CN113507227B - 一种整流器及其控制方法和控制系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种整流器及其控制方法和控制系统，包括：确定出整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，并基于误差确定出整流器端口所需模拟的期望电阻值；根据整流器输入端的电网电流以及模拟的谐波阻抗，确定出用于补偿谐波的谐波补偿电压；通过整流器的等效电感估计值，确定出整流器端口所需模拟的负电感，并通过负电感确定出用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值；根据期望电阻值，谐波补偿电压以及电感压降补偿值，确定出当前所需要的整流器端口的电压参考值，以调制出PWM脉冲并进行所述整流器的驱动控制。应用本申请的方案，实现了在无电网电压传感器时，有效地降低整流器的电流谐波，且实现了高功率因数。

Description

一种整流器及其控制方法和控制系统
技术领域
本发明涉及交直流电能变换技术领域，特别是涉及一种整流器及其控制方法和控制系统。
背景技术
随着非线性负载被使用地越来越多，电能质量越来越差，损耗以及电磁干扰问题趋于严重。有源整流器具有输入功率因数可控、输入电流正弦等优点，是一个提高电能质量的有效解决方案，可以从源头上提高电能质量。
目前，通过采样电网电压以及电网电流，很多控制器都能很好地实现整流器的高功率因数运行，并且在电网畸变条件下实现很好的电流控制。但是，与控制系统的总成本相比，电网电压传感器和电网电流传感器成本较高。此外，无电网电压传感器的方案也有利于提高可靠性，即，不会因为电网电压传感器故障使得控制中断。因此，各种无电网电压传感器的方案应运而生。但是，目前的无电网电压传感器的方案中，常用的是基于观测器的无传感器控制方案，由于观测器带宽受限，因此无法很好抑制电网电压的畸变，导致电流谐波较高。此外，无电网电压传感器的控制，通常难以实现高功率因数。
综上所述，如何在无电网电压传感器时，有效地降低电流谐波，实现高功率因数，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种整流器及其控制方法和控制系统，以在无电网电压传感器时，有效地降低电流谐波，实现高功率因数。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种整流器的控制方法，包括：
确定出整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，并基于所述误差确定出整流器端口所需模拟的期望电阻值；
根据所述整流器输入端的电网电流以及模拟的谐波阻抗，确定出用于补偿谐波的谐波补偿电压；
通过所述整流器的等效电感估计值，确定出整流器端口所需模拟的负电感，并通过所述负电感确定出用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值；
根据所述期望电阻值，所述谐波补偿电压以及所述电感压降补偿值，确定出当前所需要的整流器端口的电压参考值，以根据确定出的所述整流器端口的电压参考值调制出PWM脉冲并进行所述整流器的驱动控制。
优选的，确定出整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，并基于所述误差确定出整流器输入端口所需模拟的期望电阻值，包括：
确定出整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，并利用比例积分调节器确定出与所述误差相对应的整流器端口所需模拟的期望电阻值，以降低所述误差。
优选的，所述谐波阻抗为由重复控制器和陷波器组成的谐波阻抗，且传递函数X(s)表示为：
Figure BDA0003160146550000021
其中，e为自然常数，ω为电网角频率，ζ为所述陷波器的阻尼系数，s为拉式因子。
优选的，通过所述整流器的等效电感估计值，确定出整流器端口所需模拟的负电感，包括：
通过极值搜索算法估计出所述整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000022
并基于所述等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000023
确定出整流器端口所需模拟的负电感Le。
优选的，通过极值搜索算法估计出所述整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000024
并基于所述等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000025
确定出整流器端口所需模拟的负电感Le，包括：
确定出检测到的所述整流器输入端的电网电流Is的幅值Isp；
将电网电流is的幅值Isp输入至预设的滤波器中，并将得到的结果进行解调，以获得包含了估计电感与实际等效电感之间的误差信息的解调信号ξ；
将所述解调信号ξ进行积分，得到估计出的所述整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000026
将所述整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000027
与预设信号asin(ωxt)叠加，得到整流器端口所需模拟的负电感Le；a为预设信号的幅值参数，ωx为预设信号的角频率，t表示时间。
优选的，将电网电流is的幅值Isp输入至预设的滤波器中，并将得到的结果进行解调，包括：
将电网电流is的幅值Isp输入至预设的带通滤波器H(s)中，并将得到的结果乘以sin(ωxt)进行解调，以获得包含了估计电感与实际等效电感之间的误差信息的解调信号ξ；
其中，所述带通滤波器H(s)的传递函数为
Figure BDA0003160146550000031
ξx为所述带通滤波器H(s)的阻尼系数，s为拉式因子，解调信号ξ表示为：
