一种整流电路控制方法及其应用装置与流程

1.本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种整流电路控制方法及其应用装置。


背景技术：

2.在实际应用中，很多整流电路，比如vienna整流电路的控制过程都是基于旋转坐标变换实现的矢量控制，在控制过程中需要将三相电压、三相电流通过坐标变换，进而转换为park坐标系下的相应参量，然后通过锁相环来锁定整流电路所连接的交流电网的相位角，通过跟踪锁定相位角，达到电流和电压同相位的目的。
3.发明人研究发现，基于旋转坐标变换实现的整流电路控制方法，不仅需要将电压等参数进行坐标变换，而且还需要基于锁相环进行锁相操作，坐标变换以及锁相过程都会带来延时，特别是交流电网发生波动的情况下，现有的整流电路控制方法难以及时响应，控制效果不理想。


技术实现要素：

4.本发明提供一种整流电路控制方法及其应用装置，在避免进行坐标变换以及利用锁相环进行锁相的前提下，实现对整流电路的控制，提高响应效率，改善控制效果。
5.为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
6.第一方面，本发明提供一种整流电路控制方法，包括：
7.获取整流电路直流侧的当前母线电压和整流电路交流侧各相的当前交流电压和各相的当前交流电流；
8.根据所述当前母线电压确定所述整流电路交流侧各相的参考电流的有效值；
9.确定各所述当前交流电压的相位，并将各所述当前交流电压的相位作为相应相的参考电流的当前相位；
10.分别根据各相的参考电流的有效值和当前相位，生成相应相的当前参考电流；
11.分别根据各相的所述当前交流电流、所述当前参考电流和所述当前交流电压，确定各相对应的目标控制电压；
12.分别根据各相对应的所述目标控制电压输出相应相的pwm控制信号。
13.可选的，所述根据所述当前母线电压确定所述整流电路交流侧各相的参考电流的有效值，包括：
14.根据预设基准母线电压与所述当前母线电压的差值，确定参考功率；
15.根据所述参考功率与所述整流电路交流侧的额定电压有效值，确定各相的参考电流的有效值。
16.可选的，所述根据预设基准母线电压与所述当前母线电压的差值，确定参考功率，包括：
17.计算预设基准母线电压与所述当前母线电压的差值，得到母线电压偏差；
18.将所述母线电压偏差输入第一预设控制器，得到参考功率。
19.可选的，所述根据所述参考功率与所述整流电路交流侧的额定电压有效值，确定各相的参考电流的有效值，包括：
20.计算所述参考功率的三分之一与所述整流电路交流侧的额定电压有效值的比值；
21.将所述比值作为各相的参考电流的有效值。
22.可选的，所述确定各所述当前交流电压的相位，包括：
23.分别将整流电路的各相作为目标相；
24.根据所述目标相的当前交流电压与目标相的当前交流电压有效值的比值，确定目标相的当前交流电压的相位。
25.可选的，所述分别根据各相的所述当前交流电流、所述当前参考电流和所述当前交流电压，确定各相对应的目标控制电压，包括：
26.分别将整流电路的各相作为目标相；
27.根据目标相的当前交流电流和当前参考电流，确定目标相的参考电压；
28.将目标相的当前交流电压与目标相的参考电压之差，作为目标相的目标控制电压。
29.可选的，所述根据目标相的当前交流电流和当前参考电流，确定目标相的参考电压，包括：
30.计算目标相的当前参考电流与当前交流电流的差值，得到目标相的第一电流差值；
31.将目标相的所述第一电流差值输入第二预设控制器，得到目标相的参考电压。
32.可选的，所述根据目标相的当前交流电流和当前参考电流，确定目标相的参考电压，包括：
33.计算目标相的当前参考电流与当前交流电流的差值，得到目标相的第一电流差值；
34.计算目标相的参考电流预设参考值与当前交流电流的差值，得到目标相的第二电流差值；
35.将目标相的所述第一电流差值输入第二预设控制器，得到目标相的参考电压第一分量；
