以通过如下可行的公式7获得。
Figure BDA0001848556980000121
可选的，第一电压Vα和第二电压Vβ为二维坐标系中的电压。
可选的，第一电压Vα和第二电压Vβ可以通过可行的公式8获得。
Figure BDA0001848556980000131
S402：根据第一电流、第二电流、第一电压和第二电压，确定电机的定子磁链矢量的分量,并根据定子磁链矢量的分量，确定定子磁链矢量的幅值和定子磁链矢量的分量夹角。
可选的，定子磁链矢量的分量包括第一定子磁链矢量fα和第二定子磁链矢量fβ，
可选的，可通过如下可行的公式9获得第一定子磁链矢量fα。
Figure BDA0001848556980000132
其中，t0为起始点，t为积分终点，∫为积分符号，Rs为电机的定子电阻，dt为微分项。
可选的，可通过如下可行的公式10获得第二定子磁链矢量fβ。
Figure BDA0001848556980000133
可选的，根据第一定子磁链矢量fα和第二定子磁链矢量fβ获得定子磁链矢量的幅值f和定子磁链矢量的分量夹角θ。
可选的，可通过如下可行的公式11获得定子磁链矢量的幅值f。
Figure BDA0001848556980000134
可选的，可通过如下可行的公式12获得定子磁链矢量的分量夹角θ。
Figure BDA0001848556980000135
S403：根据所述电机的极对数和所述定子磁链矢量的分量，确定所述电机的电磁转矩。
可选的，电机的极对数为已知的固定参数。
在实际中，电磁转矩是电机将电能转换成机械能的重要物理量。
可选的，利用电机的极对数NP、定子磁链矢量的分量fα和fβ、第一电流iα和第二电流iβ，利用如下可行的公式13获得电磁转矩Te。
Te＝NP(fαiβ-fβiα) (公式13)
S404：根据电机的转速和给定转速，确定电机的电磁转矩的增量，并根据电磁转矩的增量，确定电机的定子磁链矢量的分量夹角的增量。
可选的，电机中设置有转速传感器，转速传感器用于采集电机的转速wr。
可选的，根据转速wr和给定转速w，利用如下可行的公式14获得电机的转速差值Δw。
Δw＝w-wr (公式14)
可选的，根据转子的转速差值Δw，利用下公式15获得当前电磁转矩。
Figure BDA0001848556980000141
其中，P为PI控制器(包含在控制信号生成单元中)的调制比例，I为积分项，D为微分项，s为拉普拉斯算子。N为滤波系数。
可选的，可通过如下可行的公式16获得电磁转矩的增量ΔT。
ΔT＝Te-T (公式16)
可选的，根据电机的电磁转矩的增量ΔT，利用如下可行的公式17确定定子磁链矢量的分量夹角的增量Δθ。
Figure BDA0001848556980000142
S405：根据定子磁链矢量的分量夹角的增量、定子磁链矢量的幅值、定子磁链矢量的分量夹角，确定电机的定子磁链矢量的分量的增量。
在实际中，定子磁链矢量的分量的增量包括第一定子磁链矢量的增量Δfα、第二定子磁链矢量的增量Δfβ。
可选的，可通过如下可行的公式18获得第一定子磁链矢量fα的增量Δfα。
Δfα＝f′gcos(θ+Δθ)-fgcosθ (公式18)
其中，f′为给定磁链幅值。
可选的，可通过如下可行的公式19获得第二定子磁链矢量fβ的增量Δfβ。
Δfβ＝f′gsin(θ+Δθ)-fgsinθ (公式19)
S406：根据第一定子磁链矢量的增量、电机的极对数和第一电流确定第一分量，根据第二定子磁链矢量的增量、电机的极对数和第二电流，确定所述目标电压矢量、第一分量和第二分量。
可选的，可通过如下可行的公式20获得第一分量Uα。
Figure BDA0001848556980000143
可选的，可通过如下可行的公式21获得第二分量Uβ。
Figure BDA0001848556980000151
可选的，利用第一分量Uα和第二分量Uβ，通过矢量合成方法，来合成目标电压矢量。
在上述任一实施例的基础上，下面，对四个基本矢量U(1,0)、U(0,1)、U(0,0)、U(1,1)对逆变器进行控制时，第一电容和第二电容的充放电过程进行详细的说明，并且对通过U(1,0)、U(0,1)来合成零矢量可以抑制第一电容和第二电容间中点的电位不平衡(即第一电容和第二电容之间的电压波动)的特征做进一步的详细说明。具体的，请参见图5A、图5B、图5C、图5D图5E。
