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。

传统的以上关机时序只能在纯有功、电感纹波很小的理想情况下才能够实现可靠关机，实际情况下电流过零时极易发生换相，产生反向电流，如果此时依然按照原本方法关机，开关管可能承受较大的冲击电流，或容易因过压导致损坏。

本申请在收到关机信号时，根据逆变电流和输出电压确定电流过零点时刻，并规定了所有开关管的动作时刻，从而保证不会在电流过零时发生换相，确保了所有开关管在安全范围内工作，使得逆变器能够可靠关机。

本发明实施例公开了一种ANPC型三电平逆变器的关机方法，ANPC型三电平逆变器包括上下两个半桥模块，每个半桥模块均包括一个低频开关管和两个脉冲互补的高频开关管，两个脉冲互补的高频开关管包括第一高频开关管和第二高频开关管，低频开关管的第一端和两个高频开关管的第一端均相连，低频开关管的第二端作为ANPC型三电平逆变器的输出端，第一高频开关管的第二端连接母线正极或母线负极，第二高频开关管的第二端连接母线中点，参见图1所示的ANPC型三电平逆变器的电路结构，其中电容C1的第一端和C2的第一端分别为母线正极和母线负极，C1和C2的公共点作为母线中点，上半桥模块的低频开关管为T2，第一高频开关管为T1，第二高频开关管为T5，下半桥模块的低频开关管为T3，第一高频开关管为T4，第二高频开关管为T6，不论是高频开关管还是低频开关管，T1~T6都有一个对应的二极管D1~D6与之配合。

参见图2所示，该关机方法包括：

S1：采样ANPC型三电平逆变器的逆变电流和输出电压；

S2：当收到关机信号，根据逆变电流和输出电压计算电流过零点时刻，关断第一半桥模块中的高频开关管；

S3：等待预设时间段，开通第二半桥模块中的第二高频开关管；

S4：在电流过零点时刻，关断第一半桥模块中的低频开关管；

S5：等待预设时间段，关断第二半桥模块中的第二高频开关管；

其中第一半桥模块为：收到关机信号前，高频开关管正在工作的半桥模块，第二半桥模块为另一半桥模块。

也就是说，如果收到关机信号前，高频开关管T1或T5正在工作，则第一半桥模块为上半桥模块，第二半桥模块为下半桥模块，如果收到关机信号前，高频开关管T4或T6正在工作，则第一半桥模块为下半桥模块，第二半桥模块为上半桥模块；除此外，也可将正在工作的低频开关管对应的半桥模块确定为第一半桥模块，此处仅为对第一半桥模块为工作的半桥模块的功能性描述。

可以理解的是，步骤S1对逆变电流和输出电压进行监测，当收到关机信号时，步骤S2将利用当前时刻采集到的逆变电流和输出电流进行运算确定电流过零点时刻，然后关断第一半桥模块中的高频开关管，由于实际工作时第一高频开关管和第二高频开关管的脉冲互补，同一时刻只有一个高频开关管导通，因此关断高频开关管时，只关断当前导通的高频开关管，另一高频开关管本身闭合，因此停止该高频开关管的后续脉冲输出即可；收到关机信号和关断第一半桥模块中的高频开关管之间的时差，根据实际情况确定，当关机信号为紧急关机信号，则时差为0，当关机信号为正常关机信号，可按照正常关机延时要求进行；然后进入步骤S3，等待预设时间段，开通第二半桥模块中的第二高频开关管，达到钳位电压的效果；进入步骤S4，再等待至电流过零点时刻，关断第一半桥模块中的低频开关管，该时刻的关断，使得即使是电感纹波存在、非纯有功情况下，现有技术中开关管上电流穿越到零点另一边导致电压电流换相的现象也不会再出现；然后进入步骤S5等待预设时间段，关断第二半桥模块中的第二高频开关管。

可以理解的是，步骤S3和S5中第二半桥模块中动作的高频开关管均为第二高频开关管，用于实现钳位电压的效果，因此开通第二半桥模块的高频开关管的动作，应当紧接着关断第一半桥模块的高频开关管的动作，两个动作之间的时差越小越好，但为了保护电路，避免误导通的情况出现，该时差必须不小于器件机械动作的死区时间，因此预设时间段一般选择为开关管死区时间。