36.将目标相的所述第二电流差值输入第三预设控制器，得到目标相的参考电压第二分量；
37.计算目标相的所述参考电压第一分量和所述参考电压第二分量之和，得到目标相的参考电压。
38.可选的，所述参考电流预设参考值包括目标相在上一控制周期中计算得到的当前参考电流。
39.可选的，确定所述第二预设控制器和所述第三预设控制器的控制参数的过程，包括：
40.获取预设映射关系；
41.其中，所述预设映射关系中记录有所述整流电路交流侧各相的交流电流与所述第二预设控制器以及所述第三预设控制器的控制参数之间的对应关系；
42.根据所述预设映射关系，确定与所述整流电路各相的当前交流电流对应的、所述
第二预设控制器的控制参数；
43.根据所述预设映射关系，确定与所述整流电路各相的当前交流电流对应的、所述第三预设控制器的控制参数。
44.可选的，所述第二预设控制器和所述第三预设控制器包括p型控制器。
45.可选的，本发明第一方面提供的整流电路控制方法，还包括：
46.存储所述整流电路交流侧各相的当前参考电流。
47.第二方面、本发明提供一种控制器，包括存储器和处理器；所述存储器存储有适于所述处理器执行的程序，以实现本发明第一方面任一项所述的整流电路控制方法。
48.第三方面，本发明提供一种整流器，包括：整流电路和本发明第二方面所述的控制器，其中，
49.所述控制器与所述整流电路的交流侧、直流侧以及所述整流电路的控制端相连。
50.可选的，所述整流电路包括vienna整流电路。
51.本发明提供的整流电路控制方法，在获取整流电路直流侧的当前母线电压和整流电路交流侧各相的当前交流电压和当前交流电流后，根据当前母线电压确定整流电路交流侧各相的参考电流的有效值，确定各当前交流电压的相位，并将各当前交流电压的相位作为相应相的参考电流的当前相位，然后分别根据各相的参考电流的有效值和当前相位，生成相应相的当前参考电流，进一步分别根据各相的当前交流电流、当前参考电流和当前交流电压，确定各相对应的目标控制电压，最终分别根据各相对应的目标控制电压输出相应相的pwm控制信号，实现对整流电路的控制。
52.本发明提供的整流电路控制方法，整个控制过程并未涉及坐标转换运算，基于当前交流电压的相位确定参考电流的相位，不再基于锁相环进行锁相操作，与现有技术相比，整个控制过程耗时更短，进而提高响应效率，改善控制效果。
53.进一步的，本发明提供的控制方法，以整流电路的当前工作参数为依据进行控制，使得相关工作参数的变化能够更快的体现到控制过程中，进一步增强控制过程的动态特性，增强对于电网突变的快速反应。
附图说明
54.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，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，下面描述内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。
55.图1是现有技术中一种vienna整流电路的电路拓扑图；
56.图2是本发明实施例提供的一种整流电路控制方法的流程图；
57.图3是本发明实施例提供的确定整流电路各相的当前参考电流的流程框图；
58.图4是本发明实施例提供的一种整流电路确定方法的流程框图；
59.图5是本发明实施例提供的另一种整流电路确定方法的流程框图；
60.图6是本发明实施例提供的一种控制器的结构框图。
具体实施方式
61.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
62.本发明实施例提供的整流电路控制方法，用于对整流电路的工作过程进行控制，最终生成用于控制整流电路中各个开关管通断状态的pwm控制信号。本发明实施例提供的整流电路控制方法，可以对现有技术中的多种整流电路的工作过程进行控制，特别适用于图1所示的vienna整流电路。如图1所示，l1、l2和l3表示整流电路的输入侧等效电感，va、vb、vc表示整流电路相应相的当前交流电压，ila、ilb、ilc表示整流电路相应相的当前交流电流，v
