Z源逆变器中功率开关器件导通电流的获取方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法及系统，方法包括：获取Z源逆变器的直流母线电流、脉冲宽度调制模块加入直通量前后产生的Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第一开关控制信号和第二开关控制信号；基于直流母线电流和第一开关控制信号，确定Z源逆变器的各相电流；基于第二开关控制信号、直流母线电流以及各相电流，确定Z源逆变器中各功率开关器件的导通电流。本发明专利技术实施例提供的方法及系统，由于采用直流母线电流与第一开关控制信号、第二开关控制信号结合，具有得到的导通电流精度高、动态响应快的特点。而且，本发明专利技术实施例中仅需要获取直流母线电流，大大减少了测量装置的数量。

Method and system for obtaining conduction current of power switch device in Z source inverter

The embodiment of the invention provides a method and a system for obtaining on-current of power switching devices in Z-source inverters. The method includes: acquiring DC bus current of Z-source inverters, the first switching control signal and the second switching control signal of the upper arm power switching devices in Z-source inverters before and after adding the pulse width modulation module to the direct flux. Switching control signal; based on the DC bus current and the first switch control signal, determine the phase current of Z-source inverter; based on the second switch control signal, DC bus current and phase current, determine the on current of each power switching device in Z-source inverter. The method and system provided by the embodiment of the invention have the characteristics of high precision of conducting current and fast dynamic response, because the direct current bus current is combined with the control signal of the first switch and the control signal of the second switch. Moreover, in the embodiment of the invention, only the DC bus current is needed to be obtained, thus greatly reducing the number of measuring devices.

【技术实现步骤摘要】
Z源逆变器中功率开关器件导通电流的获取方法及系统
本专利技术实施例涉及电力电子器件
，更具体地，涉及Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法及系统。
技术介绍
目前，电力电子器件的导通电流是器件安全运行和动态失效分析的关键指标，导通电流可用于限流保护、故障诊断以及损耗与结温计算等。逆变器中的电力电子器件又称为功率开关器件，Z源逆变器作为一种新型能量变换拓扑结构，它具备单级系统同时实现升降压和逆变的功能，允许桥臂直通，从而大大提高逆变器的可靠性，同时还具备单级系统效率高等诸多优点，可成为未来电动汽车高性能电机驱动、新能源电力电子变换的一种有力竞争方案。Z源逆变器的具体结构如图1所示，图1中图(a)为传统Z源逆变器的结构示意图，图1中图(b)为准Z源逆变器的结构示意图。Z源逆变器相比于传统逆变器来说，将两个电感L1、L2和两个电容C1、C2组成的Z源网络或准Z源网络加入至直流电源和逆变桥之间。Z源逆变器最大的、独有的特点是允许逆变桥上下桥臂同时导通状态(即直通状态)，因此脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)的调制策略及开关函数与传统逆变器存在不同，且直通状态会使得功率开关器件出现较大的导通电流冲击。因此，获取逆变器中功率开关器件的导通电流至关重要。现有技术中存在的功率开关器件的导通电流的获取方法主要包括：直接测量法和间接获取法。直接测量法主要是将电流传感器安装在逆变器中功率开关器件绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)的发射集或集电极端，直接通过电流传感器测量获取IGBT的导通电流。这种方法由于需要在功率开关器件内部即功率开关器件的发射极或集电极端安装电流传感器，很不容易操作，且很可能会增加功率开关器件的寄生参数等，且不易于安装，增加了成本与体积。间接获取法主要是通过检测电路中其它电信号或热信号后推导出功率开关器件的导通电流。如专利技术专利(公开号：CN106610445A)首先检测功率开关器件IGBT的壳温Tc，并做叠加和修正得出IGBT结温Tj，根据Tj和热阻抗计算出IGBT的损耗P，再利用P和所采集到的IGBT电压Vce，最后计算出IGBT的导通电流。这种方法需要额外的温度传感器，以IGBT结温逆向求解出的IGBT损耗P为媒介，结合采集的IGBT电压间接求解出IGBT导通电流。该方法算法复杂，由于IGBT结温以及IGBT电压的采集会存在误差，会导致最终求解得到的IGBT导通电流的精度不高。而且，由于IGBT热时间常数通常比电气时间常数大很多，且温度传感器测量得到的通常是平均温度，平均温度变化比电流变化要缓慢很多，所以会导致IGBT的动态响应差。
技术实现思路
为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本专利技术实施例提供了一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法及系统。一方面，本专利技术实施例提供了一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法，包括：S1，获取Z源逆变器的直流母线电流、脉冲宽度调制模块加入直通量前产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第一开关控制信号，以及所述脉冲宽度调制模块加入直通量后产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第二开关控制信号，所述脉冲调制模块用于对所述Z源逆变器进行脉冲宽度调制；S2，基于所述直流母线电流和所述第一开关控制信号，确定所述Z源逆变器的各相电流；S3，基于所述第二开关控制信号、所述直流母线电流以及所述各相电流，确定所述Z源逆变器中各功率开关器件的导通电流。优选地，S1中所述获取Z源逆变器的直流母线电流，具体包括：在所述Z源逆变器中直流侧Z源网络和逆变桥之间安装一电流传感器，所述电流传感器用于测量所述Z源逆变器的直流母线电流。优选地，S2具体包括：S21，基于当前时刻的所述直流母线电流和当前时刻的所述第一开关控制信号，确定当前时刻所述Z源逆变器的第一相电流；S22，基于当前时刻的所述第一开关控制信号所处的脉冲宽度调制的扇区，确定当前时刻所述Z源逆变器的第二相电流；S23，基于所述第一相电流、所述第二相电流以及所述Z源逆变器中各相电流之间的关系，确定当前时刻所述Z源逆变器的第三相电流。优选地，S21具体包括：若判断获知当前时刻所述第一开关控制信号控制所述Z源逆变器处于有效开关状态，则根据所述直流母线电流，确定所述Z源逆变器的第一相电流。优选地，所述方法还包括：基于所述第二开关控制信号，确定所述Z源逆变器的直通方式；其中，所述Z源逆变器的直通方式包括：单相桥臂直通和三相桥臂直通。优选地，所述导通电流包括所述Z源逆变器单相桥臂直通或三相桥臂直通时的直通电流，以及所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件关断或下桥臂功率开关器件关断时的非直通电流；相应地，S3具体包括：基于所述直流母线电流以及所述各相电流，确定所述直通电流；基于所述第二开关控制信号以及所述各相电流，确定所述非直通电流。优选地，基于所述直流母线电流以及所述各相电流，确定的所述直通电流具体为：其中，ikp和ikn分别表示所述Z源逆变器中k相上、下桥臂功率开关器件的直通电流，ik_re为k相的相电流，a、b和c分别表示所述Z源逆变器的三相，m、n、x和y分别为常数。另一方面，本专利技术实施例中还提供了一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取系统，包括：电流及信号获取模块、相电流确定模块和导通电流确定模块。其中，电流及信号获取模块用于获取Z源逆变器的直流母线电流、脉冲宽度调制模块加入直通量前产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第一开关控制信号，以及所述脉冲宽度调制模块加入直通量后产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第二开关控制信号，所述脉冲调制模块用于对所述Z源逆变器进行脉冲宽度调制；相电流确定模块用于基于所述直流母线电流和所述第一开关控制信号，确定所述Z源逆变器的各相电流；导通电流确定模块用于基于所述第二开关控制信号、所述直流母线电流以及所述各相电流，确定所述Z源逆变器中各功率开关器件的导通电流。另一方面，本专利技术实施例中还提供了一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取设备，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述所述的方法。另一方面，本专利技术实施例中还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述所述的方法。本专利技术实施例提供的Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法，所述方法由于采用直流母线电流与目标开关控制信号结合，即通过电气信号和逻辑信号重构出Z源逆变器中功率开关器件的导通电流，具有得到的导通电流精度高、动态响应快的特点。而且，本专利技术实施例中仅需要获取直流母线电流，省去中间测量量和计算量带来的误差，大大减少了测量装置的数量，从而减小了测量过程中Z源逆变器的体积，并减小测量成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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，还可以根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法，其特征在于，包括：S1，获取Z源逆变器的直流母线电流、脉冲宽度调制模块加入直通量前产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第一开关控制信号，以及所述脉冲宽度调制模块加入直通量后产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第二开关控制信号，所述脉冲调制模块用于对所述Z源逆变器进行脉冲宽度调制；S2，基于所述直流母线电流和所述第一开关控制信号，确定所述Z源逆变器的各相电流；S3，基于所述第二开关控制信号、所述直流母线电流以及所述各相电流，确定所述Z源逆变器中各功率开关器件的导通电流。

