CN114915196A - Npc-i型三电平母线中点平衡系统、方法、电子设备及介质 - Google Patents

Npc-i型三电平母线中点平衡系统、方法、电子设备及介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种NPC‑I型三电平母线中点平衡系统、方法、电子设备及介质，NPC‑I型三电平母线中点平衡方法包括：采集NPC‑I型三电平的电流信息；采集NPC‑I型三电平的电压信息，其中，所述电压信息包括上半母线电压和下半母线电压；基于所述电流信息判断电流方向；基于所述电压信息判断所述NPC‑I型三电平母线的工作状态；基于所述电流方向和所述母线的工作状态控制驱动器分别驱动NPC‑I型三电平的三个桥臂的半导体开关，实现NPC‑I型三电平母线中点平衡。该NPC‑I型三电平母线中点平衡方法改善了现有技术中NPC‑I型三电平母线中点平衡控制复杂的问题。

Description

NPC-I型三电平母线中点平衡系统、方法、电子设备及介质
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种NPC-I型三电平母线中点平衡系统、方法、电子设备及介质。
背景技术
三相NPC-I型三电平的每相由4个全控器件和两个被动换流钳位二极管组成，NPC-I型三电平的显著好处是每个器件只承受半母线电压，因此可以应用于电压较高的场合。
由于负载因素(功率因数，电流大小)，以及各个功率器件参数总会有些差异(比如开通关断延时，上升下降时间，饱和压降，二极管换流时间)等因素，母线电压的上半部分和下半部分是波动的，当波动太大的时候，会影响器件的耐压，造成安全隐患，太大的波动有可能产生正反馈效应，更加加剧半母线的波动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种NPC-I型三电平母线中点平衡系统、方法、电子设备及介质，该NPC-I型三电平母线中点平衡方法能够解决现有技术中NPC-I型三电平母线中点平衡控制复杂的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明实施例提供一种NPC-I型三电平母线中点平衡方法，所述方法具体包括：
采集NPC-I型三电平的电流信息；
采集NPC-I型三电平的电压信息，其中，所述电压信息包括上半母线电压和下半母线电压；
基于所述电流信息判断电流方向；
基于所述电压信息判断所述NPC-I型三电平母线的工作状态；
基于所述电流方向和所述母线的工作状态控制驱动器分别驱动NPC-I型三电平的三个桥臂的半导体开关，实现NPC-I型三电平母线中点平衡。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步地，所述基于所述电流信息判断电流方向，包括：
设置一定的鉴别阈值，其中所述鉴别阈值包括第一阈值和第二阈值；
通过电流采样检测模块的采样值得到电流信息；
基于所述电流信息判断电流方向，当采样值大于所述第一阈值时，电流方向为正方向；当采样值小于第二阈值时，电流方向为负方向；当采样值在第一阈值和第二阈值之间时，电流信息不参与母线中点调节功能。
进一步地，所述基于所述电流方向和所述母线的工作状态控制驱动器分别驱动NPC-I型三电平的三个桥臂的半导体开关，实现NPC-I型三电平母线中点平衡，包括：
通过所述控制器判断上半母线电压和下半母线电压是否平衡，当所述上半母线电压和所述下半母线电压不平衡时，基于所述电流方向，调节半导体开关控制上半母线和下半母线的放电过程，实现NPC-I型三电平母线中点平衡。
进一步地，所述基于所述电流方向和所述母线的工作状态控制驱动器分别驱动NPC-I型三电平的三个桥臂的半导体开关，实现NPC-I型三电平母线中点平衡，包括：
基于所述上半母线电压和下半母线电压计算上半母线电压和下半母线电压的不平衡度；
基于所述不平衡度的大小设置半导体开关的调整时间。
一种NPC-I型三电平母线中点平衡系统，包括：
电流采样检测模块，用于采集NPC-I型三电平的电流信息；
电压采样检测模块，用于采集NPC-I型三电平的电压信息，其中，所述电压信息包括上半母线电压和下半母线电压；
控制器，用于基于所述电流信息判断电流方向，基于所述电压信息判断所述NPC-I型三电平母线的工作状态；
驱动器，用于分别驱动NPC-I型三电平的三个桥臂的半导体开关，实现NPC-I型三电平母线中点平衡。
进一步地，所述控制器还用于：
设置一定的鉴别阈值，其中所述鉴别阈值包括第一阈值和第二阈值；
