CN112491291B - 一种并网逆变电路的开关控制方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并网逆变电路的开关控制方法，包括：确定并网逆变电路中用于反映第一开关管的电压状态的参考对象，并确定参考对象对应的目标状态量；判断并网逆变电路是否进入谐振状态；如果进入谐振状态，判断参考对象的当前状态量是否等于目标状态量；如果等于目标状态量，控制第一开关管开通。从而通过在开关管低电压甚至零电压的情况下进行开通，从而有效地降低了由于第一开关管开通造成的功率损耗。此外，本发明所提供的一种并网逆变电路的开关控制装置、设备及存储介质与上述方法对应，具有同样的有益效果。

Description

一种并网逆变电路的开关控制方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及逆变技术控制领域，特别是涉及一种并网逆变电路的开关控制方法、装置、设备及介质。

背景技术

随着科技的快速发展，并网逆变器被广泛应用于各个领域。常采用的并网逆变电路通常由4个开关管组成，通过开关管的高频开关产生高频电流，并经过滤波电路以后形成工频交流电。但是，开关管在开通和关断的过程中会产生功耗损失，且损失的功耗与开关管的电流和电压成正比。

目前，在并网逆变器的应用领域中，通常采用逆变电路中的开关管在接近零电流状态下对其进行开通，从而使功耗损失变小。但是，采用现有技术中的方法由于开关管接近零电流状态下，其电压值正常。所以在开通过程中依旧会产生较大的功耗损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种并网逆变电路的开关控制方法、装置、设备及介质，以实现在电流值为零，电压值较低的状态下控制第一开关管开通，从而有效地降低由于第一开关管开通造成的功率损耗。

为解决上述技术问题，本发明提供一种并网逆变电路的开关控制方法，包括：

确定并网逆变电路中用于反映第一开关管的电压状态的参考对象，并确定所述参考对象对应的目标状态量；

判断所述并网逆变电路是否进入谐振状态；

如果进入所述谐振状态，判断所述参考对象的当前状态量是否等于所述目标状态量；

如果等于所述目标状态量，控制所述第一开关管开通。

优选地，所述参考对象具体为与所述第一开关管同桥臂的第二开关管；所述目标状态量具体为所述第二开关管在所述谐振状态下的电压峰值。

优选地，所述判断所述参考对象的当前状态量是否等于所述目标状态量具体为：

判断所述当前状态量是否第N次等于所述目标状态量，N为大于1的正整数；如果是，则表示所述当前状态量等于所述目标状态量。

优选地，所述第一开关管具体为高频开关管。

优选地，所述第一开关管具体为金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种并网逆变电路的开关控制装置，包括：

确定模块，用于确定并网逆变电路中用于反映第一开关管的电压状态的参考对象，并确定所述参考对象对应的目标状态量；

第一判断模块，用于判断所述并网逆变电路是否进入谐振状态，如果是，则进入第二判断模块；

第二判断模块，用于判断所述参考对象的当前状态量是否等于所述目标状态量；

控制模块，用于控制所述第一开关管开通。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种并网逆变电路的开关控制设备，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上述任一项所述的并网逆变电路的开关控制方法的步骤。

为解决上述技术问题，本发明还提供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述任一项所述的并网逆变电路的开关控制方法的步骤。

本发明所提供的一种并网逆变电路的开关控制方法，首先确定并网逆变电路中用于反映第一开关管的电压状态的参考对象，并确定参考对象对应的目标状态量；当并网逆变电路进入谐振状态后，保证了第一开关管的电流值为零，电压值的状态按照谐振规律变化；当参考对象的当前状态量等于目标状态量时，则可反映出第一开关管的电压值此时处于低电压值范围中，此时控制第一开关管开通，从而有效地降低了由于第一开关管开通造成的功率损耗。

此外，本发明所提供的一种并网逆变电路的开关控制装置、设备及存储介质与上述方法对应，具有同样的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为一种并网逆变电路的结构图；

