一种可控整流方法、装置和电力电子设备与流程

本申请涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种可控整流方法、装置和电力电子设备。

背景技术：

可靠性是大功率变频器、电子电子变压器、直流变压器、有源功率因数矫正器等电力电子设备的重要指标。对于上述电力电子设备来说，都具有可控整流电路和逆变电路，在对输入电流进行可控整流过程中，可控整流电路的稳定工作有赖于输入电压的采样，即稳定的采样电压是可控整流电路稳定工作的关键因素。当输入电压因受到严重干扰或其他原因而出现畸变时，会导致采样电压随之畸变，受畸变的采样电压的影响，会导致可控整流的输出电流的随之发生严重畸变，如图1所示，此时会引起设备的过流保护，从而导致上述电力电子设备无法正常工作。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种可控整流方法、装置和电力电子设备，用于对输入电压进行重构，避免当电力电子设备在输入电压发生畸变时导致其无法正常工作。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种可控整流方法，应用于电力电子设备，所述电力电子设备包括可控整流电路，所述可控整流方法包括步骤：

检测所述可控整流电路的输入电压的相位角；

根据所述相位角和所述输入电压的幅值对所述输入电压进行重构，得到重构电压；

根据所述重构电压对所述输入电压的采样电压进行修正，得到所述输入电压的参考电压；

根据所述参考电压控制所述可控整流电路对所述输入电压进行整流。

可选的，所述根据所述相位角和所述输入电压的幅值对所述输入电压进行重构，包括：

根据所述相位角与所述幅值计算所述输入电压中一相的单相重构电压；

根据另外两相与所述一相的相位差计算所述另外两相的单相重构电压，三个单相重构电压构成所述重构电压。

可选的，所述将所述重构电压对所述输入电压的采样电压进行修正，包括：

计算所述重构电压与所述采样电压之间的差值；

当所述差值小于或等于预设阈值时，将所述采样电压输出为所述参考电压；

当所述差值大于所述预设阈值时，将所述重构电压输出为所述参考电压。

可选的，所述预设阈值为所述输入电压的峰值的20％。

一种可控整流装置，应用于电力电子设备，所述电力电子设备包括可控整流电路，所述可控整流装置包括：

相位检测模块，用于检测所述可控整流电路的输入电压的相位角；

电压重构模块，用于根据所述相位角和所述输入电压的幅值对所述输入电压进行重构，得到重构电压；

电压修正模块，用于根据所述重构电压对所述输入电压的采样电压进行修正，得到所述输入电压的参考电压；

整流控制模块，用于根据所述参考电压控制所述可控整流电路对所述输入电压进行整流。

可选的，所述电压重构模块包括：

第一重构单元，用于根据所述相位角与所述幅值计算所述输入电压中一相的单相重构电压；

第二重构单元，用于根据另外两相与所述一相的相位差计算所述另外两相的单相重构电压，三个单相重构电压构成所述重构电压。

可选的，所述电压修正模块包括：

差值计算单元，用于计算所述重构电压与所述采样电压之间的差值；

第一输出单元，用于当所述差值小于或等于预设阈值时，将所述采样电压输出为所述参考电压；

第二输出单元，用于当所述差值大于所述预设阈值时，将所述重构电压输出为所述参考电压。

可选的，所述预设阈值为所述输入电压的峰值的20％。

一种电力电子设备，包括可控整流电路，还包括如上所述的可控整流装置。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种可控整流方法、装置和电力电子设备，该方法和装置应用于电力电子设备，电力电子设备包括可控整流电路，该可控整流方法具体为检测可控整流电路的输入电压的相位角；根据相位角和输入电压的幅值对输入电压进行重构，得到重构电压；根据重构电压对输入电压的采样电压进行修正，得到输入电压的参考电压；根据参考电压控制可控整流电路对输入电压进行整流。通过电压重构的方法得到重构电压，并在输入电压受到干扰的情况下将重构电压替代采样电压作为设备的参考电压，避免了电力电子设备在输入电压发生畸变时无法正常工作的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。

图1为本申请提供的一种采样电压-输出电流示意图；

图2为本申请实施例提供的一种可控整流方法的步骤流程图；

图3为本申请实施例提供的参考电压重构示意图；

图4为本申请实施例提供的电力电子设备的控制系统的原理图；

图5为本申请实施例提供的另一种采样电压-输出电流示意图；

图6为本申请实施例提供的一种可控整流装置的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图2为本申请实施例提供的一种可控整流方法的步骤流程图。

如图2所示，本实施例提供了一种可控整流方法，该方法应用于电力电力电子设备，该电力电子设备为大功率变频器、电子电子变压器、直流变压器、有源功率因数矫正器等，至少包括可控整流电路，该可控整流方法用于具体对该可控整流电路进行控制，具体包括如下步骤：

s101：检测可控整流电路的输入电压。

这里的输入电压可以看做是整个电力电子设备的输入电压，也即电网的输入电压，电网的工作环境一般较为恶劣，容易受到雷电、其他电力用户的大功率电气设备的干扰，从而使输入电压的波形产生畸变。这也是本申请所提供技术方案所要解决的技术问题。为了对可控整流电路进行控制，首先要做的就是对输入电压进行检测，得到输入电压的相位角和其幅值。