【技术特征摘要】
1.一种Z源逆变器中功率开关器件的导通电流获取方法，其特征在于，包括：S1，获取Z源逆变器的直流母线电流、脉冲宽度调制模块加入直通量前产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第一开关控制信号，以及所述脉冲宽度调制模块加入直通量后产生的所述Z源逆变器中上桥臂功率开关器件的第二开关控制信号，所述脉冲调制模块用于对所述Z源逆变器进行脉冲宽度调制；S2，基于所述直流母线电流和所述第一开关控制信号，确定所述Z源逆变器的各相电流；S3，基于所述第二开关控制信号、所述直流母线电流以及所述各相电流，确定所述Z源逆变器中各功率开关器件的导通电流。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中所述获取Z源逆变器的直流母线电流，具体包括：在所述Z源逆变器中直流侧Z源网络和逆变桥之间安装一电流传感器，所述电流传感器用于测量所述Z源逆变器的直流母线电流。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2具体包括：S21，基于当前时刻的所述直流母线电流和当前时刻的所述第一开关控制信号，确定当前时刻所述Z源逆变器的第一相电流；S22，基于当前时刻的所述第一开关控制信号所处的脉冲宽度调制的扇区，确定当前时刻所述Z源逆变器的第二相电流；S23，基于所述第一相电流、所述第二相电流以及所述Z源逆变器中各相电流之间的关系，确定当前时刻所述Z源逆变器的第三相电流。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，S21具体包括：若判断获知当前时刻所述第一开关控制信号控制所述Z源逆变器处于有效开关状态，则根据所述直流母线电流，确定所述Z源逆变器的第一相电流。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：基于所述第二开关控制信号，确定所述Z源逆变器的直通方式；其中，所述Z源逆变器的直通方式包括：单相桥臂直通和三相桥臂直通。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述导...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘平，黄守道，姜燕，罗慧丹，涂春鸣，徐杰，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43