需要说明的是，图5A、图5B、图5C、图5D图5E的结构相同、包含的电器件相同，均包含直流电源51、逆变器52和三相电阻53(即电机模型的简化等效)。
可选的，第一电容简称为C1，第二电容简称为C2。
请参见图5A，图5A为本发明实施例提供的基本矢量U(0,0)对逆变器控制时，C1和C2的充放电过程示意图。U(0,0)对逆变器控制时，B桥臂的T1截止、C桥臂的T3截止，因此图5A中未示出T1和T3。U(0,0)对逆变器控制时，点P1位置和点P2位置电压值为0，当Vc1大于、等于或者小于Vc2时，点P位置电压值大于0，因此点P位置有电流流出，从而使得Vc1增大，Vc2降低。
请参见图5B，图5B为本发明实施例提供的基本矢量U(1,1)对逆变器控制时，C1和C2的充放电过程示意图。U(1,1)对逆变器控制时，B桥臂的T2截止、C桥臂的T4截止，因此图5B中未示出T2和T4。U(1,1)对逆变器控制时，点P1位置和点P2位置电压值为Vdc，当Vc1大于、等于或者小于Vc2时，点P位置电压值小于Vdc，因此点P位置有电流流入，从而使得Vc1降低，Vc2增大。
需要说明的是，在图5C、图5D和图5E中，U(0,1)对逆变器进行控制时，逆变器中B桥臂的T1截止、C桥臂的T4截止，因此，图5C、图5D和图5E中未示出T1和T4。
请参见图5C，图5C为本发明实施例提供的基本矢量U(0,1)对逆变器进行控制时，当Vc1大于Vc2时，C1和C2充放电过程示意图。U(0,1)对逆变器进行控制时，点P2位置电压值为Vdc，点P1位置电压值为0，所以点n位置电压值为Vdc/2，点P位置电压值小于Vdc/2，因此在点P位置和点P1位置有电流流入，使得Vc1降低，Vc2增大，即减弱C1和C2的电压差，从而减弱了C1和C2的电压不平衡。
请参见图5D，图5D为本发明实施例提供的基本矢量U(0,1)对逆变器进行控制时，当Vc1等于Vc2时，C1和C2充放电过程示意图。U(0,1)对逆变器进行控制时，点P位置的电压值为Vdc/2，点P1位置的电压值为0，点P2位置的电压值为Vdc，点n位置电压值为Vdc/2，因此，点P位置无电流流入或者流出，使得Vc1和Vc2保持不变，此时C1和C2的电压平衡。
请参见图5E，图5E为本发明实施例提供的基本矢量U(0,1)对逆变器进行控制时，Vc1小于Vc2时，C1和C2充放电过程示意图。U(0,1)对逆变器进行控制时，点P2位置电压值为Vdc，点P1位置电压值为0，点n位置电压值为Vdc/2，点P位置电压值大于Vdc/2，点P位置流出电流，从而使得Vc1增大，Vc2降低，即减弱C1与C2电压差，从而减R弱了C1与C2的电压不平衡。
同理，U(1,0)对逆变器进行控制时，也具有抑制C1与C2的电压不平衡有益效果。另，此处不在赘述U(1,0)对逆变器进行控制时，C1与C2的充放电过程。
在上述图5A-图5E中，以Vc1大于Vc2为例，基本矢量U(0,0)对逆变器控制时，在其作用的时间内，使得Vc1增大；基本矢量U(1,0)、U(1,1)、U(0,1)对逆变器控制时，在其作用的时间内，使得Vc1降低。
具体的，在不同的扇区中，在一个控制周期TPWM内，各基本矢量对点P位置充放的有效时间为：
第一扇区：
Figure BDA0001848556980000161
第二扇区：
Figure BDA0001848556980000162
第三扇区：
Figure BDA0001848556980000171
第四扇区：
Figure BDA0001848556980000172
由于，U(0,1)和U(1,0)对逆变器进行控制时，可以使C1与C2的电压向平衡的趋势发展。从而减小了第一电容与第二电容之间的电压波动。因此，在本发明实施例中，采用U(0,1)和U(1,0)合成零矢量，进而实现对逆变器的控制时，可以有效抑制第一电容与第二电容的电压波动的缺陷，即有效抑制第一电容与第二电容中点(点P位置)电位不平衡的程度，从而提高了逆变器的输出性能。
下面，结合图6A、图6B、图6C和图6D，通过具体示例，对上述方法实施例所示的技术方案能够产生控制信号波形图进行详细说明。请参见图6A、图6B、图6C和图6D。
