电流畸变抑制方法、装置、控制器、整流系统及存储介质与流程

1.本发明涉及电流控制技术领域，尤其涉及一种电流畸变抑制方法、装置、控制器、整流系统及存储介质。


背景技术：

2.vienna整流器作为一种应用广泛的电源转换器，在正常运行时，应该满足重要限制条件。当整流器运行在非理想情况时，使用传统的载波调制策略会违反重要限制条件，在电流过零点不满足重要限制条件，电流波形在过零点处将发生畸变，影响vienna整流器工作性能。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供了一种电流畸变抑制方法、装置、控制器、整流系统及存储介质，以解决现有技术vienna整流器电流波形在过零点处发生畸变的问题。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种电流畸变抑制方法，应用于vienna整流器，该方法包括：
5.监测vienna整流器的目标相的调制电压波形；其中，目标相为vienna整流器三相中的任意一相；
6.若监测到目标相的调制电压波形处于过零区间，则控制目标相对应的开关管脉冲闭锁，以使目标相的调制电压波形在过零区间内电压为零，其中，过零区间以目标相的标准调制电压波形的过零点为中心。
7.在一种可能的实现方式中，该方法还包括：
8.监测vienna整流器的当前输出功率；
9.根据当前输出功率，确定过零区间的区间长度；
10.根据区间长度和目标相的标准调制电压波形的过零点，确定过零区间。
11.在一种可能的实现方式中，根据当前输出功率，确定过零区间的区间长度，包括：
12.在当前输出功率小于或者等于第一预设功率值时，确定区间长度为第一长度；
13.在当前输出功率大于第一预设功率值时，且小于或者等于第二预设功率值时，确定区间长度为第二长度；
14.在当前输出功率大于第二预设功率值时，确定区间长度为第三长度；
15.其中，第一预设功率值小于或者等于第二预设功率值；第二长度为当前输出功率的减函数，且第二长度的取值范围的上限为第一长度，下限为第三长度。
16.在一种可能的实现方式中，根据当前输出功率选择区间长度的公式为：
[0017][0018]
其中，d为区间长度，p为当前输出功率。
[0019]
在一种可能的实现方式中，目标相包括vienna整流器第一相、第二相和第三相；若监测到目标相的调制电压波形处于过零区间，则控制目标相对应的开关管脉冲闭锁，包括：
[0020]
若监测到第一相的调制电压波形处于过零区间，则控制第一相对应的开关管脉冲闭锁；
[0021]
若监测到第二相的调制电压波形处于过零区间，则控制第二相对应的开关管脉冲闭锁；
[0022]
若监测到第三相的调制电压波形处于过零区间，则控制第三相对应的开关管脉冲闭锁。
[0023]
在一种可能的实现方式中，该方法还包括：
[0024]
若监测到目标相的调制电压波形不处于过零区间，则控制目标相对应的开关管解除脉冲闭锁。
[0025]
第二方面，本发明实施例提供了一种电流畸变抑制装置，应用于vienna整流器，该装置包括：
[0026]
第一监测模块，用于监测vienna整流器的目标相的调制电压波形；其中，目标相为vienna整流器三相中的任意一相；
[0027]
控制模块，用于若监测到目标相的调制电压波形处于过零区间，则控制目标相对应的开关管脉冲闭锁，以使目标相的调制电压波形在过零区间内电压为零，其中，过零区间以目标相的标准调制电压波形的过零点为中心。
[0028]
第三方面，本发明实施例提供了一种控制器，包括存储器和处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式电流畸变抑制方法的步骤。
[0029]
第四方面，本发明提供一种整流系统，包括如上第三方面的控制器和vienna整流器；vienna整流器受控于控制器。
[0030]
第五方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式电流畸变抑制方法的步骤。
[0031]
本发明实施例提供一种电流畸变抑制方法、装置、控制器、整流系统及存储介质，通过监测vienna整流器的目标相的调制电压波形，若监测到目标相的调制电压波形处于过零区间，则控制目标相对应的开关管脉冲闭锁，即关闭对应相开关管的驱动，对应相的电流会由于器件惯性，平滑的延续先前的变化趋势，以使目标相的调制电压逐渐变为零，避免了目标相的电流在过零点处的谐波，控制方式简便，抑制vienna整流器的电流过零点畸变，提高vienna整流器的工作可靠性。
附图说明
[0032]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]
图1是本发明实施例提供的vienna整流器电流波形图；
[0034]
图2是本发明实施例提供的一种vienna整流器的电路结构示意图；
[0035]
图3是本发明实施例提供的非理想vienna整流器的相位关系图；
[0036]
图4是本发明实施例提供的电流畸变抑制方法的实现流程图；
[0037]
图5是本发明实施例提供的vienna整流器的三相电压波形图；
[0038]
图6是本发明实施例提供的补偿后的vienna整流器的调制电压波形图；