通过电流采样检测模块的采样值得到电流信息；
基于所述电流信息判断电流方向，当采样值大于所述第一阈值时，电流方向为正方向；当采样值小于第二阈值时，电流方向为负方向；当采样值在第一阈值和第二阈值之间时，电流信息不参与母线中点调节功能。
进一步地，所述控制器还用于：
判断上半母线电压和下半母线电压是否平衡，当所述上半母线电压和所述下半母线电压不平衡时，基于所述电流方向，调节半导体开关控制上半母线和下半母线的放电过程，实现NPC-I型三电平母线中点平衡。
进一步地，所述控制器还用于：
基于所述上半母线电压和下半母线电压计算上半母线电压和下半母线电压的不平衡度；
基于所述不平衡度的大小设置半导体开关的调整时间。
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如所述方法的步骤。
一种非暂态计算机可读介质，其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所述方法的步骤。
本发明具有如下优点：
本发明中的NPC-I型三电平母线中点平衡方法，采集NPC-I型三电平的电流信息；采集NPC-I型三电平的电压信息，其中，所述电压信息包括上半母线电压和下半母线电压；基于所述电流信息判断电流方向；基于所述电压信息判断所述NPC-I型三电平母线的工作状态；基于所述电流方向和所述母线的工作状态控制驱动器分别驱动NPC-I型三电平的三个桥臂的半导体开关，实现NPC-I型三电平母线中点平衡；解决了现有技术中NPC-I型三电平母线中点平衡控制复杂的问题。
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为本发明NPC-I型三电平母线中点平衡方法的流程图；
图2为本发明NPC-I型三电平母线中点平衡系统的框图；
图3为本发明NPC-I型三电平的主拓扑图；
图4为本发明NPC-I型三电平外管内管示意图；
图5为本发明NPC-I型三电平的电流方向示意图；
图6为本发明NPC-I型三电平的电流方向示意图；
图7为本发明提供的电子设备实体结构示意图。
附图标记说明
电流采样检测模块10，电压采样检测模块20，控制器30，驱动器40，电子设备50，处理器501，存储器502，总线503。
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。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本发明NPC-I型三电平母线中点平衡方法实施例流程图，如图1所示，本发明实施例提供的一种NPC-I型三电平母线中点平衡方法包括以下步骤：
S101，采集NPC-I型三电平的电流信息；
具体的，通过电流采样监测模块采集NPC-I型三电平的电流信息。
S102，采集NPC-I型三电平的电压信息；
具体的，其中，所述电压信息包括上半母线电压和下半母线电压。
S103，基于电流信息判断电流方向；
具体的，设置一定的鉴别阈值，其中所述鉴别阈值包括第一阈值和第二阈值；
通过电流采样检测模块的采样值得到电流信息；
基于所述电流信息判断电流方向，当采样值大于所述第一阈值时，电流方向为正方向；当采样值小于第二阈值时，电流方向为负方向；当采样值在第一阈值和第二阈值之间时，电流信息不参与母线中点调节功能。
电流传输到控制器30以后，由于电流采样会存在一定的零漂，因此需要针对每一路的电流采样硬件电路进行零漂补偿，假设补偿的量是Z。例如电流采样检测模块10的采样量程是12位AD，满量程是4095，那么理想情况下2048代表电流的0点，零漂补偿后的零点是2048+Z。但是由于零漂，干扰，元器件的非线性等客观的存在，因此需要设定一定的鉴别阈值，选择一个值：X。
当采样值>第一阈值(2048+Z+X)时认为电流方向是正方向，当采样值<第二阈值(2048+Z-X)时认为电流方向是负方向。这是为了可靠的鉴别电流的方向，当然X取值多少跟实际情况相关，X越大,电流方向信息越可靠，但系统调节能力下降；X越小，系统调节能力越强，但是电流方向信息可能会出现错误，影响系统可靠性。
即便进行零漂补偿，也需要考虑温度、气压、震动、电磁干扰等因素并需要对X留有一定的余量，以保证系统电流方向的可靠。
S104，基于电压信息判断NPC-I型三电平母线的工作状态；
