一种两级式单相变流器控制方法和控制装置与流程

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种两级式单相变流器控制方法和控制装置。

背景技术：

两级式单相变流器是由前级的dc/dc变换器和后级的单相变流器级联而成，如图1所示。

在两级式单相变流器中，单相变流器的瞬时输出功率包含二倍频分量，会直接导致直流母线电容电压、单相变流器输入电流、dc/dc变换器电流(例如dc/dc变换器输出电流、dc/dc变换器输入电流、dc/dc变换器内部电流)都包含二倍频分量，而dc/dc变换器电流中的二倍频分量会导致dc/dc变换器的损耗加大，从而导致效率降低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种两级式单相变流器控制方法和控制装置，以实现对dc/dc变换器电流中的二倍频分量的抑制。

一种两级式单相变流器控制方法，包括：

计算得到两级式单相变流器的任一电气运行参数中包含的二倍频分量；

将所述二倍频分量取反后作为调节器的输入；

将所述调节器的输出作为补偿量叠加到dc/dc变换器控制指令上，得到补偿后的dc/dc变换器控制指令。

可选的，所述任意一个电气运行参数为单相变流器瞬时输出功率、直流母线电容电压、dc/dc变换器输出电流、dc/dc变换器输入电流或dc/dc变换器内部电流。

可选的，计算得到单相变流器瞬时输出功率中包含的二倍频分量，包括：

将单相变流器调制电压乘以单相变流器输出电流，得到单相变流器瞬时输出功率，然后对单相变流器瞬时输出功率进行滤波求取单相变流器瞬时输出功率中的二倍频分量。

可选的，当所述dc/dc变换器为非隔离型dc/dc变换器时，计算得到dc/dc变换器输出电流、dc/dc变换器输入电流或dc/dc变换器内部电流中包含的二倍频分量，包括：

采样得到dc/dc变换器输出电流、dc/dc变换器输入电流或dc/dc变换器内部电流，然后对其进行滤波处理得到本电气运行参数中包含的二倍频分量；

当所述dc/dc变换器为隔离型dc/dc变换器时，计算得到dc/dc变换器输出电流、dc/dc变换器输入电流或dc/dc变换器内部电流中包含的二倍频分量，包括：

采样得到dc/dc变换器输出电流或dc/dc变换器输入电流，然后对其进行滤波处理得到本电气运行参数中包含的二倍频分量；或者，采样得到dc/dc变换器内部电流，对采样得到的dc/dc变换器内部电流取绝对值后再进行滤波处理，得到其中包含的二倍频分量。

一种两级式单相变流器控制装置，包括：

计算单元，用于计算得到两级式单相变流器的任一电气运行参数中包含的二倍频分量；

调节单元，用于将所述二倍频分量取反后作为调节器的输入；

补偿单元，用于将所述调节器的输出作为补偿量叠加到dc/dc变换器控制指令上，得到补偿后的dc/dc变换器控制指令。

可选的，所述任意一个电气运行参数为单相变流器瞬时输出功率、直流母线电容电压、dc/dc变换器输出电流、dc/dc变换器输入电流或dc/dc变换器内部电流。

可选的，所述计算单元通过将单相变流器调制电压乘以单相变流器输出电流，得到单相变流器瞬时输出功率，然后对单相变流器瞬时输出功率进行滤波求取单相变流器瞬时输出功率中的二倍频分量。

可选的，所述计算单元采用dft或者rdft算法计算直流母线电容电压中的二倍频分量。

可选的，当所述dc/dc变换器为非隔离型dc/dc变换器时，所述计算单元通过采样得到dc/dc变换器输出电流、dc/dc变换器输入电流或dc/dc变换器内部电流，然后对其进行滤波处理得到本电气运行参数中包含的二倍频分量；

当所述dc/dc变换器为隔离型dc/dc变换器时，所述计算单元通过采样得到dc/dc变换器输出电流或dc/dc变换器输入电流，然后对其进行滤波处理得到本电气运行参数中包含的二倍频分量，或者，所述计算单元通过采样得到dc/dc变换器内部电流，对采样得到的dc/dc变换器内部电流取绝对值后再进行滤波处理，得到其中包含的二倍频分量。

从上述的技术方案可以看出，本发明通过在dc/dc变换器控制指令的基础上补偿一个二倍频分量取反后经过调节器调制输出的指令值，来达到按照dc/dc变换器电流减小二倍频分量的方向去改变dc/dc变换器控制环路的控制量的目的，从而消除dc/dc变换器电流中包含的二倍频分量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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。

图1为现有技术公开的一种两级式单相变流器结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种两级式单相变流器控制方法流程图；

