一種窄脈衝控制方法、裝置及系統與流程

2023-12-11 00:47:07

本發明涉及自動控制技術領域，更具體地說，涉及一種窄脈衝控制方法、裝置及系統。

背景技術：

隨著新能源的不斷發展，光伏發電得到了快速發展。通常，作為光伏發電的核心設備-逆變器也多種多樣，如，逆變器包括光伏逆變器、風電變流器以及新能源電機控制器等。

其中，逆變器通過控制其內部的開關管(igbt)的開啟和關斷的狀態，將輸入的直流電轉換成交流電進行輸出。然而，開關管存在最小開啟時間和最小關斷時間的限制，這就需要控制開關管的pwm輸出的脈衝寬度不能過窄，通常，將脈衝寬度小於開關管的最小開關時間的pwm脈衝稱為窄脈衝。

為了保證開關管的正常開啟和關斷，需要對窄脈衝進行處理，如抑制窄脈衝的輸出或者對窄脈衝進行補償，然而，這樣會導致母線電壓的利用率降低，不能充分的實現逆變器的峰值功率輸出能力。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明提供了一種窄脈衝控制方法、裝置及系統，消除窄脈衝的同時提高了逆變器的峰值功率的輸出能力。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種窄脈衝控制方法，包括：

獲取逆變器根據預設算法調製後，每一相輸出的調製波比較值；

判斷所述調製波比較值與殘餘比較值的和是否大於等於所述逆變器的pwm周期值；

如果是，控制所述逆變器的調製波的輸出值為所述pwm周期值，並控制所述殘餘比較值為第一預設值；

如果否，判斷所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和是否小於等於零，如果是，控制所述逆變器的調製波的輸出值以及所述殘餘比較值均為所述第一預設值，如果否，判斷所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和是否大於等於所述pwm周期值與預設窄脈衝閾值的差值，如果是，控制所述逆變器的調製波的輸出值為所述pwm周期值，並控制所述殘餘比較值為所述pwm周期值與所述調製波比較值和所述殘餘比較值的差值，如果否，判斷所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和是否小於等於所述窄脈衝閾值，如果是，控制所述逆變器的調製波的輸出值為所述第一預設值，並控制所述殘餘比較值為所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和的取反值，如果否，控制所述逆變器的調製波的輸出值為所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和，並控制所述殘餘比較值為第一預設值。

可選的，

所述預設算法包括空間矢量脈寬調製算法(svpwm調製算法)或正弦脈寬調製算法(spwm調製算法)。

可選的，

所述第一預設值為零。

可選的，還包括：

根據所述逆變器的死區值，按照預設公式計算得到所述窄脈衝閾值。

可選的，所述預設公式為：所述窄脈衝閾值等於所述死區值與目標窄脈衝寬度之和。

一種窄脈衝控制裝置，包括：

獲取模塊，用於獲取逆變器根據預設算法調製後，每一相輸出的調製波比較值；

判斷模塊，用於判斷所述調製波比較值與殘餘比較值的和是否大於等於所述逆變器的pwm周期值；

如果是，控制所述逆變器的調製波的輸出值為所述pwm周期值，並控制所述殘餘比較值為第一預設值；

如果否，判斷所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和是否小於等於零，如果是，控制所述逆變器的調製波的輸出值以及所述殘餘比較值均為所述第一預設值，如果否，判斷所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和是否大於等於所述pwm周期值與預設窄脈衝閾值的差值，如果是，控制所述逆變器的調製波的輸出值為所述pwm周期值，並控制所述殘餘比較值為所述pwm周期值與所述調製波比較值和所述殘餘比較值的差值，如果否，判斷所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和是否小於等於所述窄脈衝閾值，如果是，控制所述逆變器的調製波的輸出值為所述第一預設值，並控制所述殘餘比較值為所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和的取反值，如果否，控制所述逆變器的調製波的輸出值為所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和，並控制所述殘餘比較值為第一預設值。