[0039]
图7是本发明实施例提供的电流畸变抑制装置的结构示意图；
[0040]
图8是本发明实施例提供的控制器的示意图。
具体实施方式
[0041]
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
[0042]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
[0043]
参见图1，其示出了本发明实施例提供的vienna整流器电流波形图。如图所示，发明人发现，15k降本电源模块pfc(power factor correction，功率因数校正)侧更换升压电感、mos管后，输入电流谐波会增大，超出指标要求。半载下，谐波大小为4.6％、4.5％、5.05％，明显超出指标要求。根据图1可以得到，尤其是在输入电压过零点时，电流畸变较为明显。
[0044]
vienna整流器正常工作需要满足重要限制条件(important requirement，ir)：vienna整流器各相输入端口电压的极性必须与对应的各相网侧电流的极性一致。这是由vienna整流器自身的电路结构决定的，如图2所示，分析电路拓扑图易知，输入端口电压的值由输入电流的极性和开关状态共同决定，并且输入端口电压的极性与输入电流的极性保持一致。
[0045]
vienna整流器在正常运行时，应该满足重要限制条件。但是当整流器运行在非理想情况时，使用传统的载波调制策略会违反重要限制条件。如图3所示，其示出了本发明实施例提供的非理想vienna整流器的相位关系图。对于三相三相制的vienna整流器，调制波中的偏移电压对线电压的影响被抵消了，因此中只考虑了正弦参考电压。图3中，通过dq控制可以使输入电流(ik)的相角跟踪电网电压(vk)的相角，但正弦调制电压波形会滞后输入电流波形，其相角差为θz。因此在电流过零点不满足重要限制条件，电流波形在过零点处将发生畸变，且当电感的内阻增大或输入电流的幅值增大时，相角差θz也随着增大。
[0046]
为解决vienna整流器电流过零点畸变问题，本发明实施例提供了电流畸变抑制方法，参见图4，其示出了本发明实施例提供的电流畸变抑制方法的实现流程图。如图4所示，一种电流畸变抑制方法，应用于vienna整流器，该方法可以包括：
[0047]
s101，监测vienna整流器的目标相的调制电压波形；其中，目标相为vienna整流器三相中的任意一相。
[0048]
可选的，vienna整流器的三相包括第一相、第二相和第三相。每一相均对应一组开关管。调制电压波形为横坐标表示时间或者周期，纵坐标表示电压的正弦波。目标相的调制
电压波形用于控制目标相的开关管，进而控制目标相的电流波形。可以通过vienna整流器的pfc控制环路得到各相的调制电压波形。
[0049]
示例性的，参见图2，第一相a的调制电压波形用于控制开关管sa1和sa2，第二相b的调制电压波形用于控制开关管sb1和sb2，第三相c的调制电压波形用于控制开关管sc1和sc2。
[0050]
s102，若监测到目标相的调制电压波形处于过零区间，则控制目标相对应的开关管脉冲闭锁，以使目标相的调制电压波形在过零区间内电压为零，其中，过零区间以目标相的标准调制电压波形的过零点为中心。
[0051]
可选的，若监测到目标相的调制电压波形不处于过零区间，则控制目标相对应的开关管解除脉冲闭锁，目标相对应的开关管恢复至正常工作状态。
[0052]
可选的，标准调制电压波形为标准正弦波，对于标准正弦波而言，在一个周期中，其可以包括0、π、2π三个过零点，在过零点处，标准调制电压波形的电压值为零。过零区间为以过零点为中心的邻域，也即为包括过零点左右一部分宽度的区域。
[0053]
一般情况下，目标相的调制电压波形会由于升压电感的因素，会滞后于目标相的电压波形。过零区间也可以为过零点的右邻域。不过考虑到硬件电路采集和判断过程均需一定时间，因此，过零区间一般为以过零点为中心的邻域。过零区间的范围和区间长度可以根据实际需要进行设置。
[0054]
vienna整流器的各相之间相差120
°
，在一个电网周期中，各相的过零点均不相同，因此，vienna整流器中各相的过零区间的区间长度相同，但过零区间的位置不同，每一相对应不同的过零区间。
[0055]
示例性的，参见图5，其示出了本发明实施例提供的vienna整流器的三相电压波形图。如图5所示，在一个电网周期中，划分为六个区域，ua、ub、uc的过零点位置均不相同，本发明会对每一相进行分别控制，达到各相在各相过零点处的电压为零，以达到抑制过零点畸变的目的。
[0056]
可选的，控制目标相对应的开关管脉冲闭锁即控制目标相的开关管的占空比为零，控制开关管处于断开状态。在控制目标相的开关管脉冲闭锁后，目标相的对应的调制电压会逐渐降为零，该时间很短，几乎可以忽略不计。一般情况下，控制目标相的开关管脉冲闭锁后，目标相的开关管的驱动关闭，而目标相的电流会由于器件惯性，平滑的延续先前的变化趋势，以使目标相的调制电压逐渐变为零，从而避免目标相的电流在过零点处的产生谐波。
[0057]
具体的，目标相包括vienna整流器第一相、第二相和第三相。
[0058]
