CN105048829A - 大功率pwm整流电源模块间的环流抑制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大功率PWM整流电源模块间的环流抑制方法、装置及系统，该方法包括：采集第一整流电源模块的三相输入电流，以获取第一整流电源模块与第二电源整流模块之间的环流；根据环流获取第一整流电源模块与第二整流电源模块的三角载波信号的相位差；根据载波相位差计算载波补偿延时时间；根据载波补偿延时时间调整第一整流电流模块的三角载波信号的相位，以同步第一整流电流模块与第二整流电流模块的三角载波信号的相位。本发明可以有效抑制两个整流电源模块间的环流，平衡两个整流电源模块的载荷，提高配电网的安全与稳定。

Description

大功率PWM整流电源模块间的环流抑制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种大功率PWM整流电源模块间的环流抑制方法。

背景技术

在电解、电镀、电化学等工业生产中，整流电源得到广泛应用，是直接关系产品质量和生产效率的关键设备。传统的整流电源通过采用功率二极管或晶闸管构成，会向电网注入大量谐波电流，导致生产设备的损耗与故障率增加。随着工业发展，对大功率整流电源的需求急剧增加，尤其是具有低谐波含量和高功率因数的损耗的大功率PWM整流器受到关注，特别是电镀与电解铜箔行业。

目前由于受到IGBT等全控型功率开关器件的功率等级限制，制造单台大功率PWM整流电源较为困难，并且成本较高。而整流电源模块并联对提高系统的冗余度和容量优势明显，采用模块化整流电源并联构成大功率整流电源已成为大功率整流电源的发展趋势。但是，当多个整流电源模块的投切时间不一致时，导致开关状态也不同步，从而会在整流电源模块之间产生环流，进一步容易导致其中一个整流电源模块过载，会影响到配电网的安全性、稳定性。

发明内容

本发明的其中一个目的在于提供一种大功率PWM整流电源模块间的环流抑制方法、装置及系统，以解决现有技术中多个整流电源模块投切时间不一致，导致整流电源模块之间产生环流影响配电网安全性的技术问题。

第一方面，本发明提出了一种大功率PWM整流电源模块间的环流抑制方法，该大功率PWM整流电源包括第一整流电源模块与第二整流模块，该方法包括：

采集第一整流电源模块的三相输入电流，以获取所述第一整流电源模块与所述第二电源整流模块之间的环流；

根据所述环流获取所述第一整流电源模块与所述第二整流电源模块的三角载波信号的相位差；

根据所述载波相位差计算载波补偿延时时间；

根据所述载波补偿延时时间调整所述第一整流电流模块的三角载波信号的相位，以同步所述第一整流电流模块与所述第二整流电流模块的三角载波信号的相位。

可选地，所述根据所述环流获取所述第一整流电源模块与所述第二整流电源模块的三角载波信号的相位差的步骤采用如下关系式计算：

$i_h=\frac{1.41U_{dc}}{{\mathrm{\π\ω}}_{c}L}\sqrt{2(1-cos\mathrm{\θ})}$

式中，U_dc为直流侧电压值，ω_c为角频率，L为交流侧的滤波电感，i_h为环流，θ为第一整流电流模块与第二整流电流模块的三角载波信号的相位。

可选地，所述根据所述载波相位差计算载波补偿延时时间的步骤采用如下关系式计算：

$\mathrm{\τ}=\frac{\mathrm{\θ}}{2\mathrm{\π}}{T}_c,$

式中，θ为第一整流电流模块与第二整流电流模块的三角载波信号的相位，T_c为三角载波周期，τ为载波补偿延时时间。

可选地，所述利用电流传感器采集第一整流电源模块的三相输入电流，以获取所述第一整流电源模块的环流的步骤采用如下关系式计算：

i_h＝(i_1a+i_1b+i_1c)＝-(i_2a+i_2b+i_2c)

式中，i_h为第一整流电源模块与第二电源整流模块之间的环流，i_1a、i_1b、i_1c分别为第一整流电源模块的三相输入电流，i_2a、i_2b、i_2c分别为第二整流电源模块的三相输入电流。

第二方面，本发明实施例提供了一种大功率PWM整流电源模块间的环流抑制装置，包括：

环流获取模块，用于采集第一整流电源模块的三相输入电流，以获取第一整流电源模块与第二电源整流模块之间的环流；

相位差获取模块，用于根据所述环流获取所述第一整流电源模块与所述第二整流电源模块的三角载波信号的相位差；

载波补偿延时时间获取模块，用于根据所述载波相位差计算载波补偿延时时间；

PWM调制模块，用于根据所述载波补偿延时时间调整所述第一整流电流模块的三角载波信号的相位，以同步所述第一整流电流模块与所述第二整流电流模块的三角载波信号的相位。

第三方面，本发明实施例还提供了一种大功率PWM整流电源模块间的环流抑制系统，包括上文所述的环流抑制装置。

本发明实施例通过采集整流电源模块的输入电流获取环流，根据环流得到两个整流电源模块的载波的相位差，进而得到载波补偿延时时间，根据该载波延时时间对其中一个整流电源模块的载波进行相位调整，以实现两个整流电源模块的相位同步，从而有效抑制两个整流电源模块间的环流，平衡两个整流电源模块的载荷，提高配电网的安全与稳定。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种大功率PWM整流电源模块间的环流抑制方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种大功率PWM整流电源模块间的环流抑制装置结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种大功率PWM整流电源模块间的环流抑制系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种大功率PWM整流电源模块间的环流抑制方法，该大功率PWM整流电源包括第一整流电源模块与第二整流模块，该方法包括：