在实际应用中，可选的，通过上述任一实施例所述的方法获得a相电流信号ia、b相电流信号ib、c相电流信号ic、a相电压信号Va、b相电压信号Vb和c相电压信号Vc，并将ia、ib、ic、Va、Vb和Vc依次代入公式7-公式21确定目标电压矢量的第一分量Uα和第二分量Uβ。根据获得第一分量Uα和第二分量Uβ，利用公式1确定目标电压矢量的扇区，并根据目标电压矢量对应的扇区，确定第一矢量、第二矢量和零矢量，例如，当目标电压矢量对应的扇区为第1扇区时，第一矢量为U(0,0)、第二矢量为U(1,0)、零矢量为U(1,0)或U(0,1)。
可选的，通过上述任一实施例所述的方法获得第一电容两端的第一电压Vc1、第二电容两端的第二电压Vc2、直流电源两端的第三电压Vdc，并将Vc1、Vc2和Vdc依次代入公式2-公式6，确定第一矢量的第一作用时长t′1、第二矢量的第二作用时长t′2、零矢量的第三作用时长t0。
脉宽调制器(可设置在控制信号生成单元中)根据七段式信号合成方法，在不同的扇区中，利用第一矢量、第二矢量、零矢量、第一作用时长t′1、第二作用时长t′2、第三作用时长t0调制出B桥控制信号和C桥控制信号。具体的，在不同扇区中，脉宽调制器按照零矢量、第一矢量、第二矢量、零矢量、第二矢量、第一矢量和零矢量的次序产生包含有七段时长的B桥控制信号和C桥控制信号。其中，七段时长依次为第三作用时长t0/4、第一作用时长t′1/2、第二作用时长t′2/2、第三作用时长t0/2、第二作用时长t′2/2、第一作用时长t′1/2、第三作用时长t0/4。七段时长的和等于控制周期TPWM，即t0/4+t′1/2+t′2/2+t0/2+t′2/2+t′1/2+t0/4＝TPWM。
例如，当目标电压矢量在第1扇区内时，请参见图6A。图6A为本发明实施例提供的目标电压矢量在第1扇区内时，B桥控制信号和C桥控制信号的波形图。在图(a)中零矢量U(0,1)、第一矢量U(0,0)、第二矢量为U(1,0)、零矢量U(1,0)、第二矢量U(1,0)、第一矢量U(0,0)和零矢量U(0,1)的依次作用时长为t0/4、t′1/2、t′2/2、t0/2、t′2/2、t′1/2、t0/4。
例如，当目标电压矢量在第2扇区内时，请参见图6B。图6B为本发明实施例提供的目标电压矢量在第2扇区内时，B桥控制信号和C桥控制信号的波形图。在图(b)中零矢量U(0,1)、第一矢量U(1,1)、第二矢量U(1,0)、零矢量U(1,0)、第二矢量U(1,0)、第一矢量U(1,1)和零矢量U(0,1)的依次作用时长为t0/4、t′1/2、t′2/2、t0/2、t′2/2、t′1/2、t0/4。
例如，当目标电压矢量在第3扇区内时，请参见图6C。图6C为本发明实施例提供的目标电压矢量在第3扇区内时，B桥控制信号和C桥控制信号的波形图。在图(c)中零矢量U(1,0)、第一矢量U(1,1)、第二矢量U(0,1)、零矢量U(0,1)、第二矢量U(0,1)、第一矢量U(1,1)和零矢量U(1,0)的依次作用时长为t0/4、t′1/2、t′2/2、t0/2、t′2/2、t′1/2、t0/4。
例如，当目标电压矢量在第4扇区内时，请参见图6D。图6D为本发明实施例提供的目标电压矢量在第4扇区内时，B桥控制信号和C桥控制信号的波形图。在图(d)中零矢量U(1,0)、第一矢量U(0,0)、第二矢量U(0,1)、零矢量U(0,1)、第二矢量U(0,1)、第一矢量U(0,0)和零矢量U(1,0)的依次作用时长为t0/4、t′1/2、t′2/2、t0/2、t′2/2、t′1/2、t0/4。
图7为本发明实时例提供的逆变器的控制装置示意图。请参见图7，该逆变器的控制装置包括第一确定模块71、第二确定模块72、第三确定模块73和生成模块74，其中，
所述第一确定模块71用于，根据所述逆变器驱动的电机的三相电流信号和三相电压信号，确定目标电压矢量的第一分量和第二分量；
所述第二确定模块72用于，根据所述第一分量和所述第二分量，确定第一矢量和第二矢量；
第三确定模块73用于，根据所述第一电容两端的第一电压、所述第二电容两端的第二电压、所述直流电源两端的第三电压、所述第一分量和所述第二分量，确定所述第一矢量的第一作用时长、所述第二矢量的第二作用时长、以及零矢量的第三作用时长，所述零矢量包括U(1,0)和U(0,1)；
生成模块74用于，根据所述第一矢量、所述第二矢量、所述零矢量、所述第一作用时长、所述第二作用时长和所述第三作用时长，生成控制信号，所述控制信号用于控制所述逆变器中IGBT的导通和截止。