需要注意的是，上文在描述各类动作时，动作对应的时间包括时刻和时间段两种，具体的：

在T_01时刻，关断第一半桥模块的高频开关管；

等待预设时间td，也即在T_01+td时刻，开通第二半桥模块中的第二高频开关管；

在T_02时刻，也即电流过零点时刻，关断第一半桥模块中的低频开关管；

等待预设时间段td，也即在T_02+td时刻，关断第二半桥模块中的第二高频开关管。

可以理解的是，不同功率因数下第一半桥模块中正在工作的高频开关管也不相同，因此对高频开关管的关断实施，包括对处于导通状态的开关管的关断和对处于关断状态的开关管的脉冲封闭两种，其目的均是为了在步骤S1之后第一半桥模块中的所有高频开关管不再导通，具体的，在步骤S2根据逆变电流和输出电压计算电流过零点时刻的同时，还包括：

根据逆变电流和输出电压计算功率因数；

因此，关断第一半桥模块中的高频开关管的过程，包括：

当功率因数为1，关断第一半桥模块中的第一高频开关管，并封闭第一半桥模块中的第二高频开关管的脉冲；

当功率因数不为1，关断第一半桥模块中的第二高频开关管，并封闭第一半桥模块中的第一高频开关管的脉冲。

具体的，将上半桥模块作为第一半桥模块为例，收到关机信号前，上半桥模块的T1或T5正在工作，T2处于恒导通状态，第二半桥模块中动作的第二高频开关管为T6，具体的关机时序如下表1所示：

表1 上半桥模块为第一半桥模块时的通用关机时序

将下半桥模块作为第一半桥模块的情况，其开关管与上文中情况对应，即第一高频开关管T1对应T4，第二高频开关管T5对应T6，低频开关管T2对应T3，按照相同的处理思路实施即可。

可以理解的是，考虑系统在电路上的延时，除了步骤S1的电气数值采集涉及到实际电气状态反馈外，步骤S2-S5的所有的开关管动作，均以独立时钟计时，按照表1中设定好的动作时序进行。

本申请公开了一种ANPC型三电平逆变器的关机方法，包括：采样ANPC型三电平逆变器的逆变电流和输出电压；当收到关机信号，根据逆变电流和输出电压计算电流过零点时刻，关断第一半桥模块中的高频开关管；等待预设时间段，开通第二半桥模块中的第二高频开关管；在电流过零点时刻，关断第一半桥模块中的低频开关管；等待预设时间段，关断第二半桥模块中的第二高频开关管；其中第一半桥模块为：收到关机信号前，高频开关管正在工作的半桥模块，第二半桥模块为另一半桥模块。本申请在收到关机信号时，根据逆变电流和输出电压确定电流过零点时刻，并规定了所有开关管的动作时刻，从而保证不会在电流过零时发生换相，确保了所有开关管在安全范围内工作，使得逆变器能够可靠关机。

本发明实施例公开了一种具体的ANPC型三电平逆变器的关机方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的，当关机信号为正常关机信号，则根据逆变电流和输出电压计算电流过零点时刻的过程包括：

根据第一公式计算第一延时时长，第一公式包括：

；

其中为所述第一延时时长，为与所述输出端连接的负荷电感；为自关断所述第一半桥模块中的所述高频开关管起至所述电流过零点时刻，所述逆变电流的电流变化量；为对应的所述输出电压的电压变化量；

确定电流过零点时刻为：自关断第一半桥模块中的高频开关管起，等待第一延时时长后的时刻。

可以理解的是，输出电压与负荷电感、逆变电流存在对应关系，可用于计算未发生的输出电压，进而确定与之相关的电压变化量，该部分属于公知常识，此处不再赘述。

进一步的，正常关断过程中，当考虑在逆变电流不超过阈值的情况下进行，因此关断第一半桥模块中的高频开关管的过程，包括：

判断当前逆变电流是否大于阈值；

若否，则直接关断第一半桥模块中的高频开关管；

若是，则控制第一半桥模块直至当前逆变电流不大于阈值，然后关断第一半桥模块中的高频开关管。

可以理解的是，如果收到关机信号时当前逆变电流不大于阈值，直接关断第一半桥模块的高频开关管，电流变化量为当前逆变电流与零点电流的差值，如果收到关机信号时电流大于阈值，则需要通过控制第一半桥模块的开关管通断脉冲来控制逆变电流降低，直至逆变电流不大于阈值，关断第一半桥模块的高频开关管的时刻为逆变电流下降到该阈值时，电流变化量为阈值与零点电流的差值。