一般来说，输入电压的幅值时基本固定的，对于低压电网来说，其幅值为相电压的1.414倍，具体来说为伏。

s102：根据相位角和幅值对输入电压进行重构。

所谓重构是指根据输入电压的相关参数构造出波形较为理想的电压信号，该电压信号更为贴近贴近没有收到干扰的理想电压。这里选择的参数为输入电压的相位角和幅值，通过相位角和幅值构造出重构电压，具体步骤如下：

首先，根据相位角和幅值构造成三相输入电压中一相输入电压的重构电压；然后，根据计算出的一相的重构电压对其余两相进行计算，从而得到另外两相的重构电压。其具体的计算公式如下：

其中，uacal为a相的重构电压，ubcal和uccal为b相和c相的重构电压，u为三相输入电压的幅值，θ为相位角，该相位角其实为时间t的函数，本式中省略了该时间函数t。

s103：根据重构电压对输入电压的采样电压进行修正。

这里的修正是指将上述可控整流电路所需要的参考电压的波形进行理想化修正，在得到输入电压的采样电压和重构电压后，通过利用重构电压对采样电压的修正处理，得到波形理想的参考电压。具体步骤如下：

首先，计算采样电压和重构电压之间的差值，当差值较小时可以认为输入电压本身稳定，其采样电压就可以作为参考电压使用，当两者之间差值较大时，则认为输入电压受到了较大的干扰，再利用其采样电压对可控整流电路进行控制就会导致出现过流保护；因此，当两者之间的差值小于或等于预设阈值时，就将该输入电压的采样电压输出为参考电压；当两者之间的差值大于预设阈值时，就将重构电压输出为参考电压。

以a相的输入电压为例，如图3所示，图中t0-t1时间段内，因|uacal-uaad|≤ufa，ufa为上述的预设阈值，则该电力电子设备中实际用于计算的输入电压为采样电压的相电压，即ua＝uaad；t1-t2时间段内，因|uacal-uaad|>ufa，则电力电子设备中实际用于计算的输入电压为重构电压，即ua＝uacal；t2-t3时间段内，因|uacal-uaad|≤ufa，则电力电子设备中实际用于计算的输入电压为采样电压的相电压，即ua＝uaad。

上述预设阈值一般取实际电压峰值的20％，也可根据实际使用需求进行调整。

s104：根据参考电压控制可控整流电路对输入电压进行整流。

在得到上述参考电压后，以该参考电压为根据控制可控整流电路工作，即对输入电压进行整流处理，从而得到共后续电路进行逆变或其他处理的直流电压。

以双闭环控制三相可控整流电路的控制系统为例，该控制系统的原理图如附图4所示，将上述识别处理后的参考电压代入图中指令电压矢量计算部分的计算公式中：

其中：

这样一来，实际用于控制系统中的参考电压就将采样获得的电压干扰部分进行了有效去除，避免了在输入电压受到干扰时，控制系统仍使用干扰的采样电压进行计算，因电流异常而导致设备无法正常工作的问题，从而提高了电力电子设备的运行可靠性。在输入电压干扰较大时，电力电子设备仍能正常工作，电流不会出现严重畸变引起过流问题，如图5所示。

从上述技术方案可以看出，本申请提供了一种可控整流方法，该方法应用于电力电子设备，电力电子设备包括可控整流电路，该可控整流方法具体为检测可控整流电路的输入电压的相位角；根据相位角和输入电压的幅值对输入电压进行重构，得到重构电压；根据重构电压对输入电压的采样电压进行修正，得到输入电压的参考电压；根据参考电压控制可控整流电路对输入电压进行整流。通过电压重构的方法得到重构电压，并在输入电压受到干扰的情况下将重构电压替代采样电压作为设备的参考电压，避免了电力电子设备在输入电压发生畸变时无法正常工作的问题。

实施例二

图6为本申请实施例提供的一种可控整流装置的结构框图。

如图6所示，本实施例提供了一种可控整流装置，该装置应用于电力电力电子设备，该电力电子设备为大功率变频器、电子电子变压器、直流变压器、有源功率因数矫正器等，至少包括可控整流电路，该可控整流装置用于具体对该可控整流电路进行控制，具体包括相位检测模块10、电压重构模块20、电压修正模块30和整流控制模块40。

相位检测模块用于检测可控整流电路的输入电压。

这里的输入电压可以看做是整个电力电子设备的输入电压，也即电网的输入电压，电网的工作环境一般较为恶劣，容易受到雷电、其他电力用户的大功率电气设备的干扰，从而使输入电压的波形产生畸变。这也是本申请所提供技术方案所要解决的技术问题。为了对可控整流电路进行控制，首先要做的就是对输入电压进行检测，得到输入电压的相位角和其幅值。