图2为一种并网逆变电路中第一开关管电压、第二开关管电压及第一电感电流的波形图；

图3为本发明实施例提供的一种并网逆变电路的开关控制方法的流程图；

图4为另一种并网逆变电路中第一开关管电压、第二开关管电压及第一电感电流的波形图；

图5为另一种并网逆变电路中第一开关管电压、第二开关管电压及第一电感电流的波形图；

图6为本发明实施例提供的一种并网逆变电路的开关控制装置的结构图；

图7为本发明实施例提供的一种并网逆变电路的开关控制设备的结构图。

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，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种并网逆变电路的开关控制方法、装置、设备及介质，以实现在电流值为零，电压值较低的状态下控制第一开关管开通，从而有效地降低由于第一开关管开通造成的功率损耗。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为一种并网逆变电路的结构图，本发明提供的并网逆变电路的开关控制方法应用在该电路中，该并网逆变电路包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3及第四开关管Q4，第一开关管Q1与第二开关管Q2的连接点，通过第一电感L1与电网一端相连，第三开关管Q3和第四开关管Q4的连接点，通过第二电感L2与电网另一端相连；还包括第一体电容C1、第二体电容C2、第三体电容C3、第四体电容C4、第一体二极管D1、第二体二极管D2、第三体二极管D3、第四体二极管D4及第一输出电容Co1和第二输出电容Co2。

在一个实施例中，第一开关管Q1和第三开关管Q3具体为高频开关管，第二开关管Q2和第四开关管Q4可以采用高频开关管，也可以采用工频开关管。第一开关管Q1具体为金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。当第二开关管Q2和第四开关管Q4为高频开关管时，在电网电压正半周期内，第一开关管Q1和第四开关管Q4通过激磁第一电感L1和第二电感L2产生正电流；在电网电压负半周期内，第二开关管Q2和第三开关管Q3通过激磁第一电感L1和第二电感L2产生负电流。当第二开关管Q2和第四开关管Q4为工频开关管时，在电网电压正半周期内，第一开关管Q1通过激磁第一电感L1产生正电流，第四开关管Q4用于形成并网电流回路；在电网电压正半周期内，第三开关管Q3通过激磁第二电感L2产生负电流，第二开关管Q2用于形成并网电流回路。电感电流产生的方法可参见现有技术，本发明不再赘述。

图2为一种并网逆变电路中第一开关管电压、第二开关管电压及第一电感电流的波形图；如图2所示，时间段Ton开始时，第一开关管开通，此时第二体电容被母线电压钳位，所以第二体电容电压为Ve；时间段Ton结束时断开第一开关管。时间段Toff1开始时，第二开关管的第二体二极管续流，第二体电容的电压为零，当第一电感的电流续流到零时，第一输出电容被电网电压钳位，同时使得第一电感的电流反向，给第二体电容充电，当第一电感的电流达到最大值时，第二体电容的电压上升速度最快，当第一电感的电流减小为零时，此时第二体电容的电压达到最大值。随后，第一电感的电流开始正向增大，第一电感的电流此时等同于第二体电容的输出电流，第一电感的电流达到正向最大值时，第二体电容的电压下降最快，此后第一电感的电流开始减小，同时第二体电容的电压下降。按照上述规律如此谐振反复，谐振周期如图2所示为Treson。可以理解地，上述仅以第一开关管和第二开关管为例说明了谐振的过程，本领域技术人员可知，对于第三开关管和第四开关管或其他逆变电路中的开关管同样可实现谐振过程。

根据上述分析可知，在第二体电容有谐振电压时开通第一开关管，此时第一开关管的电流值是零，第一开关管的电压值小于非谐振状态时的电压值，因此，产生较小的功耗损失。并且，在第二体电容的谐振电压接近峰值的时候开通第一开关管，此时第一开关管的电流值为零，同时电压值也是最接近零的状态，因此产生的功耗损失最小。