具体的，如图3-6所示，以U相为例，T1,T4称为外管，T2,T3称为内管，T1,T2组成U相的上桥臂，T3,T4组成U相的下桥臂。当U相输出正电平时，先开通T2，T2可靠开通一段时间后，再开通T1。这是因为如果T1先于T2开通，T2有可能承受全部的母线电压(Udc+—Udc-)，会损坏器件。因此每个桥臂开通的时候要遵循：开通时：先开内管，再开外管；关断时：先关外管，再关内管的开通关断原则。如下图所示：
那么当内管开通，外管没开通的这段时间内(Tdon，Tdoff)，电流不经过外管。
当电流方向向外流出时，Tdon，Tdoff这段时间，电流从Udc0流出，下半母线电压降低。
当电流方向向内流入时，Tdon，Tdoff这段时间，电流流向Udc0，下半母线电压升高。
根据以上的特性，当上下半母线电压不平衡时，可以根据电流方向，采取调节Tdon，Tdoff的时间来控制半母线的充放电过程。
S105，基于电流方向和母线的工作状态控制驱动器分别驱动NPC-I型三电平的三个桥臂的半导体开关，实现NPC-I型三电平母线中点平衡；
具体的，通过所述控制器30判断上半母线电压和下半母线电压是否平衡，当所述上半母线电压和所述下半母线电压不平衡时，基于所述电流方向，调节半导体开关控制上半母线和下半母线的放电过程，实现NPC-I型三电平母线中点平衡。
基于所述上半母线电压和下半母线电压计算上半母线电压和下半母线电压的不平衡度；
基于所述不平衡度的大小设置半导体开关的调整时间。
控制器30检测母线电压信息，包含上半母线和下半母线，根据当前电流方向，当前母线状态，通过前面提到的原理，调节上下桥臂的Tdon和Tdoff，可实现对上下半母线的平衡控制。
实际应用中可通过一相来控制，也可三相都参与控制。可Tdon，Tdoff都调节，也可选择其中的一个来调节。
具体Tdon，Tdoff时间调节多少，可以设置一个固定值；可以根据不平衡度的大小来调节；可以根据不平衡度的大小和电流大小来调节，当不平衡度大的时候，don，Tdoff时间调节可以多一些，不平衡度小的时候，可以调节小一些。甚至可以根据参数模型比如母线电容大小，电流大小，不平衡度等做P I D调节。
当然调节Tdon，Tdoff会对输出波形造成影响，实际应用中要根据实际情况来具体设计调节策略。
图2为本发明NPC-I型三电平母线中点平衡系统实施例流程图；如图2所示，本发明实施例提供的一种NPC-I型三电平母线中点平衡系统，包括以下步骤：
电流采样检测模块10，用于采集NPC-I型三电平的电流信息；
电压采样检测模块20，用于采集NPC-I型三电平的电压信息，其中，所述电压信息包括上半母线电压和下半母线电压；
控制器30，用于基于所述电流信息判断电流方向，基于所述电压信息判断所述NPC-I型三电平母线的工作状态；
驱动器40，用于分别驱动NPC-I型三电平的三个桥臂的半导体开关，实现NPC-I型三电平母线中点平衡。
所述控制器30还用于：
设置一定的鉴别阈值，其中所述鉴别阈值包括第一阈值和第二阈值；
通过电流采样检测模块的采样值得到电流信息；
基于所述电流信息判断电流方向，当采样值大于所述第一阈值时，电流方向为正方向；当采样值小于第二阈值时，电流方向为负方向；当采样值在第一阈值和第二阈值之间时，电流信息不参与母线中点调节功能。
判断上半母线电压和下半母线电压是否平衡，当所述上半母线电压和所述下半母线电压不平衡时，基于所述电流方向，调节半导体开关控制上半母线和下半母线的放电过程，实现NPC-I型三电平母线中点平衡。
基于所述上半母线电压和下半母线电压计算上半母线电压和下半母线电压的不平衡度；
基于所述不平衡度的大小设置半导体开关的调整时间。
图3为本发明实施例提供的电子设备实体结构示意图，如图3所示，电子设备50包括：处理器501(processor)、存储器502(memory)和总线503；
其中，处理器501、存储器502通过总线503完成相互间的通信；
处理器501用于调用存储器502中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：采集NPC-I型三电平的电流信息；采集NPC-I型三电平的电压信息，其中，所述电压信息包括上半母线电压和下半母线电压；基于所述电流信息判断电流方向；基于所述电压信息判断所述NPC-I型三电平母线的工作状态；基于所述电流方向和所述母线的工作状态控制驱动器40分别驱动NPC-I型三电平的三个桥臂的半导体开关，实现NPC-I型三电平母线中点平衡。
