CN102013682A - 一种电流注入装置及方法 - Google Patents

Abstract

本实施例公开了一种电流注入装置及方法，其中装置包括：电流给定模块、实际电流测量模块、实际电压测量模块、计算模块、PWM产生模块、直流母线逆变器和电抗器；本实施例通过电流给定模块给出设定的电流值，然后计算模块根据电流给定矢量和实际电流矢量之间的差值修正实际电压矢量，从而得到所需电压矢量，PWM产生模块根据所需电压矢量产生控制信号，以使用逆变器将直流母线提供的直流电源转换为PWM信号所对应的所需电压输入到电网上。本实施例可以通过电流给定模块来控制注入电网的电流的波形，而且还可以通过电流给定模块与实际电流模块之间的差值来调整对注入电网的电流值，从而使得电网中电流及其波形可以受到有效地控制。

Description

一种电流注入装置及方法

技术领域

本发明涉及电路领域，更具体地说，涉及一种电流注入装置及方法。

背景技术

目前，三相电网作为一组各相之间的相位差为120度的三相电压源，由于其电流受电网中的电网电压和负载阻抗的影响，所以电流并不固定；此时，电网上的电流值的变化都是被动的，只能被动的由外界负载来决定。

这样，在需要严格限制三相电网中的电流波形和功率因数时，就需要一种电流注入装置来使电网中的电流波形受到控制。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种电流注入装置及方法，以达到控制三相电网中的电流波形的目的。

本发明实施例是这样实现的：

一种电流注入装置，包括：

电流给定模块，用于设定所需波形的给定三相交流电流值，并将所述给定三相交流电流值换算成的电流给定矢量；

实际电流测量模块，用于测量所述电流注入装置连接到三相交流电网的导线中的实际三相交流电流值，并将该实际三相交流电流值换算成的实际电流矢量；

实际电压测量模块，用于测量所述电流注入装置连接到电网的导线中的三相交流电压值，并将该三相交流电压值换算成的实际电压矢量；

计算模块，用于分别获取所述电流给定矢量、所述实际电流测量矢量和所述实际电压矢量；根据所述电流给定矢量和所述实际电流测量矢量的得到电流差值，根据所述电流差值和所述实际电压矢量计算出所需电压矢量；

PWM产生模块，用于将所述所需电压矢量生成逆变器能够接收的PWM信号；

直流母线，用于存储直流电并提供直流电源；

逆变器，用于将直流母线提供的直流电源转换为注入电网的、与PWM信号所对应的电压波形的所需电压值。

电抗器，用于在输出所需电压时使电流连贯、光滑。

优选的，在本发明实施例中，所述电流给定模块包括所需电流值指定子模块和矢量转换子模块；所述所需电流值指定子模块用于设定所需波形的给定三相交流电流值，所述矢量转换子模块用于将所述给定三相交流电流值换算成电流给定矢量。

优选的，在本发明实施例中，所述实际电流测量模块包括电流测量子模块和矢量转换子模块；所述电流测量子模块用于测量所述电流注入装置连接到三相交流电网的导线中的实际三相交流电流值；所述矢量转换子模块用于将所述实际三相交流电流值换算成实际电流测量矢量。

优选的，在本发明实施例中，所述实际电压测量模块包括电压测量子模块和矢量转换子模块；所述电压测量子模块用于测量所述电流注入装置连接到电网的导线中的实际电压值；所述矢量转换子模块用于将所述实际电压值换算成实际电压矢量。

优选的，在本发明实施例中，所述矢量转换子模块中的矢量由公式：

$\left[\begin{array}{c}M\\ N\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}A\\ B\\ C\end{array}\right]$ 得出，其中：

A、B、C分别为三相电流或三相电压的三相值，M和N为所得矢量的两个分量值。

优选的，在本发明实施例中，所述计算模块包括矢量获取子模块和计算子模块；所述矢量获取子模块用于分别获取所述电流给定矢量、所述实际电流测量矢量和所述实际电压矢量；

所述计算子模块用于根据公式：

得出所需电压矢量；其中，为所需电压矢量，为电流给定矢量，为实际电流测量矢量，

为实际电压矢量。

本发明实施例还提供了一种电流注入方法，包括步骤：

设定所需波形的给定三相交流电流值，并将所述给定三相交流电流值换算成的电流给定矢量；

测量所述电流注入装置连接到电网的导线中的实际电流值，并将该实际电流值换算成的实际电流矢量；

测量所述电流注入装置连接到电网的导线中的电压值，并将该电压值换算成的实际电压矢量；

分别获取所述电流给定矢量、所述实际电流测量矢量和所述实际电压矢量；根据所述电流给定矢量和所述实际电流测量矢量的得到电流差值，根据所述电流差值和所述实际电压矢量计算出所需电压矢量；