S10、采集第一整流电源模块的三相输入电流，以获取第一整流电源模块与第二电源整流模块之间的环流；

S20、根据环流获取第一整流电源模块与第二整流电源模块的三角载波信号的相位差；

S30、根据载波相位差计算载波补偿延时时间；

S40、根据载波补偿延时时间调整第一整流电流模块的三角载波信号的相位，以同步第一整流电流模块与第二整流电流模块的三角载波信号的相位。

下面对本发明提供的环流抑制方法展开详细的说明。

首先，介绍S10、采集第一整流电源模块的三相输入电流，以获取第一整流电源模块与第二电源整流模块之间的环流的步骤。

对于由两个整流电源模块(第一整流电源模块、第二整流电源模块)并联构成的整流电源，本发明实施例在在每个采样周期的起点，采集整流电源其中一个模块的三相输入电流，根据该三相输入电流计算环流，如下式所示：

i_h＝(i_1a+i_1b+i_1c)＝-(i_2a+i_2b+i_2c)(1)

式(1)中，i_h为第一整流电源模块与第二电源整流模块之间的环流，i_1a、i_1b、i_1c分别为第一整流电源模块的三相输入电流，i_2a、i_2b、i_2c分别为第二整流电源模块的三相输入电流。

其次，介绍S20、根据环流获取第一整流电源模块与第二整流电源模块的三角载波信号的相位差的步骤。

本发明实施例中，利用双傅里面叶变换可以得到整流电源中环流与每个整流电源模块三角载波的相位差的关系式，如式(2)所示：

$i_h=\frac{1.41U_{dc}}{{\mathrm{\π\ω}}_{c}L}\sqrt{2(1-cos\mathrm{\θ})}---\left(2\right)$

式(2)中，U_dc为直流侧电压值，ω_c为角频率，L为交流侧的滤波电感，i_h为环流，θ为第一整流电流模块与第二整流电流模块的三角载波信号的相位差。

根据式(2)从而得到第一整流电源模块与第二整流电源模块的三角载波之间的相关差，如式(3)所示：

$\mathrm{\θ}=arccos\[1-\frac{1}{2}{\left(\frac{i_h\·\mathrm{\π}\·{\mathrm{\ω}}_c\·L}{1.41U_{dc}}\right)}^2\]---\left(3\right)$

再次，介绍S30、根据载波相位差计算载波补偿延时时间的步骤。

本发明实施例中，根据式(4)可以得到载波补偿延时时间τ：

$\mathrm{\τ}=\frac{\mathrm{\θ}}{2\mathrm{\π}}{T}_c---\left(4\right)$

式(4)中，θ为第一整流电流模块与第二整流电流模块的三角载波信号的相位差，T_c为三角载波周期，τ为载波补偿延时时间。

最后，介绍S40、根据载波补偿延时时间调整第一整流电流模块的三角载波信号的相位，以同步第一整流电流模块与第二整流电流模块的三角载波信号的相位的步骤。

本发明实施例中，将上文中所得的载波补偿延时时间τ传输至PWM调制模块，对采集三相输入电源所对应的整流电源模块的三角形载波进行调整，从而使第一整流电源模块与第二整流电源模块的载波相位保持一致，从而抑制两者之间的环流。

本发明实施例通过采集整流电源模块的输入电流获取环流，根据环流得到两个整流电源模块的载波的相位差，进而得到载波补偿延时时间，根据该载波延时时间对其中一个整流电源模块的载波进行相位调整，以实现两个整流电源模块的相位同步，从而有效抑制两个整流电源模块间的环流。本发明实施例提供的整流电源相与不进行补偿的整流电源相比可以降低60％以上的环流，同时保证整流电源的输入功率因素0.98以上，平衡两个整流电源模块的载荷，提高配电网的安全与稳定。

实施例二

如图2与图3所示，本发明实施例提供的大功率PWM整流电源包括：第一整流电源模块101与第二整流电源模块102并联构成的整流电源主电路100、环流抑制装置200和电压电流控制模块300。

其中，本发明实施例提供的环流抑制装置200，如图2与图3所示，包括：

环流获取模块202，用于采集第一整流电源模块的三相输入电流，以获取第一整流电源模块与第二电源整流模块之间的环流；其中，环流获取模块202计算采集单元201所采集的第二整流电源模块的三相输入电流i_2a、i_2b、i_2c计算该第二整流电源模块102的零序电流。该零序电流即为第一整流电源模块101与第二整流电源模块102之间的环流i_h。当然也可以采集第一整流电源模块101的三相输入电流i_1a、i_1b、i_1c。环流与三相输入电流之间的关系式如式(1)所示。