若监测到第一相的调制电压波形处于过零区间，则控制第一相对应的开关管脉冲闭锁，以使第一相在第一相的过零区间内电压为零；
[0059]
若监测到第二相的调制电压波形处于过零区间，则控制第二相对应的开关管脉冲闭锁，以使第二相在第二相的过零区间内电压为零；
[0060]
若监测到第三相的调制电压波形处于过零区间，则控制第三相对应的开关管脉冲闭锁，以使第三相在第三相的过零区间内电压为零。
[0061]
在本发明中，可以对三相中的一相、两相或者三相进行过零区间脉冲闭锁控制，具体根据实际需要进行选择。
[0062]
示例性的，图6是本发明实施例提供的补偿后的vienna整流器的调制电压波形图，如图6所示，在过零区间控制目标相对应的开关管脉冲闭锁后，目标相的调制电压波形在过零点处的值为零，避免目标相的电流在过零点处发生畸变。
[0063]
本发明实施例通过在目标相的过零区间，控制目标相的开关管脉冲闭锁，目标相的电流由于器件惯性，会逐渐变为零，从而可以抑制目标相在过零点处的电流畸变，控制方式简便，兼容性高，适用范围广，可以提高vienna整流器的工作可靠性，保证设备的用电安全。
[0064]
在本发明的一些实施例中，可以根据vienna整流器的功率确定过零区间的区间长度，具体包括：
[0065]
监测vienna整流器的当前输出功率；
[0066]
根据当前输出功率，确定过零区间的区间长度；
[0067]
根据区间长度和目标相的标准调制电压波形的过零点，确定过零区间。
[0068]
对于vienna整流器而言，其输出功率越大，电流畸变对其影响越小，过零区间的区间长度可以越小。可以在抑制电流畸变的同时，降低开关管的脉冲闭锁时长，提高vienna整流器的工作效率。
[0069]
可选的，可以通过实际测得的最优谐波结果，整定出当前输出功率和区间长度的关系。
[0070]
具体的，根据当前输出功率，确定过零区间的区间长度可以包括：
[0071]
在当前输出功率小于或者等于第一预设功率值时，确定区间长度为第一长度；
[0072]
在当前输出功率大于第一预设功率值时，且小于或者等于第二预设功率值时，确定区间长度为第二长度；
[0073]
在当前输出功率大于第二预设功率值时，确定区间长度为第三长度；
[0074]
其中，第一预设功率值小于或者等于第二预设功率值；第二长度为当前输出功率的减函数，且第二长度的取值范围的上限为第一长度，下限为第三长度。
[0075]
其中，根据当前输出功率选择区间长度的公式为：
[0076][0077]
其中，d为区间长度，p为当前输出功率。即：
[0078]
vienna整流器的当前输出功率p≤10kw时，区间长度d＝0.1；
[0079]
vienna整流器的当前输出功率p处于10kw到20kw之间时，区间长度d由0.1线性减小至0；
[0080]
vienna整流器的当前输出功率p≥20kw时，区间长度d＝0。
[0081]
示例性的，对于目标相而言，假设该相的过零点为0、π，则：在当前输出功率为10kw时，目标相的过零区间包括[-0.05，0.05]和[π-0.05，π 0.05]，在如上两个区间内，控制目标相对应的开关管脉冲闭锁。
[0082]
本发明通过在过零区间内，控制目标相对应的开关管脉冲闭锁，并在过零区间外，控制目标相对应的开关管正常工作，可以抑制vienna整流器的电流过零点畸变。并且通过输出功率确定合适的过零区间的区间长度，动态调整过零区间，兼容性高，可以提高vienna
整流器的工作效率。
[0083]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
[0084]
以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。
[0085]
图7示出了本发明实施例提供的电流畸变抑制装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
[0086]
如图7所示，电流畸变抑制装置20，应用于vienna整流器，可以包括：
[0087]
第一监测模块201，用于监测vienna整流器的目标相的调制电压波形；其中，目标相为vienna整流器三相中的任意一相；
[0088]
控制模块202，用于若监测到目标相的调制电压波形处于过零区间，则控制目标相对应的开关管脉冲闭锁，以使目标相的调制电压波形在过零区间内电压为零，其中，过零区间以目标相的标准调制电压波形的过零点为中心。
[0089]
在本发明的一些实施例中，电流畸变抑制装置20还可以包括：
[0090]
第二监测模块，用于监测vienna整流器的当前输出功率；
[0091]
选择模块，用于根据当前输出功率，确定过零区间的区间长度；
[0092]
区间确定模块，用于根据区间长度和目标相的标准调制电压波形的过零点，确定过零区间。
[0093]
在本发明的一些实施例中，选择模块可以包括：
[0094]
第一选择单元，用于在当前输出功率小于或者等于第一预设功率值时，确定区间长度为第一长度；
[0095]
第二选择单元，用于在当前输出功率大于第一预设功率值时，且小于或者等于第二预设功率值时，确定区间长度为第二长度；
[0096]