图3为本发明实施例提供的一种并网逆变电路的开关控制方法的流程图；如图3所示，本发明实施例提供的一种并网逆变电路的开关控制方法，包括步骤S101-步骤S104：

步骤S101：确定并网逆变电路中用于反映第一开关管的电压状态的参考对象，并确定参考对象对应的目标状态量；

需要说明的是，此处第一开关管为并网逆变电路中的任一开关管，称为第一开关管以从名称上进行区分，便于后续说明。在具体实施中，根据图1所示的并网逆变电路确定出用于反映第一开关管的电压状态的参考对象，根据参考对象与第一开关管的电路关系，从而能确定出第一开关管的电压状态；通过确定参考对象对应的目标状态量，从而得到第一开关管的目标电压值。当参考对象达到该目标状态量时，说明第一开关管的当前电压值为目标电压值。需要说明的是，上述的参考对象为并网逆变电路中的器件，参考对象的状态量即为该参考对象的电流值、电压值、或电感值等参量，具体需要根据参考对象与第一开关管的电路关系确定。目标状态量用于表示确定的状态量的值。

通过并网逆变电路中的电路关系可知，在谐振状态中第二开关管的电压值等同于第二体电容的电压值。在一个实施例中，确定的参考对象为与第一开关管同桥臂的第二开关管。具体地，并网逆变电路中各器件进入谐振周期后，均处于谐振状态。当第一电感的电流值接近零时，第二体电容和第二开关管的电压值为峰值，相应的第一开关管的电压值接近于零。因此，可通过第二开关管的电压值的变化情况反映第一开关管的电压值的变化情况。

需要说明的是，本领域技术人员可根据实际情况确定参考对象，例如确定参考对象为第二电容、第一电感等，能够用于反映第一开关管的电压状态即可，本实施例并不对此作限定。

在一个实施例中，当参考对象确定为第二开关管时，确定的目标状态量为第二开关管在谐振状态下的电压峰值。可以理解地，并网逆变电路谐振状态下，当第一电感电流值接近零时，第二体电容和第二开关管的电压值为峰值，相应的第一开关管此时的电压值接近于零，因此，在第二开关管达到电压峰值时开通第一开关管，第一开关管的电流值为零，电压值也接近于零，产生最小的功耗，大大减少了功耗损失。根据确定好的并网逆变电路中的电路关系，可确定出第二开关管的电压峰值，具体方法可参见现有技术，本发明不再赘述。

需要说明的是，本领域技术人员可根据实际应用场景确定对应的目标状态量的数值。以参考对象为第二开关管为例，如图2所示，第二开关管的电压值在谐振状态下呈波形，电压值升高时，第一开关管的电压值对应的为降低状态且小于非谐振状态时的电压值，此时第一开关管的电流值为零。由此可见，在谐振状态下开通第一开关管产生的功耗损失小于非谐振状态下的功耗损失。因此，参考对象为第二开关管时，目标状态量可确定为电压值为1V，也可以确定为电压峰值，本领域技术人员可根据具体要求进行确定。

步骤S102：判断并网逆变电路是否进入谐振状态；如果进入谐振状态，则进入步骤S103；

步骤S103：判断参考对象的当前状态量是否等于目标状态量；如果等于所述目标状态量，则进入步骤S104；

步骤S104：控制第一开关管开通。

在一个实施例中，先判断并网逆变电路是否进入谐振状态；具体地，可根据并网逆变电路中的各器件的电压值或电流值进行判断。例如，获得的第二开关管的电压值呈波形趋势，则可确定为并网逆变电路进入谐振状态。本领域技术人员可根据实际应用情况确定判断的方法，本实施例并不作限定。当并网逆变电路进入谐振状态时，则进入步骤S103。