需要注意的是，本实施例中对关断时序中的时刻作了进一步的限定，因此仍以上半桥模块为第一半桥模块为例，设关断第一半桥模块的高频开关管的时刻为T_11，整个开关时序如下表2所示。

表2 上半桥模块为第一半桥模块、收到正常关机信号时的关机时序

进一步的，以纯有功、功率因数为1的情况为例，当前逆变电流不大于阈值的关机时序图如图3所示，当前逆变电流大于阈值的关机时序图如图4所示，最后所有开关管关断，完成可靠关机。

本发明实施例公开了一种具体的ANPC型三电平逆变器的关机方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的，当关机信号为紧急关机信号，立刻关断第一半桥模块中的高频开关管，同时根据逆变电流和输出电压计算电流过零点时刻包括：

根据逆变电流和输出电压，计算关断第一半桥模块中的高频开关管的动作之后逆变电流的最大电流值；

计算逆变电流从最大电流值降低到零的第二延时时长；

确定电流过零点时刻为：自逆变电流达到最大电流值起，等待第二延时时长后的时刻。

进一步的，根据逆变电流和输出电压，计算关断第一半桥模块中的高频开关管的动作之后逆变电流的最大电流值的过程，包括：

根据第二公式计算关断第一半桥模块中的高频开关管的动作之后逆变电流的最大电流值，第二公式包括：

；

其中为所述最大电流值，为收到所述关机信号时的所述逆变电流，为直流偏置曲线方程中对应的偏置值；为自收到所述关机信号起至所述逆变电流达到所述最大电流值，所述输出电压的电压变化量；为系统延时。

其中，系统延时包括采样延时、控制延时和响应延时，这三部分延时均为由硬件决定的、无法消除的已知延时；直流偏置曲线方程已知，一般由设备厂家提供。

可以理解的是，关断第一半桥模块的高频开关管后，经过系统延时，逆变电流将到达最大电流值。

进一步的，计算逆变电流从最大电流值降低到零的第二延时时长的过程，包括：

根据第三公式计算逆变电流从最大电流值降低到零的第二延时时长，第三公式包括：

；

其中，为所述第二延时时长；为所述逆变电流到达所述最大电流值至所述电流过零点时刻，输出电压的电压变化量。

可以理解的是，输出电压与负荷电感、逆变电流存在对应关系，可用于计算未发生的输出电压，进而确定上文中提到的与之相关的电压变化量，该部分属于公知常识，此处不再赘述。

需要注意的是，本实施例中对关断时序中的时刻作了进一步的限定，因此仍以上半桥模块为第一半桥模块为例，设收到紧急关机信号后立刻关断第一半桥模块的高频开关管的时刻为T_21，整个开关时序如下表3所示。

表3 上半桥模块为第一半桥模块、收到紧急关机信号时的关机时序

进一步的，以纯有功、功率因数为1的情况为例，收到紧急关机信号后关机时序图如图5所示，最后所有开关管关断，完成可靠关机。

相应的，本申请还公开了一种ANPC型三电平逆变器的关机系统，所述ANPC型三电平逆变器包括上下两个半桥模块，每个所述半桥模块均包括一个低频开关管和两个脉冲互补的高频开关管，所述两个脉冲互补的高频开关管包括第一高频开关管和第二高频开关管，所述低频开关管的第一端和两个所述高频开关管的第一端均相连，所述低频开关管的第二端作为所述ANPC型三电平逆变器的输出端，所述第一高频开关管的第二端连接母线正极或母线负极，所述第二高频开关管的第二端连接母线中点；