本发明实施例提供的逆变器的控制装置可以执行上述方法实施例所示的技术方案，其实现原理以及有益效果类似，此处不再进行赘述。
在一种可能的实施方式中，所述第一确定模块71具体用于：
根据所述三相电流信号和所述三相电压信号，确定所述电机的定子磁链矢量的分量；
根据所述电机的极对数和所述定子磁链矢量的分量，确定所述电机的电磁转矩；
根据所述定子磁链矢量的分量、所述电磁转矩、所述电机的转速和给定转速，确定所述第一分量和所述第二分量。
在一种可能的实施方式中，第二确定模块72具体用于：
根据所述第一分量和所述第二分量，确定所述目标电压矢量对应扇区；
根据所述目标电压矢量对应的扇区，确定所述第一矢量和第二矢量。
在一种可能的实施方式中，所述第三确定模块73具体用于：
根据所述第一电容两端的第一电压、所述第二电容两端的第二电压、所述直流电源两端的第三电压、所述第一分量和所述第二分量，确定所述第一作用时长和所述第二作用时长；
根据控制周期、所述第一作用时长和所述第二作用时长，确定所述第三作用时长。
在一种可能的实施方式中，所述第三确定模块73具体用于：
根据所述第一分量和所述第二分量，确定所述目标电压矢量对应扇区；
根据所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压、所述第一分量、所述第二分量、所述目标电压矢量对应扇区和控制周期，确定所述第一作用时长和所述第二作用时长。
本发明实施例提供的逆变器的控制装置可以执行上述方法实施例所示的技术方案，其实现原理以及有益效果类似，此处不再进行赘述。
本发明实施例提供一种逆变器的控制装置，包括：处理器，所述处理器与存储器耦合；
所述存储器用于，存储计算机程序；
所述处理器用于，执行所述存储器中存储的计算机程序，以使得所述逆变器的控制装置执行上述任意方法实施例所述的方法。
本发明实施例提供一种可读存储介质，包括程序或指令，当所述程序或指令在逆变器的控制装置上运行时，如上述任意方法实施例所述的方法被执行。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各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中的可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁盘和光碟等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明实施例进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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实施例方案的范围。

Claims (10)

1.一种逆变器的控制方法，其特征在于，所述逆变器包括第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容是两个相同的电容，所述第一电容和所述第二电容串联，所述第一电容和所述第二电容并联在直流电源两端，所述方法包括：
根据所述逆变器驱动电机的三相电流信号和三相电压信号，确定目标电压矢量的第一分量和第二分量；
根据所述第一分量和所述第二分量确定第一矢量和第二矢量；
根据所述第一电容两端的第一电压、所述第二电容两端的第二电压、所述直流电源两端的第三电压、所述第一分量和所述第二分量，确定所述第一矢量的第一作用时长、所述第二矢量的第二作用时长、以及零矢量的第三作用时长，所述零矢量包括U(1,0)和U(0,1)；
根据所述第一矢量、所述第二矢量、所述零矢量、所述第一作用时长、所述第二作用时长和所述第三作用时长，生成控制信号，所述控制信号用于控制所述逆变器中IGBT的导通和截止，所述控制信号中的所述零矢量可以抑制所述第一电容和所述第二电容的电压不平衡。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述逆变器驱动电机的三相电流信号和三相电压信号，确定目标电压矢量的第一分量和第二分量，包括：
根据所述三相电流信号和所述三相电压信号，确定所述电机的定子磁链矢量的分量；
根据所述电机的极对数和所述定子磁链矢量的分量，确定所述电机的电磁转矩；