pn
表示整流电路直流侧的当前母线电压，此外，图中示出的二极管和开关管，是整流电路的主要构成部分，具体可结合现有技术实现，此处不再赘述。在后续各个实施例提供的整流电路控制方法中，均以图1所示实施例对应的整流电路为例进行说明。
63.基于上述内容，本发明实施例提供一种整流电路控制方法，具体应用于电子设备，该电子设备可以是整流电路的控制器、也可以是整流电路应用场景中其他能够对整流电路的运行进行控制的、独立于整流电路的其他控制器，当然，在某些情况下，也可以应用于网络侧的服务器。参见图2，图2是本发明实施例提供的一种整流电路控制方法的流程图，本实施例提供的整流电路控制方法的流程，包括：
64.s100、获取整流电路直流侧的当前母线电压和整流电路交流侧各相的当前交流电压和各相的当前交流电流。
65.结合图1所示，整流电路直流侧的当前母线电压为v
pn
，整流电路交流各相的当前交流电压即va、vb、vc，整流电路各相的当前交流电流即ila、ilb、ilc。
66.可以理解的是，本发明实施例所述及的当前的电压和电流，指的是在当前控制周期内采集到的相应参数，也可以理解为整流电路在采样时刻的瞬时值，本发明实施例提供的整流电路控制方法，以整流电路的实时参数为控制过程的输入，使得电压和电流的变化能够更快的体现到控制过程之中，因此，能够显著增强控制过程的动态特性，增强对运行状态突变的快速反应，有助于提高控制过程的响应效率。
67.s110、根据当前母线电压确定整流电路交流侧各相的参考电流的有效值。
68.可选的，计算各相的参考电流的有效值的过程可参照图3所示，首先，在获取到整流电路直流侧的当前母线电压之后，基于预设基准母线电压与当前母线电压的差值确定参考功率，具体的，计算预设基准母线电压与当前母线电压的差值，得到母线电压偏差，然后将母线电压偏差输入第一预设控制器，经过相应的运算后，得到相应的参考功率。在实际应用中，第一预设控制器可以是pi控制器，也可以是pid控制器，可以结合实际的控制需求选取，同样属于本发明保护的范围内。
69.其次，根据参考功率与整流电路交流侧的额定电压有效值，确定各相的参考电流的有效值，具体的，计算参考功率的三分之一与整流电路交流侧的额定电压有效值的比值，并将所得比值作为各相的参考电流的有效值。
70.经过前述计算过程可以看出，在计算参考电流的有效值的过程中，是计算功率与电压的比值，所得结果对应的是电流值，因此，在本发明实施例中将该计算结果作为参考电
流的有效值使用。
71.需要说明的是，在图3所示流程框图中，uref表示预设基准母线电压,u
pn
表示整流电路直流侧的当前母线电压，vrms表示整流电路交流侧的额定电压有效值，iarms、ibrms和icrms表示对应相的参考电流的有效值。
72.s120、确定各当前交流电压的相位，并将各当前交流电压的相位作为相应相的参考电流的当前相位。
73.在实际应用中，交流电流往往是通过幅值和相位两个参数来表示的，基于此，在s110确定参考电流的有效值之后，在本步骤中进一步确定参考电流的当前相位。
74.可以理解的是，电压瞬时值是带有相位信息的，除以一个常数，相位信息还是存在的。前述步骤获取的整流电路交流侧各相的当前交流电压，即电压瞬时值，因此，分别将整流电路的各相作为目标相，计算目标相的当前交流电压与目标相的当前交流电压有效值的比值，即可确定目标相的当前交流电压的相位，并将目标相的当前交流电压的相位作为目标相的参考电流的当前相位。
75.如前所述，现有技术需要对电压等参数进行坐标变换并经锁相环进行锁相操作，才能得到参考电流的相位，本发明实施例提供的控制方法可在避免进行坐标变换和锁相操作的情况下确定参考电流的相位，可以有效减少运算量，进而降低对硬件资源的占用。
76.s130、分别根据各相的参考电流的有效值和当前相位，生成相应相的当前参考电流。