该关机系统如图6所示，包括采样模块1、计时模块2和动作模块3，其中：所述采样模块1用于采样所述ANPC型三电平逆变器的逆变电流和输出电压；所述计时模块2用于：

当收到关机信号，根据所述逆变电流和所述输出电压计算电流过零点时刻，触发所述动作模块3，以关断第一半桥模块中的所述高频开关管；

等待预设时间段，触发所述动作模块3，以开通第二半桥模块中的所述第二高频开关管；

在所述电流过零点时刻，触发所述动作模块3关断所述第一半桥模块中的所述低频开关管；

等待所述预设时间段，触发所述动作模块3关断所述第二半桥模块中的所述第二高频开关管；

其中所述第一半桥模块为：收到所述关机信号前，所述高频开关管正在工作的所述半桥模块，所述第二半桥模块为另一所述半桥模块。

本申请实施例在收到关机信号时，根据逆变电流和输出电压确定电流过零点时刻，并规定了所有开关管的动作时刻，从而保证不会在电流过零时发生换相，确保了所有开关管在安全范围内工作，使得逆变器能够可靠关机。

在一些具体的实施例中，当所述关机信号为正常关机信号，则计时模块2根据所述逆变电流和所述输出电压计算电流过零点时刻的过程包括：

根据第一公式计算第一延时时长，所述第一公式包括：

；

其中为所述第一延时时长，为与所述输出端连接的负荷电感；为自关断所述第一半桥模块中的所述高频开关管起至所述电流过零点时刻，所述逆变电流的电流变化量；为对应的所述输出电压的电压变化量；

确定所述电流过零点时刻为：自关断所述第一半桥模块中的所述高频开关管起，等待所述第一延时时长后的时刻。

在一些具体的实施例中，动作模块3关断第一半桥模块中的所述高频开关管的过程，包括：

判断当前所述逆变电流是否大于阈值；

若否，则直接关断第一半桥模块中的所述高频开关管；

若是，则控制所述第一半桥模块直至当前所述逆变电流不大于所述阈值，然后关断第一半桥模块中的所述高频开关管。

在一些具体的实施例中，当所述关机信号为紧急关机信号，则计时模块2根据所述逆变电流和所述输出电压计算电流过零点时刻包括：

根据所述逆变电流和所述输出电压，计算所述关断第一半桥模块中的所述高频开关管的动作之后所述逆变电流的最大电流值；

计算所述逆变电流从所述最大电流值降低到零的第二延时时长；

确定所述电流过零点时刻为：自所述逆变电流达到所述最大电流值起，等待所述第二延时时长后的时刻。

在一些具体的实施例中，计时模块2根据所述逆变电流和所述输出电压，计算所述关断第一半桥模块中的所述高频开关管的动作之后所述逆变电流的最大电流值的过程，包括：

根据第二公式计算所述关断第一半桥模块中的所述高频开关管的动作之后所述逆变电流的最大电流值，所述第二公式包括：

；

其中为所述最大电流值，为收到所述关机信号时的所述逆变电流，为直流偏置曲线方程中对应的偏置值；为自收到所述关机信号起至所述逆变电流达到所述最大电流值，所述输出电压的电压变化量；为系统延时。

在一些具体的实施例中，计算模块2计算所述逆变电流从所述最大电流值降低到零的第二延时时长的过程，包括：

根据第三公式计算所述逆变电流从所述最大电流值降低到零的第二延时时长，

所述第三公式包括：

；

其中，为所述第二延时时长；为所述逆变电流到达所述最大电流值至所述电流过零点时刻，所述输出电压的电压变化量。

在一些具体的实施例中，计时模块2根据所述逆变电流和所述输出电压计算电流过零点时刻的同时，还包括：

根据所述逆变电流和所述输出电压计算功率因数；

当所述功率因数为1，确定所述第二半桥模块中开通和关断的所述高频开关管为所述第二半桥模块中的所述第二高频开关管；

当所述功率因数小于1，确定所述第二半桥模块中开通和关断的所述高频开关管为所述第二半桥模块中的所述第一高频开关管。

在一些具体的实施例中，所述预设时间段具体为开关管死区时间。

相应的，本申请实施例还公开了一种ANPC型三电平逆变器的关机装置，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文任一项所述ANPC型三电平逆变器的关机方法的步骤。

其中，具体有关ANPC型三电平逆变器的关机方法的内容，可以参照上文实施例中相关描述，此处不再赘述。

其中，本实施例中ANPC型三电平逆变器的关机装置，具有与上文实施例中ANPC型三电平逆变器的关机方法相同的技术效果。

最后，还需要说明的是，在本文中，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。

以上对本发明所提供的一种ANPC型三电平逆变器的关机方法、系统及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。