图3为由n个两级式单相变流器级联而成的单相系统结构示意图；

图4为本发明实施例公开的一种两级式单相变流器控制装置结构示意图。

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。

参见图2，本发明实施例公开了一种两级式单相变流器控制方法，包括：

步骤s21：计算得到两级式单相变流器的任一电气运行参数中包含的二倍频分量。

具体的，所述两级式单相变流器的任一电气运行参数，可以是单相变流器瞬时输出功率p，可以是直流母线电容电压udc，也可以是dc/dc变换器电流。所述dc/dc变换器电流可以是dc/dc变换器输出电流io，可以是dc/dc变换器输入电流iin，也可以是dc/dc变换器内部电流il。

所述两级式单相变流器支持能量双向流动、上述“输入”、“输出”是根据能量流动方向定义的。举例说明，当单相变流器进行逆变工作时，则单相变流器靠近电网的一侧为输出侧，当单相变流器进行整流工作时，则单相变流器靠近电网的一侧为输入侧。

所述两级式单相变流器中的dc/dc变换器，可以是隔离型dc/dc变换器，也可以是非隔离型dc/dc变换器，如果是隔离型dc/dc变换器，则所述dc/dc变换器内部电流il具体是指dc/dc变换器内部电感电流，如果是非隔离型dc/dc变换器，则所述dc/dc变换器内部电流il具体是指dc/dc变换器内部电感电流或dc/dc变换器内部变压器电流。而且，所述两级式单相变流器可以应用于由n(n≥1)个两级式单相变流器构成的单相系统，也可以应用于由m(m≥3)个两级式单相变流器构成的三相系统。

举个例子，图3示出了由n个两级式单相变流器级联而成的单相系统，这n个两级式单相变流器中的dc/dc变换器为隔离型dc/dc变换器，该隔离型dc/dc变换器包括原边的dc/ac变换模块和副边的ac/dc变换模块，这n个隔离型dc/dc变换器共用一个dc/ac变换模块。或者，也可以把这n个隔离型dc/dc变换器分为多组，每组共用一个dc/ac变换模块。

其中，计算得到p中包含的二倍频分量的方法，具体描述如下：

在所述单相系统中，可以通过将单相变流器调制电压乘以单相变流器输出电流得到单相变流器瞬时输出功率p，然后对p进行滤波求取p中的二倍频分量。即：获取单相变流器调制电压u＝u·sin(ωt)以及单相变流器输出电流i＝i·sin(ωt+θ)，计算得到单相变流器瞬时输出功率p，其表达式为然后对p进行滤波，得到p中的二倍频分量式中，ω表示角频率，u表示单相变流器调制电压峰值，i表示单相变流器输出电流峰值，t表示时间，θ表示初始相位角。

这里需要说明的是，本实施例之所以采用单相变流器调制电压而不是电网电压去求取p中的二倍频分量，主要是因为单相变流器调制电压的初始相位与电网电压相位存在差异，这个差异将直接反映到p中的二倍频分量的初始相位上，而这个初始相位的差异会导致下述步骤s22～步骤s23中的调节器的输出产生偏差，从而导致本实施例对p中的二倍频分量的抑制效果变差，所以本实施例采用变流器调制电压而不是电网电压去求取的p中的二倍频分量会更加精确。

其中，计算得到udc中包含的二倍频分量的方法，具体描述如下：

通过dft(discretefouriertransform，离散傅里叶变换)或者rdft(recursivediscretefouriertransform，递归离散傅里叶变换)算法计算udc中的二倍频分量。

这里需要说明的是，本实施例之所以采用dft或者rdft算法计算udc中的二倍频分量，而不采用高通或带通滤波器获得udc中的二倍频分量，主要是因为采用高通或带通滤波器容易引入相位误差，而这部分相位误差会导致对dc/dc变换器电流中的二倍频分量抑制效果变差。

其中，计算得到io、iin或il中包含的二倍频分量的方法，具体描述如下：

如果是非隔离型dc/dc变换器(例如buck变换器)，则首先采样得到io、iin或il，然后对其进行滤波处理得到本电气运行参数中包含的二倍频分量；

如果是隔离型dc/dc变换器(例如高频llc谐振dc/dc变换器)，则可以首先采样得到io或iin，然后对其进行滤波处理得到本电气运行参数中包含的二倍频分量；或者，也可以首先采样得到il，il为高频电流(比如开关频率100khz)，其中包含二倍频包络，将采样得到的il取绝对值，则il中包含的二倍频包络表现为二倍频分量，对取绝对值后的il进行滤波处理即可得到这部分二倍频分量，可视为il中包含的二倍频分量。