根据所述所需电压矢量生成逆变器能够接收的PWM信号；

使用直流母线存储直流电并提供直流电源；

通过逆变器将直流母线提供的直流电源转换为注入电网的、与PWM信号所对应的电压波形的所需电压值。

在输出所需电压时使用电抗器将电流变的连贯、光滑。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例通过电流给定模块设定所需的电流波形和电流值并转换为电流给定矢量，接着，通过实际电流测量模块，将测得后的实际电流值转换为实际电流矢量，然后，通过实际电压测量模块将测得的电流注入装置连接到电网的导线中的电压值并换算成的实际电压矢量；通过计算模块根据电流给定矢量和实际电流矢量之间的差值修正实际电压矢量由，从而得到所需电压矢量。然后，PWM产生模块根据所需电压矢量产生控制信号，以使用逆变器将直流母线提供的直流电源转换为PWM信号所对应的电流波形的所需电压输入到电网上。由于在本发明实施例中，可以通过电流给定模块来控制注入电网的电流的波形，而且还可以通过电流给定模块与实际电流模块之间的差值来调整对注入电网的电流值，从而使得电网中的整流器流过的电流及其波形可以受到有效地控制。

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的介绍，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。

图1为本发明实施例中所述电流注入装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中通过电流给定模块设定的电流波形的示意图；

图3为本发明实施例中通过电流给定模块设定的又一电流波形的示意图；

图4为本发明实施例中通过电流给定模块设定的又一电流波形的示意图；

图5为本发明实施例中通过电流给定模块设定的又一电流波形的示意图；

图6为本发明实施例中通过电流给定模块设定的又一电流波形的示意图。

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，都属于本发明保护的范围。

实施例一

在本发明实施例中，所应用的场景可以为三相交流电网，为了使得三相交流电网中整流器流过的电流波形可以受到有效地控制。如图1所示，本发明实施例提供了一种电流注入装置，包括：

电流给定模块1，用于设定所需波形的给定三相交流电流值，并将所述给定三相交流电流值换算成的电流给定矢量；

通过电流给定模块2，可以设定一个所需三相交流电流的波形和电流值，也就是三相交流电网中所需要的稳定的电流值；然后，将所述所需电流值换算成电流给定矢量。在本发明实施例中，将所需电流值换算成电流给定矢量是因为，矢量值可以更加容易的进行后续的计算和产生控制信号。

当外界存储有多余的电能时，比如，由太阳能电池生成的电能在没有及时的消耗使用时，或，电动机由于减速而产生的电能时，或，某些机械中由于重物下降或反向拖动而带动电机而产生的电能等等，为了避免电能的浪费，需要将这些电能馈送到三相交流电网中，如图2所示，此时，电流给定模块1所设定的电流波形为三相交流电网中相位一致，以使逆变器7可以通过PWM产生模块5的PWM信号，以存储有上述多种直流电能的直流母线6为供电源，向三相交流电网输入和三相交流电网中相位一致的电压波形，从而可以向三相交流电网中注入电能。

当需要从三相交流电网中吸收电能时，如图3所示，此时，电流给定模块1所设定的电流波形为三相交流电网中相位相反，以使逆变器7可以通过PWM产生模块5的PWM信号，向三相交流电网输入和三相交流电网中相位相反的电压波形，从而可以从三相交流电网中吸收电能。

此外，当三相交流电网中出现谐波电流时，如图4所示，此时，电流给定模块1所设定的电流波形为与谐波电流相位相反，以使逆变器7可以通过PWM产生模块5的PWM信号，向三相交流电网输入和谐波电流相位相反的电压波形，从而可以抵消谐波电流。

此外，当三相交流电网中存在容性或感性负载时，由于负载消耗一部分无功电流，这些无功电流需要从三相交流电网中吸收，从而增加了三相交流电网的负担，此时，如图5所示，本发明实施例中的电流注入装置中的逆变器7还可以通过PWM产生模块5的PWM信号，向三相交流电网注入所需的无功电流，以使得三相交流电网无需提供该部分无功电流，从而起到无功补偿的作用。