可選的，所述預設算法包括空間矢量脈寬調製算法或正弦脈寬調製算法，所述第一預設值為零。

可選的，還包括：

計算模塊，用於根據所述逆變器的死區值，按照預設公式計算得到所述窄脈衝閾值。

可選的，所述預設公式為：所述窄脈衝閾值等於所述死區值與目標窄脈衝寬度之和。

一種窄脈衝控制系統，包括任意一項上述的窄脈衝控制裝置。

從上述的技術方案可以看出，本發明提供了一種窄脈衝控制方法，通過比較調製波比較值與殘餘比較值的和與該逆變器的pwm周期值的大小，並根據比較結果，將逆變器的調製波的輸出值設定為pwm周期值，並將殘餘比較值清零。且，當調製波比較值與殘餘比較值的和小於等於零時，控制逆變器的調製波的輸出值以及殘餘比較值均為零。除此，當判斷調製波比較值與殘餘比較值的和大於等於pwm周期值與預設窄脈衝閾值的差值時，控制逆變器的調製波的輸出值為pwm周期值，並控制殘餘比較值為pwm周期值與調製波比較值和殘餘比較值的差值，否則，判斷調製波比較值與殘餘比較值的和是否小於等於窄脈衝閾值，如果是，控制逆變器的調製波的輸出值為第一預設值，並控制殘餘比較值為調製波比較值與殘餘比較值的和的取反值，如果否，控制逆變器的調製波的輸出值為調製波比較值與殘餘比較值的和，並控制殘餘比較值為第一預設值。可見，本方案基於殘餘比較值，最終使得每個調製周期中輸出的pwm調製波的有效值不變，提高了母線電壓利用率，降低轉矩脈動。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實施例提供的一種窄脈衝控制方法的流程示意圖；

圖2為本實施例提供的又一種窄脈衝控制方法的流程示意圖；

圖3為本實施例提供的一種窄脈衝控制裝置的結構示意圖；

圖4為本實施例提供的又一種窄脈衝控制裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

為了解決現有技術中逆變器在解決窄脈衝時，母線電壓的利用率降低，不能充分的實現逆變器的峰值功率輸出能力的問題，本方案提供了一種窄脈衝控制方法、裝置及系統，通過比較調製波比較值與殘餘比較值的和與預定參數的大小，並根據比較結果，將逆變器的調製波的輸出值設定為pwm周期值或零。除此，當判斷調製波比較值與殘餘比較值的和大於等於pwm周期值與預設窄脈衝閾值的差值時，控制逆變器的調製波的輸出值為pwm周期值，並控制殘餘比較值為pwm周期值與調製波比較值和殘餘比較值的差值，否則，判斷調製波比較值與殘餘比較值的和是否小於等於窄脈衝閾值，根據殘餘比較值，最終使得每個調製周期中輸出的pwm調製波的有效值不變，提高了母線電壓利用率，降低轉矩脈動。

具體的，請參閱圖1，為本實施例提供的一種窄脈衝控制方法的流程示意圖，包括步驟：

s11、獲取逆變器根據預設算法調製後，每一相輸出的調製波比較值。

其中，所述預設算法可以為空間矢量脈寬調製算法(svpwm調製算法)或正弦脈寬調製算法(spwm調製算法)，所述第一預設值可以為零。假設本實施例中逆變器為拓撲結構為三相的全橋逆變器，則，本步驟是獲取三相輸出的調製波比較值t_cmpr。當然，本實施例還可以選用其他相數的逆變器，如五相全橋逆變器等。

s12、判斷所述調製波比較值與殘餘比較值的和是否大於等於所述逆變器的pwm周期值。

如果是，控制所述逆變器的調製波的輸出值為所述pwm周期值，並控制所述殘餘比較值為第一預設值。

此處，將調製波比較值t_cmpr與殘餘比較值t_diff的和與逆變器的pwm周期值t_period進行比較，當調製波比較值t_cmpr與殘餘比較值t_diff的和大於等於逆變器的pwm周期值t_period，則控制所述逆變器的調製波的輸出值t_cmpr_actual為逆變器的pwm周期值t_period，並把殘餘比較值t_diff清零。