在一个实施例中，判断参考对象的当前状态量是否等于目标状态量，如果等于目标状态量，则说明第一开关管的当前电压值满足功率损耗的要求。例如，确定目标状态量为第二开关管的电压峰值，当第二开关管的当前电压值等于电压峰值，则当前的第一开关管的电压值接近于0，说明此时开通第一开关管，产生最小的功耗损失，则应相应控制第一开关管开通。图4为另一种并网逆变电路中第一开关管电压、第二开关管电压及第一电感电流的波形图，如图4所示，Toff2时间段结束的时刻，第二开关管的电压值达到峰值，在该时刻控制第一开关管开通，开关周期为：

T＝Ton+Toff1+Toff2＝Ton+Toff1+1/2*Treson

本发明所提供的一种并网逆变电路的开关控制方法，首先确定并网逆变电路中用于反映第一开关管的电压状态的参考对象，并确定参考对象对应的目标状态量；当并网逆变电路进入谐振状态后，保证了第一开关管的电流值为零，电压值的状态按照谐振规律变化；当参考对象的当前状态量等于目标状态量时，则可反映出第一开关管的电压值此时处于低电压值范围中，此时控制第一开关管开通，从而有效地降低了由于第一开关管开通造成的功率损耗。

在一个实施例中，判断参考对象的当前状态量是否等于目标状态量具体为：

判断当前状态量是否第N次等于目标状态量，N为大于1的正整数；如果是，则表示当前状态量等于目标状态量。

具体地，可以在第二开关管的第N个电压峰值处开通第一开关管。图5为另一种并网逆变电路中第一开关管电压、第二开关管电压及第一电感电流的波形图；如图5所示，在第二开关管第二次到达谐振电压峰值时开通第一开关管，则开关周期为：

T＝Ton+Toff1+Toff2＝Ton+Toff1+(1+1/2)*Treson

由此可见，在第二开关管第二次到达谐振电压峰值时开通第一开关管产生的开关周期大于在第一次到达谐振电压峰值时开通第一开关管产生的开关周期。在整个电网周期中，由于周期总时长固定，因此在第二开关管的第N个电压峰值处开通第一开关管可降低开关频率，减少了开关的次数，从而进一步地减少了功耗损失。可以理解地，本领域技术人员可根据实际情况确定N的取值，本实施例并不作限定。

需要说明的是，当确定目标状态量为电网电压高相位时，可直接在第二开关管第一次到达电压峰值时开通第一开关管。从而避免由于谐振过程的衰减导致第N次的谐振电压峰值小于确定好的目标状态量。当确定目标状态量为电网电压低相位时，可在第二开关管的第N个电压峰值处开通第一开关管，以实现低频控制及减少开关次数。

图6为本发明实施例提供的一种并网逆变电路的开关控制装置的结构图；如图6所示，本发明实施例提供的一种并网逆变电路的开关控制装置，包括：

确定模块10，用于确定并网逆变电路中用于反映第一开关管的电压状态的参考对象，并确定参考对象对应的目标状态量；

第一判断模块11，用于判断并网逆变电路是否进入谐振状态，如果进入谐振状态，则进入第二判断模块12；

第二判断模块12，用于判断参考对象的当前状态量是否等于目标状态量；

控制模块13，用于控制第一开关管开通。

由于本部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此本部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。本发明所提供的一种并网逆变电路的开关控制装置，有益效果与提供的一种并网逆变电路的开关控制方法的有益效果相同。

本发明所提供的一种并网逆变电路的开关控制装置，首先确定并网逆变电路中用于反映第一开关管的电压状态的参考对象，并确定参考对象对应的目标状态量；当并网逆变电路进入谐振状态后，保证了第一开关管的电流值为零，电压值的状态按照谐振规律变化；当参考对象的当前状态量等于目标状态量时，则可反映出第一开关管的电压值此时处于低电压值范围中，此时控制第一开关管开通，从而有效地降低了由于第一开关管开通造成的功率损耗。

图7为本发明实施例提供的一种并网逆变电路的开关控制设备的结构图。如图7所示，本发明实施例提供的一种并网逆变电路的开关控制设备，包括存储器20，用于存储计算机程序；