此外，当需要模拟设定的负载时，如图6所示，此时，电流给定模块1可以将所设定的电流波形设为与该负载运行时相同的波形，以使逆变器7可以通过PWM产生模块5的PWM信号，向三相交流电网注入与使用负载相同的电流，形成一种虚拟负载，即可达到与连接使用负载完全相同的效果。

实际电流测量模块2，用于测量所述电流注入装置连接到电网的导线中的实际电流值，并将所述实际电流值换算成的实际电流矢量；

通过实际电流测量模块2，可以得知三相交流电网中实时的电流值，然后，也是为了可以更加容易的进行后续的计算和产生控制信号，还要将所述实际电流值换算成的实际电流矢量。

实际电压测量模块3，用于测量所述电流注入装置连接到电网的导线中的电压值，并将该电压值换算成的实际电压矢量；

在测量实际电流值的同时，本发明实施例中的电流注入装置还通过实际电压测量模块3，测量所述电流注入装置连接到电网的导线中的实时的电压值，同理，也是为了可以更加容易的进行后续的计算和产生控制信号，还要将所述电压值换算成的实际电压矢量。

计算模块4，用于分别获取所述电流给定矢量、所述实际电流测量矢量和所述实际电压矢量；根据所述电流给定矢量和所述实际电流测量矢量的得到电流差值，根据所述电流差值和所述实际电压矢量计算出所需电压矢量；

本发明实施例中，计算模块4的作用是在获取所述电流给定矢量、所述实际电流测量矢量和所述实际电压矢量后，计算所述电流给定矢量和所述实际电流测量矢量的差值，从而可以得出目前的实际电流是大于还是小于所需的电流；然后通过将该差值与所述实际电压矢量相加，以调整所需电压矢量比实际电压矢量相比增大或变小。具体的，当实际电流是大于所需的电流时，差值为负值，该差值与所述实际电压矢量相加会使得所述所需电压矢量小于电压测量矢量；当实际电流是大于所需的电流时，则使得所述所需电压矢量大于实际电压矢量。这样，就起到了根据所述电流给定矢量、所述实际电流测量矢量和所述电压测量矢量调整的作用。

PWM产生模块5，用于将所述所需电压矢量生成逆变器7能够接受的PWM信号；

在得到所需电压矢量后，还要通过PWM产生模块5，将所述所需电压矢量生成逆变器7能够接受的PWM信号，从而可以根据所需电压矢量控制逆变器7产生相应的三相交流电压；

直流母线6，用于存储直流电并提供直流电源；在本发明实施例中，直流母线可以等效为直流电容，可以储蓄直流电并为逆变器提供电源。

逆变器7，用于将直流母线6提供的直流电源转换为注入电网的、与PWM信号所对应的电压波形的所需电压值的电压波形。

由于计算模块4可以调整所需电压矢量，根据所述所需电压矢量，PWM产生模块5生成的PWM控制信号可以控制逆变器7，使逆变器7产生的电压在注入三相交流电网时的电流与给定三相交流电流值保持一致，即，使注入三相交流电网的电流为所需要的电流值。

通过本发明实施例中的电流注入装置，从而使得注入三相交流电网中的电流为所需的波形且能够稳定在设定的所需电流值，进而使注入三相交流电网的电流可以受到有效地控制。

在本发明实施例中，还包括有电抗器8，从而在输出所需电压时使电流连贯、光滑。具体的，通过将电抗器8与逆变器7连接，使得在电流注入三相交流电网时更加的连贯、光滑。

实施例二

在上述实施例中，所述电流给定模块还可以包括所需电流值指定子模块和矢量转换子模块；所述所需电流值指定子模块用于设定所需波形的给定三相交流电流值，所述矢量转换子模块用于将所述给定三相交流电流值换算成电流给定矢量。

所述实际电流测量模块还可以包括电流测量子模块和矢量转换子模块；所述电流测量子模块用于测量所述电流注入装置连接到三相交流电网的导线中的实际三相交流电流值；所述矢量转换子模块用于将所述实际三相交流电流值换算成实际电流测量矢量。

所述实际电压测量模块还可以包括电压测量子模块和矢量转换子模块；所述电压测量子模块用于测量所述电流注入装置连接到电网的导线中的实际电压值；所述矢量转换子模块用于将所述实际电压值换算成实际电压矢量。