一般来说，输入电压的幅值时基本固定的，对于低压电网来说，其幅值为相电压的1.414倍，具体来说为伏。

电压重构模块用于根据相位角和幅值对输入电压进行重构。

所谓重构是指根据输入电压的相关参数构造出波形较为理想的电压信号，该电压信号更为贴近贴近没有收到干扰的理想电压。这里选择的参数为输入电压的相位角和幅值，通过相位角和幅值构造出重构电压，该模块包括第一重构单元和第二重构单元。

第一重构单元用于根据相位角和幅值构造成三相输入电压中一相输入电压的重构电压；第二重构单元用于根据计算出的一相的重构电压对其余两相进行计算，从而得到另外两相的重构电压。

其具体的计算公式如下：

其中，uacal为a相的重构电压，ubcal和uccal为b相和c相的重构电压，u为三相输入电压的幅值，θ为相位角，该相位角其实为时间t的函数，本式中省略了该时间函数t。

电压修正模块用于根据重构电压对输入电压的采样电压进行修正。

这里的修正是指将上述可控整流电路所需要的参考电压的波形进行理想化修正，在得到输入电压的采样电压和重构电压后，通过利用重构电压对采样电压的修正处理，得到波形理想的参考电压。该模块包括差值计算单元、第一输出单元和第二输出单元。

差值计算单元用于计算采样电压和重构电压之间的差值，当差值较小时可以认为输入电压本身稳定，其采样电压就可以作为参考电压使用，当两者之间差值较大时，则认为输入电压受到了较大的干扰，再利用其采样电压对可控整流电路进行控制就会导致出现过流保护；第一输出单元用于当两者之间的差值小于或等于预设阈值时，将该输入电压的采样电压输出为参考电压；第二输出单元用于当两者之间的差值大于预设阈值时，将重构电压输出为参考电压。

以a相的输入电压为例，如图3所示，图中t0-t1时间段内，因|uacal-uaad|≤ufa，ufa为上述的预设阈值，则该电力电子设备中实际用于计算的输入电压为采样电压的相电压，即ua＝uaad；t1-t2时间段内，因|uacal-uaad|>ufa，则电力电子设备中实际用于计算的输入电压为重构电压，即ua＝uacal；t2-t3时间段内，因|uacal-uaad|≤ufa，则电力电子设备中实际用于计算的输入电压为采样电压的相电压，即ua＝uaad。

上述预设阈值一般取实际电压峰值的20％，也可根据实际使用需求进行调整。

整流控制模块用于根据参考电压控制可控整流电路对输入电压进行整流。

在得到上述参考电压后，以该参考电压为根据控制可控整流电路工作，即对输入电压进行整流处理，从而得到共后续电路进行逆变或其他处理的直流电压。

以双闭环控制三相可控整流电路的控制系统为例，该控制系统的原理图如附图4所示，将上述识别处理后的参考电压代入图中指令电压矢量计算部分的计算公式中：

其中：

这样一来，实际用于控制系统中的参考电压就将采样获得的电压干扰部分进行了有效去除，避免了在输入电压受到干扰时，控制系统仍使用干扰的采样电压进行计算，因电流异常而导致设备无法正常工作的问题，从而提高了电力电子设备的运行可靠性。在输入电压干扰较大时，电力电子设备仍能正常工作，电流不会出现严重畸变引起过流问题，如图5所示。

从上述技术方案可以看出，本申请提供了一种可控整流装置，该装置应用于电力电子设备，电力电子设备包括可控整流电路，该可控整流装置具体为检测可控整流电路的输入电压的相位角；根据相位角和输入电压的幅值对输入电压进行重构，得到重构电压；根据重构电压对输入电压的采样电压进行修正，得到输入电压的参考电压；根据参考电压控制可控整流电路对输入电压进行整流。通过电压重构的方法得到重构电压，并在输入电压受到干扰的情况下将重构电压替代采样电压作为设备的参考电压，避免了电力电子设备在输入电压发生畸变时无法正常工作的问题。

实施例三

本实施例提供了一种电力电子设备，该电力电子设备具体为大功率变频器、电子电子变压器、直流变压器、有源功率因数矫正器等，至少包括可控整流电路，还包括可控整流装置，该可控整流装置用于具体对该可控整流电路进行控制。

该可控整流装置具体用于检测可控整流电路的输入电压的相位角；根据相位角和输入电压的幅值对输入电压进行重构，得到重构电压；根据重构电压对输入电压的采样电压进行修正，得到输入电压的参考电压；根据参考电压控制可控整流电路对输入电压进行整流。通过电压重构的方法得到重构电压，并在输入电压受到干扰的情况下将重构电压替代采样电压作为设备的参考电压，避免了电力电子设备在输入电压发生畸变时无法正常工作的问题。

本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本申请实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请实施例是参照根据本申请实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。

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、物品或者终端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、物品或者终端设备所固有的要素。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、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请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申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，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申请的限制。