如果否，s13、判斷所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和是否小於等於零，如果是，控制所述逆變器的調製波的輸出值以及所述殘餘比較值均為所述第一預設值。

其中，當調製波比較值t_cmpr與殘餘比較值t_diff的和小於逆變器的pwm周期值t_period，則將調製波比較值t_cmpr與殘餘比較值t_diff的和與零進行比較。當調製波比較值t_cmpr與殘餘比較值t_diff的和小於等於零，則控制所述逆變器的調製波的輸出值t_cmpr_actual為零，並把殘餘比較值t_diff清零。

如果否，s14、判斷所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和是否大於等於所述pwm周期值與預設窄脈衝閾值的差值，如果是，控制所述逆變器的調製波的輸出值為所述pwm周期值，並控制所述殘餘比較值為所述pwm周期值與所述調製波比較值和所述殘餘比較值的差值。

其中，當調製波比較值t_cmpr與殘餘比較值t_diff的和大於零，則將調製波比較值t_cmpr與殘餘比較值t_diff的和與逆變器的pwm周期值t_period和窄脈衝閾值t_pulse_mini的差進行比較。當調製波比較值t_cmpr與殘餘比較值t_diff的和大於等於逆變器的pwm周期值t_period和窄脈衝閾值t_pulse_mini的差，則控制所述逆變器的調製波的輸出值t_cmpr_actual為逆變器的pwm周期值t_period，並把逆變器的pwm周期值t_period與調製波比較值t_cmpr以及殘餘比較值t_diff的差值賦給殘餘比較值t_diff。

如果否，s15、判斷所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和是否小於等於所述窄脈衝閾值，如果是，控制所述逆變器的調製波的輸出值為所述第一預設值，並控制所述殘餘比較值為所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和的取反值。

其中，當調製波比較值t_cmpr與殘餘比較值t_diff的和小於逆變器的pwm周期值t_period和窄脈衝閾值t_pulse_mini的差，則將調製波比較值t_cmpr與殘餘比較值t_diff的和與窄脈衝閾值t_pulse_mini進行比較。並當調製波比較值t_cmpr與殘餘比較值t_diff的和小於窄脈衝閾值t_pulse_mini時，則將所述逆變器的調製波的輸出值t_cmpr_actual清零，並把調製波比較值t_cmpr與殘餘比較值t_diff的和的取反值賦給殘餘比較值t_diff。

s16、如果否，控制所述逆變器的調製波的輸出值為所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和，並控制所述殘餘比較值為第一預設值。

當調製波比較值t_cmpr與殘餘比較值t_diff的和大於等於窄脈衝閾值t_pulse_mini時，則把調製波比較值t_cmpr與殘餘比較值t_diff的和賦給逆變器的調製波的輸出值t_cmpr_actual，並把殘餘比較值t_diff清零。

s17、執行pwm輸出算法。

在執行完上述步驟之後，將當前的逆變器的調製波的輸出值t_cmpr_actual以及殘餘比較值t_diff輸入預設的pwm輸出算法進行運算。

需要說明的是，逆變器的調製波一直在輸出，通過比較當前的調製波比較值與上次的殘餘值的和與pwm周期值t_period的大小，根據比較結果，判斷是否存有窄脈衝的出現，如果有，則對逆變器的調製波的輸出值t_cmpr_actual進行調整，選擇逆變器的調製波的輸出值t_cmpr_actual為pwm周期值t_period或0，並記錄當前的殘餘值。如果沒有窄脈衝的出現，則逆變器正常輸出調製波，不對調製波做任何調整。

如果當前的調製波比較值與上次的殘餘值的和沒有導致殘餘值的發生，那麼就輸出當前調製波比較值和上次殘餘值的和，並更新殘餘值為0，這樣，通過上述步驟的循環，將上一拍由於殘餘值導致的輸出誤差，輸入到下一拍進行補償，因此，整個調製波周期內輸出的有效值並沒有發生變化。