在本发明实施例中，设有的矢量转换子模块可以通过坐标系矢量解耦原理，利用公式：

$\left[\begin{array}{c}M\\ N\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}A\\ B\\ C\end{array}\right]$ 得出，其中：

A、B、C分别为三相电流或三相电压的三相值，M和N为所得矢量的两个分量值。从而可以将三相交流电流或电压值换算为一个矢量。

在本发明实施例中，计算模块还可以包括矢量获取子模块和计算子模块；所述矢量获取子模块用于分别获取所述电流给定矢量、所述实际电流测量矢量和所述实际电压矢量；

所述计算子模块用于根据公式：

得出所需电压矢量；其中，

为所需电压矢量，

为电流给定矢量，

为实际电流测量矢量，

为实际电压矢量。

在获取所述电流给定矢量、所述实际电流测量矢量和所述实际电压矢量后，计算子模块计算所述电流给定矢量和所述实际电流测量矢量的差值，从而可以得出目前的实际电流是大于还是小于所需的电流；然后通过将该差值与所述实际电压矢量相加，以调整所需电压矢量比实际电压矢量相比增大或变小。具体的，当实际电流是大于所需的电流时，差值为负值，该差值与所述实际电压矢量相加会使得所述所需电压矢量小于电压测量矢量；当实际电流是大于所需的电流时，则使得所述所需电压矢量大于实际电压矢量。这样，就起到了根据所述电流给定矢量、所述实际电流测量矢量和所述电压测量矢量调整的作用。

实施例三

本发明实施例还提供了一种电流注入方法，包括步骤：

设定所需波形的给定三相交流电流值，并将所述给定三相交流电流值换算成的电流给定矢量；

通过设定一个所需三相交流电流的波形和电流值，也就是三相交流电网中所需要的稳定的电流值；然后，将所述所需电流值换算成电流给定矢量。在本发明实施例中，将所需电流值换算成电流给定矢量是因为，矢量值可以更加容易的进行后续的计算和产生控制信号。

测量所述电流注入装置连接到电网的导线中的实际电流值，并将该实际电流值换算成的实际电流矢量；

得知三相交流电网中实时的电流值后，也是为了可以更加容易的进行后续的计算和产生控制信号，还要将所述实际电流值换算成的实际电流矢量。

测量所述电流注入装置连接到电网的导线中的电压值，并将该电压值换算成的实际电压矢量；

在测量所述电流注入装置连接到电网的导线中的实时的电压值后，同理，也是为了可以更加容易的进行后续的计算和产生控制信号，还要将所述电压值换算成的实际电压矢量。

分别获取所述电流给定矢量、所述实际电流测量矢量和所述实际电压矢量；根据所述电流给定矢量和所述实际电流测量矢量的得到电流差值，根据所述电流差值和所述实际电压矢量计算出所需电压矢量；

本发明实施例中，可以在获取所述电流给定矢量、所述实际电流测量矢量和所述实际电压矢量后，计算所述电流给定矢量和所述实际电流测量矢量的差值，从而可以得出目前的实际电流是大于还是小于所需的电流；然后通过将该差值与所述实际电压矢量相加，以调整所需电压矢量比实际电压矢量相比增大或变小。具体的，当实际电流是大于所需的电流时，差值为负值，该差值与所述实际电压矢量相加会使得所述所需电压矢量小于电压测量矢量；当实际电流是大于所需的电流时，则使得所述所需电压矢量大于实际电压矢量。这样，就起到了根据所述电流给定矢量、所述实际电流测量矢量和所述电压测量矢量调整的作用。

根据所述所需电压矢量生成逆变器能够接收的PWM信号；

在得到所需电压矢量后，还要将所述所需电压矢量生成逆变器能够接受的PWM信号，从而可以根据所需电压矢量控制逆变器产生相应的三相交流电压；

使用直流母线存储直流电并提供直流电源；这里通过使用直流母线作为供电电源，从而使得逆变器可以产生三相交流电压。

通过逆变器将直流母线提供的直流电源转换为注入电网的、与PWM信号所对应的电压波形的所需电压值。

在调整所需电压矢量后，根据所述所需电压矢量，逆变器生成的PWM控制信号可以控制逆变器，使逆变器产生的电压在注入三相交流电网时的电流与给定三相交流电流值保持一致，即，使注入三相交流电网的电流为所需要的电流值。