77.在得到各相的参考电流的有效值和当前相位后，即可生成相应相的当前参考电流，对于本步骤的具体实现过程，可参考现有技术中交流电流的表示方法实现，此处不再展开。
78.s140、分别根据各相的当前交流电流、当前参考电流和当前交流电压，确定各相对应的目标控制电压。
79.结合图4所示，经过前述步骤，已经得到整流电路各相的当前参考电流，以a相为例，va表示a相的当前交流电压，iarms表示a相参考电流的有效值，varms表示a相当前交流电压有效值，va/varms的结果包括a相的当前相位，经过s130之后，进一步得到a相的当前参考电流ilaref。其余两相的当前参考电流的计算过程与a相是一致的，此处不再展开。
80.基于上述内容，分别将整流电路的各相作为目标相，首先根据目标相的当前交流电流和当前参考电流，确定目标相的参考电压。具体的，以图4所示流程框图中的a相为例，计算a相的当前参考电流ilaref与当前交流电流ila的差值，得到a相的第一电流差值，然后将a相的第一电流差值输入第二预设控制器p1，便可得到a相的参考电压。
81.然后，将a相的当前交流电压与a相的参考电压之差，作为a相的目标控制电压。
82.其余b相和c相的目标控制电压的计算过程与a相是一样的，此处不再复述，具体可结合图4所示。
83.s150、分别根据各相对应的目标控制电压输出相应相的pwm控制信号。
84.在得到各相的目标控制电压之后，即可基于各相对应的目标控制电压输出相应相的pwm控制信号，图4中pwm-a表示a相的pwm控制信号，pwm-b表示b相的pwm控制信号，pwm-c表示c相的pwm控制信号。
85.需要说明的是，本发明各实施例述及的pwm控制信号可以是svpwm控制信号，也可
以是spwm控制信号，在实际应用中可以根据实际的控制需求灵活选取。而对于基于目标控制电压生成pwm控制信号的具体过程，可参照现有技术实现，本发明对此不做限定。
86.综上所述，本发明实施例提供的整流电路控制方法，整个控制过程并未涉及坐标转换运算，基于当前交流电压的相位确定参考电流的相位，不再基于锁相环进行锁相操作，与现有技术相比，整个控制过程耗时更短，进而提高响应效率，改善控制效果。
87.而且，参考电流的当前相位是基于采集得到的当前交流电压得到的，与交流电网的实时情况相对应，使得相位跟踪的误差更小，有助于提高控制精度。
88.进一步的，本发明提供的控制方法，以整流电路的当前工作参数为依据进行控制，使得相关工作参数的变化能够更快的体现到控制过程中，进一步增强控制过程的动态特性，增强对于电网突变的快速反应。
89.具体以整流电路的当前交流电压作为控制过程的输入参数之一，电路的实时电压能够参与整个控制过程，能够降低电流调节的难度，并能够很好的抑制交流电网本身的谐波。
90.进一步的，结合上述控制方法的实现过程可以看出，在对交流电流的控制过程中，只采用了比例控制器进行调节，这种控制方法容易造成静态误差，为了能够解决静态误差的问题，同时补偿由于硬件延迟、占空比丢失导致的电流畸变问题，本实施例在上述实施例的基础上，提供另外一种确定整流电路各相的参考电压的方法，该方法具体的流程框图如图5所示。
91.在得到整流电路交流侧各相的当前参考电流以及各相的当前交流电流之后，本实施例进一步引入各相对应的参考电流预设参考值，即图5所示的ilareflsat、ilbreflsat和ilcreflsat。可选的，在实际应用中，各相的参考电流预设参考值可以是相应相在上一控制周期中计算得到的当前参考电流，当然，也可以根据实际运行经验进行其他设置，在不超出本发明核心思想范围的情况下，同样属于本发明保护的范围内。
92.基于此，结合图5所示，分别将整流电路的各相作为目标相，计算目标相的当前参考电流与当前交流电流的差值，得到目标相的第一电流差值，进一步将目标相的第一电流差值输入第二预设控制器p1，得到目标相的参考电压第一分量。
93.计算目标相的参考电流预设参考值与当前交流电流的差值，得到目标相的第二电流差值，进一步将目标相的第二电流差值输入第三预设控制器p2，得到目标相的参考电压第二分量。