相位差获取模块203，用于根据环流获取第一整流电源模块与第二整流电源模块的三角载波信号的相位差；相位差获取模块203将环流i_h根据式(2)或者式(3)得到第一整流电源模块101与第二整流电源模块102的三角载波之间的相位差，该相位差θ导致两个整流电源模块相位不同，进而导致两个整流电源模块之间的负荷不均衡。

载波补偿延时时间获取模块204，用于根据载波相位差计算载波补偿延时时间；该载波补偿延时时间获取模块204根据式(4)结合相位差θ计算载波补偿延时时间τ。

PWM调制模块205，用于根据载波补偿延时时间调整第一整流电流模块的三角载波信号的相位，以同步第一整流电流模块与第二整流电流模块的三角载波信号的相位。

另外，本发明实施例提供的整流电源还包括电压电流控制模块300，该电压电流控制模块300对该整流电源进行直流侧的电压外环、无差拍电流内环的控制方式，以稳定该整流电源的电压与电流，提高系统的稳定性。当然，本领域技术人员也可以根据具体情况选择其他控制方式，本发明不作限定。

可选地，本发明实施例中环流抑制与电压电流控制采用分开方式，进一步提高整流电源的稳定性与可靠性。

本发明实施例提供的环流抑制装置与实施例所提供的环流抑制方法可以基于同样的发明目的，解决同样的技术问题，达到同样的技术效果，本发明实施例不再一一赘述。

实施例三

本发明实施例还提供了一种大功率PWM整流电源模块间的环流抑制系统，包括上文所述的环流抑制装置。基于同样的发明目的，解决同样的技术问题，达到同样的技术效果，本发明实施例不再一一赘述。

综上所述，本发明实施例提供的一种大功率PWM整流电源模块间的环流抑制方法、装置及系统，通过采集整流电源模块的输入电流获取环流，根据环流得到两个整流电源模块的载波的相位差，进而得到载波补偿延时时间，根据该载波延时时间对其中一个整流电源模块的载波进行相位调整，以实现两个整流电源模块的相位同步，从而有效抑制两个整流电源模块间的环流，平衡两个整流电源模块的载荷，提高配电网的安全与稳定。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (6)

1.一种大功率PWM整流电源模块间的环流抑制方法，其特征在于，该大功率PWM整流电源包括第一整流电源模块与第二整流模块，该方法包括：

采集第一整流电源模块的三相输入电流，以获取所述第一整流电源模块与所述第二电源整流模块之间的环流；

根据所述环流获取所述第一整流电源模块与所述第二整流电源模块的三角载波信号的相位差；

根据所述载波相位差计算载波补偿延时时间；

根据所述载波补偿延时时间调整所述第一整流电流模块的三角载波信号的相位，以同步所述第一整流电流模块与所述第二整流电流模块的三角载波信号的相位。

2.根据权利要求1所述的环流抑制方法，其特征在于，

所述根据所述环流获取所述第一整流电源模块与所述第二整流电源模块的三角载波信号的相位差的步骤采用如下关系式计算：

$i_h=\frac{1.41U_{dc}}{{\mathrm{\π\ω}}_{c}L}\sqrt{2(1-cos\mathrm{\θ})}$

式中，U_dc为直流侧电压值，ω_c为角频率，L为交流侧的滤波电感，i_h为环流，θ为第一整流电流模块与第二整流电流模块的三角载波信号的相位差。

3.根据权利要求1所述的环流抑制方法，其特征在于，

所述根据所述载波相位差计算载波补偿延时时间的步骤采用如下关系式计算：

$\mathrm{\τ}=\frac{\mathrm{\θ}}{2\mathrm{\π}}{T}_c,$

式中，θ为第一整流电流模块与第二整流电流模块的三角载波信号的相位，T_c为三角载波周期，τ为载波补偿延时时间。

4.根据权利要求1所述的环流抑制方法，其特征在于，

所述利用电流传感器采集第一整流电源模块的三相输入电流，以获取所述第一整流电源模块的环流的步骤采用如下关系式计算：

i_h＝(i_1a+i_1b+i_1c)＝-(i_2a+i_2b+i_2c)

式中，i_h为第一整流电源模块与第二电源整流模块之间的环流，i_1a、i_1b、i_1c分别为第一整流电源模块的三相输入电流，i_2a、i_2b、i_2c分别为第二整流电源模块的三相输入电流。

5.一种大功率PWM整流电源模块间的环流抑制装置，其特征在于，包括：

环流获取模块，用于采集第一整流电源模块的三相输入电流，以获取第一整流电源模块与第二电源整流模块之间的环流；

相位差获取模块，用于根据所述环流获取所述第一整流电源模块与所述第二整流电源模块的三角载波信号的相位差；

载波补偿延时时间获取模块，用于根据所述载波相位差计算载波补偿延时时间；

PWM调制模块，用于根据所述载波补偿延时时间调整所述第一整流电流模块的三角载波信号的相位，以同步所述第一整流电流模块与所述第二整流电流模块的三角载波信号的相位。

6.一种大功率PWM整流电源模块间的环流抑制系统，其特征在于，包括权利要求5所述的环流抑制装置。