这里需要说明的是，dc/dc变换器本身具备采样电流的硬件能力，作为控制以及电流保护用，所以可以直接利用dc/dc变换器现有的电流传感器采样电流求取二倍频分量。

步骤s22：将所述二倍频分量取反后作为调节器的输入。

具体的，假设两级式单相变流器的任一电气运行参数中包含的二倍频分量为e，则将所述二倍频分量取反得到-e。以在所述单相系统中，计算得到单相变流器瞬时输出功率p中包含的二倍频分量为例，则对其取反得到

步骤s23：将所述调节器的输出作为补偿量叠加到dc/dc变换器控制指令上，得到补偿后的dc/dc变换器控制指令。

具体的，两级式单相变流器的前后级独立控制，dc/dc变换器具有独立的控制环路，例如双闭环控制环路。dc/dc变换器控制环路的基本思想是按照被控变量偏离期望值的相反方向改变控制量，从而消除被控变量的实际值与期望值之间的偏差。所述被控变量包括dc/dc变换器电流，消除dc/dc变换器电流的实际值与期望值之间的偏差，就是消除dc/dc变换器电流的实际值中包含的二倍频分量。由上述基本思想可知，想要消除dc/dc变换器电流的实际值中包含的二倍频分量，就要按照dc/dc变换器电流减小二倍频分量的方向去改变控制量。而按照dc/dc变换器电流减小二倍频分量的方向去改变控制量，就是在dc/dc变换器控制指令的基础上叠加一个二倍频分量取反后经过调节器调制输出的值。

在dc/dc变换器控制指令的基础上叠加一个二倍频分量取反后经过调节器调制输出的值，实质就是在原dc/dc变换器控制环路的基础上叠加一个以该值为控制目标的控制环路。由于是两者并联关系，所以不会对原dc/dc变换器控制环路造成影响。另外，以该值为控制目标的控制环路的带宽可以设置为远低于原dc/dc变换器控制环路的带宽，所以不会影响dc/dc变换器的动态响应速度。再者，本实施例无需增加任何硬件，只需要增加部分控制算法，简单易行，而且对变基波频率的应用场景具有自适应性。

其中，所述调节器的类型根据所述两级式单相变流器的任一电气运行参数的类型来设置，具体为：当所述两级式单相变流器的任一电气运行参数为p或udc时，所述调节器可采用p调节器(即比例调节器)或pi调节器(即比例积分调节器)；当所述两级式单相变流器的任一电气运行参数为io、iin或il时，所述调节器可采用pr调节器(即比例谐振调节器)、p调节器(即比例调节器)或pi调节器(即比例积分调节器)。

所述调节器的输出，因dc/dc变换器的拓扑结构来设置，比如说，当dc/dc变换器为buck变换器时，所述调节器的输出形式为占空比；当dc/dc变换器为高频llc谐振dc/dc变换器时，所述调节器的输出形式为频率。

由以上对本实施例的描述可知，本实施例通过在dc/dc变换器控制指令的基础上补偿一个二倍频分量取反后经过调节器调制输出的指令值，来达到按照dc/dc变换器电流减小二倍频分量的方向去改变dc/dc变换器控制环路的控制量的目的，从而消除dc/dc变换器电流中包含的二倍频分量。

此外，与上述方法实施例相对应的，本发明实施例还公开了一种两级式单相变流器控制装置，如图4所示，包括：

计算单元100，用于计算得到两级式单相变流器的任一电气运行参数中包含的二倍频分量；

调节单元200，用于将所述二倍频分量取反后作为调节器的输入；

补偿单元300，用于将所述调节器的输出作为补偿量叠加到dc/dc变换器控制指令上，得到补偿后的dc/dc变换器控制指令。

可选的，所述任意一个电气运行参数为单相变流器瞬时输出功率、直流母线电容电压、dc/dc变换器输出电流、dc/dc变换器输入电流或dc/dc变换器内部电流。

可选的，计算单元100通过将单相变流器调制电压乘以单相变流器输出电流，得到单相变流器瞬时输出功率，然后对单相变流器瞬时输出功率进行滤波求取单相变流器瞬时输出功率中的二倍频分量。

可选的，计算单元100采用dft或者rdft算法计算直流母线电容电压中的二倍频分量。

可选的，计算单元100通过采样得到dc/dc变换器输出电流、dc/dc变换器输入电流或dc/dc变换器内部电流，然后对其进行滤波处理得到本电气运行参数中包含的二倍频分量。

综上所述，本发明通过在dc/dc变换器控制指令的基础上补偿一个二倍频分量取反后经过调节器调制输出的指令值，来达到按照dc/dc变换器电流减小二倍频分量的方向去改变dc/dc变换器控制环路的控制量的目的，从而消除dc/dc变换器电流中包含的二倍频分量。

本说明书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。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。