本实施例提供一种非暂态计算机可读介质，非暂态计算机可读介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：采集NPC-I型三电平的电流信息；采集NPC-I型三电平的电压信息，其中，所述电压信息包括上半母线电压和下半母线电压；基于所述电流信息判断电流方向；基于所述电压信息判断所述NPC-I型三电平母线的工作状态；基于所述电流方向和所述母线的工作状态控制驱动器40分别驱动NPC-I型三电平的三个桥臂的半导体开关，实现NPC-I型三电平母线中点平衡。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述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可读取介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种NPC-I型三电平母线中点平衡方法，其特征在于，所述方法具体包括：
采集NPC-I型三电平的电流信息；
采集NPC-I型三电平的电压信息，其中，所述电压信息包括上半母线电压和下半母线电压；
基于所述电流信息判断电流方向；
基于所述电压信息判断所述NPC-I型三电平母线的工作状态；
基于所述电流方向和所述母线的工作状态控制驱动器分别驱动NPC-I型三电平的三个桥臂的半导体开关，实现NPC-I型三电平母线中点平衡。
2.根据权利要求1所述的NPC-I型三电平母线中点平衡方法，其特征在于，所述基于所述电流信息判断电流方向，包括：
设置一定的鉴别阈值，其中所述鉴别阈值包括第一阈值和第二阈值；
通过电流采样检测模块的采样值得到电流信息；
基于所述电流信息判断电流方向，当采样值大于所述第一阈值时，电流方向为正方向；当采样值小于第二阈值时，电流方向为负方向；当采样值在第一阈值和第二阈值之间时，电流信息不参与母线中点调节功能。
3.根据权利要求1所述的NPC-I型三电平母线中点平衡方法，其特征在于，所述基于所述电流方向和所述母线的工作状态控制驱动器分别驱动NPC-I型三电平的三个桥臂的半导体开关，实现NPC-I型三电平母线中点平衡，包括：
通过所述控制器判断上半母线电压和下半母线电压是否平衡，当所述上半母线电压和所述下半母线电压不平衡时，基于所述电流方向，调节半导体开关控制上半母线和下半母线的放电过程，实现NPC-I型三电平母线中点平衡。
4.根据权利要求1所述的NPC-I型三电平母线中点平衡方法，其特征在于，所述基于所述电流方向和所述母线的工作状态控制驱动器分别驱动NPC-I型三电平的三个桥臂的半导体开关，实现NPC-I型三电平母线中点平衡，包括：
基于所述上半母线电压和下半母线电压计算上半母线电压和下半母线电压的不平衡度；
基于所述不平衡度的大小设置半导体开关的调整时间。
5.一种NPC-I型三电平母线中点平衡系统，其特征在于，包括：
电流采样检测模块，用于采集NPC-I型三电平的电流信息；
电压采样检测模块，用于采集NPC-I型三电平的电压信息，其中，所述电压信息包括上半母线电压和下半母线电压；
控制器，用于基于所述电流信息判断电流方向，基于所述电压信息判断所述NPC-I型三电平母线的工作状态；
驱动器，用于分别驱动NPC-I型三电平的三个桥臂的半导体开关，实现NPC-I型三电平母线中点平衡。
6.根据权利要求5所述的NPC-I型三电平母线中点平衡系统，其特征在于，所述控制器还用于：
设置一定的鉴别阈值，其中所述鉴别阈值包括第一阈值和第二阈值；
通过电流采样检测模块的采样值得到电流信息；
基于所述电流信息判断电流方向，当采样值大于所述第一阈值时，电流方向为正方向；当采样值小于第二阈值时，电流方向为负方向；当采样值在第一阈值和第二阈值之间时，电流信息不参与母线中点调节功能。
7.根据权利要求5所述的NPC-I型三电平母线中点平衡系统，其特征在于，所述控制器还用于：
判断上半母线电压和下半母线电压是否平衡，当所述上半母线电压和所述下半母线电压不平衡时，基于所述电流方向，调节半导体开关控制上半母线和下半母线的放电过程，实现NPC-I型三电平母线中点平衡。
8.根据权利要求5所述的NPC-I型三电平母线中点平衡系统，其特征在于，所述控制器还用于：
基于所述上半母线电压和下半母线电压计算上半母线电压和下半母线电压的不平衡度；
基于所述不平衡度的大小设置半导体开关的调整时间。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4中的任一项所述的方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中的任一项所述的方法的步骤。
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