处理器21，用于执行计算机程序时实现如上述任一项的并网逆变电路的开关控制方法的步骤。

其中，处理器21可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器21可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器21也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器21可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器21还可以包括AI(Artificial Intelligence，人工智能)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。

存储器20可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器20还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器20至少用于存储以下计算机程序201，其中，该计算机程序被处理器21加载并执行之后，能够实现前述任一实施例公开的并网逆变电路的开关控制方法中的相关步骤。另外，存储器20所存储的资源还可以包括操作系统202和数据203等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统202可以包括Windows、Unix、Linux等。

在一些实施例中，服务器还可包括有输入输出接口22、通信接口23、电源24以及通信总线25。

本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构并不构成对并网逆变电路的开关控制设备的限定，可以包括比图示更多或更少的组件。

由于本部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此本部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。在本发明的一些实施例中，处理器和存储器可通过总线或其它方式连接。

本发明所提供的一种并网逆变电路的开关控制设备，实现以下方法：首先确定并网逆变电路中用于反映第一开关管的电压状态的参考对象，并确定参考对象对应的目标状态量；当并网逆变电路进入谐振状态后，保证了第一开关管的电流值为零，电压值的状态按照谐振规律变化；当参考对象的当前状态量等于目标状态量时，则可反映出第一开关管的电压值此时处于低电压值范围中，此时控制第一开关管开通，从而有效地降低了由于第一开关管开通造成的功率损耗。

最后，本发明还提供一种计算机可读存储介质对应的实施例。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上述方法实施例中记载的步骤。

可以理解的是，如果上述实施例中的方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上对本发明所提供的一种并网逆变电路的开关控制方法、装置、设备及介质进行了详细介绍。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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，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。

Claims (6)

1.一种并网逆变电路的开关控制方法，其特征在于，包括：

确定并网逆变电路中用于反映第一开关管的电压状态的参考对象，并确定所述参考对象对应的目标状态量；

判断所述并网逆变电路是否进入谐振状态；

如果进入所述谐振状态，判断所述参考对象的当前状态量是否等于所述目标状态量；

如果等于所述目标状态量，控制所述第一开关管开通；

其中，所述参考对象具体为与所述第一开关管同桥臂的第二开关管；所述目标状态量具体为所述第二开关管在所述谐振状态下的电压峰值，当所述第二开关管在所述谐振状态下的电压峰值时，控制所述第一开关管开通；

其中，所述判断所述参考对象的当前状态量是否等于所述目标状态量具体为：

判断所述当前状态量是否第N次等于所述目标状态量，N为大于1的正整数；如果是，则表示所述当前状态量等于所述目标状态量。

2.根据权利要求1所述的并网逆变电路的开关控制方法，其特征在于，所述第一开关管具体为高频开关管。

3.根据权利要求1所述的并网逆变电路的开关控制方法，其特征在于，所述第一开关管具体为金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。

4.一种并网逆变电路的开关控制装置，其特征在于，包括：

确定模块，用于确定并网逆变电路中用于反映第一开关管的电压状态的参考对象，并确定所述参考对象对应的目标状态量；

第一判断模块，用于判断所述并网逆变电路是否进入谐振状态，如果进入谐振状态，则进入第二判断模块；

第二判断模块，用于判断所述参考对象的当前状态量是否等于所述目标状态量；

控制模块，用于控制所述第一开关管开通；

其中，所述参考对象具体为与所述第一开关管同桥臂的第二开关管；所述目标状态量具体为所述第二开关管在所述谐振状态下的电压峰值，当所述第二开关管在所述谐振状态下的电压峰值时，控制所述第一开关管开通；

其中，所述判断所述参考对象的当前状态量是否等于所述目标状态量具体为：

判断所述当前状态量是否第N次等于所述目标状态量，N为大于1的正整数；如果是，则表示所述当前状态量等于所述目标状态量。

5.一种并网逆变电路的开关控制设备，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任一项所述的并网逆变电路的开关控制方法的步骤。

6.一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任一项所述的并网逆变电路的开关控制方法的步骤。

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