可見，本方案基於殘餘比較值，最終使得每個調製周期中輸出的pwm調製波的有效值不變，有效的提高母線電壓利用率，提高電驅在弱磁區的峰值功率，降低轉矩脈動。

除此，如圖2所示，在上述實施例的基礎上，本實施例提供的一種窄脈衝控制方法還包括步驟s18：根據所述逆變器的死區值，按照預設公式計算得到所述窄脈衝閾值。其中，預設公式為：窄脈衝閾值等於死區值與目標窄脈衝寬度之和。

發明人考慮到逆變器通常都有死區的存在，如死區對應的脈衝寬度為2us，那麼本實施例在設置窄脈衝的寬度時，需要考慮到死區的影響，如，預計的窄脈衝的寬度為1us，那麼在本實施例中，需要設置窄脈衝寬度為3us(2us+1us)。同理，當逆變器的死區發生了變化，如死區的脈衝寬度變大，那麼，同樣，預設的窄脈衝的寬度也應該適應性的變大，以使得預設窄脈衝的寬度與死區的脈衝寬度的差值為預計的窄脈衝的寬度。

除此，本實施例還提供了一種窄脈衝控制裝置，如圖3所示，包括：

獲取模塊11，用於獲取逆變器根據預設算法調製後，每一相輸出的調製波比較值；

判斷模塊12，用於判斷所述調製波比較值與殘餘比較值的和是否大於等於所述逆變器的pwm周期值；

如果是，控制所述逆變器的調製波的輸出值為所述pwm周期值，並控制所述殘餘比較值為第一預設值；

如果否，判斷所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和是否小於等於零，如果是，控制所述逆變器的調製波的輸出值以及所述殘餘比較值均為所述第一預設值，如果否，判斷所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和是否大於等於所述pwm周期值與預設窄脈衝閾值的差值，如果是，控制所述逆變器的調製波的輸出值為所述pwm周期值，並控制所述殘餘比較值為所述pwm周期值與所述調製波比較值和所述殘餘比較值的差值，如果否，判斷所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和是否小於等於所述窄脈衝閾值，如果是，控制所述逆變器的調製波的輸出值為所述第一預設值，並控制所述殘餘比較值為所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和的取反值，如果否，控制所述逆變器的調製波的輸出值為所述調製波比較值與所述殘餘比較值的和，並控制所述殘餘比較值為第一預設值。

可選的，所述預設算法包括空間矢量脈寬調製算法或正弦脈寬調製算法，所述第一預設值為零。

可選的，如圖4所示，還包括：

計算模塊13，用於根據所述逆變器的死區值，按照預設公式計算得到所述窄脈衝閾值。

可選的，所述預設公式為：所述窄脈衝閾值等於所述死區值與目標窄脈衝寬度之和。

其工作原理請參見上述方法實施例，除此，本實施例還提供了一種窄脈衝控制系統，包括任意一項上述的窄脈衝控制裝置。

綜上，本發明提供了一種窄脈衝控制方法、裝置及系統，通過比較調製波比較值與殘餘比較值的和與該逆變器的pwm周期值的大小，並根據比較結果，將逆變器的調製波的輸出值設定為pwm周期值，並將殘餘比較值清零。且，當調製波比較值與殘餘比較值的和小於等於零時，控制逆變器的調製波的輸出值以及殘餘比較值均為零。除此，當判斷調製波比較值與殘餘比較值的和大於等於pwm周期值與預設窄脈衝閾值的差值時，控制逆變器的調製波的輸出值為pwm周期值，並控制殘餘比較值為pwm周期值與調製波比較值和殘餘比較值的差值，否則，判斷調製波比較值與殘餘比較值的和是否小於等於窄脈衝閾值，如果是，控制逆變器的調製波的輸出值為第一預設值，並控制殘餘比較值為調製波比較值與殘餘比較值的和的取反值，如果否，控制逆變器的調製波的輸出值為調製波比較值與殘餘比較值的和，並控制殘餘比較值為第一預設值。可見，本方案基於殘餘比較值，最終使得每個調製周期中輸出的pwm調製波的有效值不變，有效的提高母線電壓利用率，提高電驅在弱磁區的峰值功率，降低轉矩脈動。

本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的裝置而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明實施例的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明實施例將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。