第三选择单元，用于在当前输出功率大于第二预设功率值时，确定区间长度为第三长度；其中，第一预设功率值小于或者等于第二预设功率值；第二长度为当前输出功率的减函数，且第二长度的取值范围的上限为第一长度，下限为第三长度。
[0097]
在本发明的一些实施例中，根据当前输出功率选择区间长度的公式为：
[0098][0099]
其中，d为区间长度，p为当前输出功率。
[0100]
在本发明的一些实施例中，目标相包括vienna整流器第一相、第二相和第三相；控制模块202可以包括：
[0101]
第一控制单元，用于若监测到第一相的调制电压波形处于过零区间，则控制第一相对应的开关管脉冲闭锁；
[0102]
第二控制单元，用于若监测到第二相的调制电压波形处于过零区间，则控制第二相对应的开关管脉冲闭锁；
[0103]
第三控制单元，用于若监测到第三相的调制电压波形处于过零区间，则控制第三
相对应的开关管脉冲闭锁。
[0104]
在本发明的一些实施例中，电流畸变抑制装置20还可以包括：
[0105]
解除闭锁模块，用于若监测到目标相的调制电压波形不处于过零区间，则控制目标相对应的开关管解除脉冲闭锁。
[0106]
图8是本发明实施例提供的控制器的示意图。如图8所示，该实施例的控制器30包括：处理器300和存储器301，存储器301存储有可在处理器300上运行的计算机程序302。处理器300执行计算机程序302时实现上述各个电流畸变抑制方法实施例中的步骤，例如图4所示的s101至s102。或者，处理器300执行计算机程序302时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图7所示模块/单元201至202的功能。
[0107]
示例性的，计算机程序302可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器301中，并由处理器300执行，以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序302在控制器30中的执行过程。例如，计算机程序302可以被分割成图7所示的模块/单元201至202。
[0108]
控制器30可以是dsp芯片或者单片机。控制器30可包括，但不仅限于，处理器300、存储器301。本领域技术人员可以理解，图8仅仅是控制器30的示例，并不构成对控制器30的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如控制器还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
[0109]
所称处理器300可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0110]
存储器301可以是控制器30的内部存储单元，例如控制器30的硬盘或内存。存储器301也可以是控制器30的外部存储设备，例如控制器30上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，存储器301还可以既包括控制器30的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器301用于存储计算机程序以及控制器所需的其他程序和数据。存储器301还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0111]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0112]
本发明实施例还提供一种整流系统，包括如上的控制器30和vienna整流器；
vienna整流器受控于控制器30。
[0113]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0114]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0115]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/控制器和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/控制器实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0116]
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单元来实现本实施例方案的目的。
[0117]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0118]
集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个电流畸变抑制方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
[0119]
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，均应包含在本发明的保护范围之内。