根据所述定子磁链矢量的分量、所述电磁转矩、所述电机的转速和给定转速，确定所述目标电压矢量、所述第一分量和所述第二分量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一分量和所述第二分量确定第一矢量和第二矢量，包括：
根据所述第一分量和所述第二分量，确定所述目标电压矢量对应扇区；
根据所述目标电压矢量对应的扇区，确定所述第一矢量和第二矢量。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一电容两端的第一电压、所述第二电容两端的第二电压、所述直流电源两端的第三电压、所述第一分量和所述第二分量，确定所述第一矢量的第一作用时长、所述第二矢量的第二作用时长、以及零矢量的第三作用时长，包括：
根据所述第一电容两端的第一电压、所述第二电容两端的第二电压、所述直流电源两端的第三电压、所述第一分量和所述第二分量，确定所述第一作用时长和所述第二作用时长；
根据控制周期、所述第一作用时长和所述第二作用时长，确定所述第三作用时长。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一电容两端的第一电压、所述第二电容两端的第二电压、所述直流电源两端的第三电压、所述第一分量和所述第二分量，确定所述第一作用时长和所述第二作用时长，包括：
根据所述第一分量和所述第二分量，确定所述目标电压矢量对应扇区；
根据所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压、所述第一分量、所述第二分量、所述目标电压矢量对应扇区和控制周期，确定所述第一作用时长和所述第二作用时长。
6.一种逆变器的控制装置，其特征在于，所述逆变器的控制装置包括第一确定模块、第二确定模块、第三确定模块和生成模块，其中，
所述第一确定模块用于，根据所述逆变器驱动的电机的三相电流信号和三相电压信号，确定目标电压矢量的第一分量和第二分量；
所述第二确定模块用于，根据所述第一分量和所述第二分量，确定第一矢量和第二矢量；
第三确定模块用于，根据所述第一电容两端的第一电压、所述第二电容两端的第二电压、所述直流电源两端的第三电压、所述第一分量和所述第二分量，确定所述第一矢量的第一作用时长、所述第二矢量的第二作用时长、以及零矢量的第三作用时长，所述零矢量包括U(1,0)和U(0,1)；
生成模块用于，根据所述第一矢量、所述第二矢量、所述零矢量、所述第一作用时长、所述第二作用时长和所述第三作用时长，生成控制信号，所述控制信号用于控制所述逆变器中IGBT的导通和截止。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块具体用于：
根据所述三相电流信号和所述三相电压信号，确定所述电机的定子磁链矢量的分量；
根据所述电机的极对数和所述定子磁链矢量的分量，确定所述电机的电磁转矩；
根据所述定子磁链矢量的分量、所述电磁转矩、所述电机的转速和给定转速，确定所述目标电压矢量、所述第一分量和所述第二分量。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，第二确定模块具体用于：
根据所述第一分量和所述第二分量，确定所述目标电压矢量对应扇区；
根据所述目标电压矢量对应的扇区，确定所述第一矢量和第二矢量。
9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述第三确定模块具体用于：
根据所述第一电容两端的第一电压、所述第二电容两端的第二电压、所述直流电源两端的第三电压、所述第一分量和所述第二分量，确定所述第一作用时长和所述第二作用时长；
根据控制周期、所述第一作用时长和所述第二作用时长，确定所述第三作用时长。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第三确定模块具体用于：
根据所述第一分量和所述第二分量，确定所述目标电压矢量对应扇区；
根据所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压、所述第一分量、所述第二分量、所述目标电压矢量对应扇区和控制周期，确定所述第一作用时长和所述第二作用时长。
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