通过本发明实施例中的电流注入方法，从而使得注入三相交流电网中的电流为所需的波形且能够稳定在设定的所需电流值，进而使注入三相交流电网的电流可以受到有效地控制。

在上述实施例中，还可以包括步骤：在输出所需电压时使用电抗器将电流变的连贯、光滑。

在本发明实施例中，还可以包括有电抗器，从而在输出所需电压时使电流连贯、光滑。具体的，通过将电抗器与逆变器连接，使得在电流注入三相交流电网时更加的连贯、光滑。

在本发明实施例中，所述电流注入方法的具体原理和有益效果与实施例一中的电流注入装置类似，在此就不再赘述。

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的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。

Claims (7)

1.一种电流注入装置，其特征在于，包括：

电流给定模块，用于设定所需波形的给定三相交流电流值，并将所述给定三相交流电流值换算成的电流给定矢量；

实际电流测量模块，用于测量所述电流注入装置连接到三相交流电网的导线中的实际三相交流电流值，并将该实际三相交流电流值换算成的实际电流矢量；

实际电压测量模块，用于测量所述电流注入装置连接到电网的导线中的三相交流电压值，并将该三相交流电压值换算成的实际电压矢量；

计算模块，用于分别获取所述电流给定矢量、所述实际电流测量矢量和所述实际电压矢量；根据所述电流给定矢量和所述实际电流测量矢量的得到电流差值，根据所述电流差值和所述实际电压矢量计算出所需电压矢量；

PWM产生模块，用于将所述所需电压矢量生成逆变器能够接收的PWM信号；

直流母线，用于存储直流电并提供直流电源；

逆变器，用于将直流母线提供的直流电源转换为注入电网的、与PWM信号所对应的电压波形的所需电压值；

电抗器，用于在输出所需电压时使电流连贯、光滑。

2.根据权利要求1所述电流注入装置，其特征在于，所述电流给定模块包括所需电流值指定子模块和矢量转换子模块；所述所需电流值指定子模块用于设定所需波形的给定三相交流电流值，所述矢量转换子模块用于将所述给定三相交流电流值换算成电流给定矢量。

3.根据权利要求1所述电流注入装置，其特征在于，所述实际电流测量模块包括电流测量子模块和矢量转换子模块；所述电流测量子模块用于测量所述电流注入装置连接到三相交流电网的导线中的实际三相交流电流值；所述矢量转换子模块用于将所述实际三相交流电流值换算成实际电流测量矢量。

4.根据权利要求1所述电流注入装置，其特征在于，所述实际电压测量模块包括电压测量子模块和矢量转换子模块；所述电压测量子模块用于测量所述电流注入装置连接到电网的导线中的实际电压值；所述矢量转换子模块用于将所述实际电压值换算成实际电压矢量。

5.根据权利要求2至4中任一所述电流注入装置，其特征在于，所述矢量转换子模块中的矢量由公式：

$\left[\begin{array}{c}M\\ N\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}A\\ B\\ C\end{array}\right]$ 得出，其中：

A、B、C分别为三相电流或三相电压的三相值，M和N为所得矢量的两个分量值。

6.根据权利要求5所述电流注入装置，其特征在于，所述计算模块包括矢量获取子模块和计算子模块；所述矢量获取子模块用于分别获取所述电流给定矢量、所述实际电流测量矢量和所述实际电压矢量；

所述计算子模块用于根据公式：

得出所需电压矢量；其中，

为所需电压矢量，

为电流给定矢量，

为实际电流测量矢量，

为实际电压矢量。

7.一种电流注入方法，其特征在于，包括步骤：

设定所需波形的给定三相交流电流值，并将所述给定三相交流电流值换算成的电流给定矢量；

测量所述电流注入装置连接到电网的导线中的实际电流值，并将该实际电流值换算成的实际电流矢量；

测量所述电流注入装置连接到电网的导线中的电压值，并将该电压值换算成的实际电压矢量；

分别获取所述电流给定矢量、所述实际电流测量矢量和所述实际电压矢量；根据所述电流给定矢量和所述实际电流测量矢量的得到电流差值，根据所述电流差值和所述实际电压矢量计算出所需电压矢量；

根据所述所需电压矢量生成逆变器能够接收的PWM信号；

使用直流母线存储直流电并提供直流电源；

通过逆变器将直流母线提供的直流电源转换为注入电网的、与PWM信号所对应的电压波形的所需电压值；

在输出所需电压时使用电抗器将电流变的连贯、光滑。

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