94.最后，计算目标相的参考电压第一分量和参考电压第二分量之和，即得到目标相的参考电压。
95.得到目标相的参考电压之后，基于相应的当前交流电压，便可确定目标控制电压并最终得到pwm控制信号，具体过程可参照前述内容，此处不再复述。
96.综上所述，本发明实施例提供的整流电路控制方法，通过电流补偿消除前述实施例提供的控制方法存在的静态误差的问题，同时还可以克服硬件延迟等原因导致的电流畸变。
97.而且，由于电流的控制和调节过程是基于p型控制器完成的，算法简单，不仅不会对电流相位造成影响，同时还可以提高调节效率。
98.可选的，本发明实施例还提供一种确定上述各项实施例所使用的第二预设控制器
和第三预设控制器的控制参数的方法：
99.本方法提供预设映射关系，该预设映射关系中记录有整流电路交流侧各相的交流电流与第二预设控制器以及第三预设控制器的控制参数之间的对应关系，在得到整流电路的当前交流电流之后，查询该预设映射关系，即可确定与整流电路各相的当前交流电流对应的第二预设控制器的控制参数，以及与整流电路各相的当前交流电流对应的第三预设控制器的控制参数。
100.可以想到的是，在构建预设映射关系的过程中，可以控制整流电路以不同的交流电流工作，即工作在不同的运行功率下，然后，通过不断调试，确定整流电路以当前交流电流工作时，谐波抑制效果最好的控制参数，以此类推，确定不同交流电流对应的预设控制器的最优控制参数，即可建立得到前述预设映射关系。
101.在实际应用中，可以根据整流电路在不同运行工况下的当前交流电流，确定与之适配的控制器参数，进而得到适合当前运行工况的预设控制器，有助于提高整流电路对交流谐波的抑制能力。
102.进一步的，在使用图5所示实施例提供的控制方法的情况下，由于需要获取上一控制周期中计算得到的当前参考电流作为本控制周期中的参考电流预设参考值，因此，在当前控制周期中，还需要存储整流电路交流侧各相的当前参考电流，作为下一控制周期的参考电流预设参考值使用。
103.可选的，在上述任一实施例中述及的第二预设控制器和第三预设控制器，在实际应用中，优选p型控制器，当然，也可以选用pi控制器，在不超出本发明核心思想范围的前提下，同样属于本发明保护的范围内。
104.图6为本发明实施例提供的控制器的结构框图，参见图6所示，可以包括：至少一个处理器100，至少一个通信接口200，至少一个存储器300和至少一个通信总线400；
105.在本发明实施例中，处理器100、通信接口200、存储器300、通信总线400的数量为至少一个，且处理器100、通信接口200、存储器300通过通信总线400完成相互间的通信；显然，图6所示的处理器100、通信接口200、存储器300和通信总线400所示的通信连接示意仅是可选的；
106.可选的，通信接口200可以为通信模块的接口，如gsm模块的接口；
107.处理器100可能是一个中央处理器cpu，或者是特定集成电路asic(application specific integrated circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
108.存储器300，存储有应用程序，可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
109.其中，处理器100具体用于执行存储器内的应用程序，以实现上述所述的整流电路控制方法的任一实施例。
110.可选的，本发明实施例还提供一种整流器，包括：整流电路和前述实施例提供的控制器，其中，
111.所述控制器与所述整流电路的交流侧、直流侧以及所述整流电路的控制端相连。
112.可选的，所述整流电路包括vienna整流电路。
113.本发明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。
114.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。