Figure BDA0003160146550000032
Figure BDA0003160146550000033
为电感偏差参数且
Figure BDA0003160146550000034
L*为实际等效电感；
f为表示电网电流is的幅值Isp与整流器端口所需模拟的负电感Le之间的关系的函数，且
Figure BDA0003160146550000035
优选的，通过所述负电感确定出用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值，包括：
通过二阶广义积分器确定出滞后于电网电流is 90°的电流信号isβ；
将所述电流信号isβ乘以-ωLe，得到确定出的用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值；
Le为整流器端口所需模拟的负电感，ω为电网角频率。
一种整流器的控制系统，包括：
期望电阻值模拟模块，用于确定出整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，并基于所述误差确定出整流器端口所需模拟的期望电阻值；
谐波补偿电压模拟模块，用于根据所述整流器输入端的电网电流以及模拟的谐波阻抗，确定出用于补偿谐波的谐波补偿电压；
负电感模拟模块，用于通过所述整流器的等效电感估计值，确定出整流器端口所需模拟的负电感，并通过所述负电感确定出用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值；
整流器驱动控制模块，用于根据所述期望电阻值，所述谐波补偿电压以及所述电感压降补偿值，确定出当前所需要的整流器端口的电压参考值，以根据确定出的所述整流器端口的电压参考值调制出PWM脉冲并进行所述整流器的驱动控制。
优选的，期望电阻值模拟模块，具体用于：
确定出整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，并利用比例积分调节器确定出与所述误差相对应的整流器端口所需模拟的期望电阻值，以降低所述误差。
优选的，所述谐波阻抗为由重复控制器和陷波器组成的谐波阻抗，且传递函数X(s)表示为：
Figure BDA0003160146550000041
其中，e为自然常数，ω为电网角频率，ζ为所述陷波器的阻尼系数，s为拉式因子。
优选的，所述负电感模拟模块通过所述整流器的等效电感估计值，确定出整流器端口所需模拟的负电感，具体包括：
通过极值搜索算法估计出所述整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000042
并基于所述等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000043
确定出整流器端口所需模拟的负电感Le。
优选的，所述负电感模拟模块通过极值搜索算法估计出所述整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000044
并基于所述等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000045
确定出整流器端口所需模拟的负电感Le，具体包括：
所述负电感模拟模块确定出检测到的所述整流器输入端的电网电流Is的幅值Isp；
将电网电流is的幅值Isp输入至预设的滤波器中，并将得到的结果进行解调，以获得包含了估计电感与实际等效电感之间的误差信息的解调信号ξ；
将所述解调信号ξ进行积分，得到估计出的所述整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000046
将所述整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000047
与预设信号a sin(ωxt)叠加，得到整流器端口所需模拟的负电感Le；a为预设信号的幅值参数，ωx为预设信号的角频率，t表示时间。
优选的，所述负电感模拟模块将电网电流is的幅值Isp输入至预设的滤波器中，并将得到的结果进行解调，具体包括：
将电网电流is的幅值Isp输入至预设的带通滤波器H(s)中，并将得到的结果乘以sin(ωxt)进行解调，以获得包含了估计电感与实际等效电感之间的误差信息的解调信号ξ；
其中，所述带通滤波器H(s)的传递函数为
Figure BDA0003160146550000051
ξx为所述带通滤波器H(s)的阻尼系数，s为拉式因子，解调信号ξ表示为：
Figure BDA0003160146550000052
Figure BDA0003160146550000053
为电感偏差参数且
Figure BDA0003160146550000054
L*为实际等效电感；
f为表示电网电流is的幅值Isp与整流器端口所需模拟的负电感Le之间的关系的函数，且
Figure BDA0003160146550000055
优选的，所述负电感模拟模块通过所述负电感确定出用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值，具体包括：
通过二阶广义积分器确定出滞后于电网电流is 90°的电流信号isβ；
将所述电流信号isβ乘以-ωLe，得到确定出的用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值；
Le为整流器端口所需模拟的负电感，ω为电网角频率。
一种整流器，包括上述任一项所述的整流器的控制系统。
应用本发明实施例所提供的技术方案，确定出整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，从而基于误差确定出整流器端口所需模拟的期望电阻值，因此使得后续确定出的当前所需要的整流器端口的电压参考值，可以有效地消除整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差。进一步的，本申请还模拟了谐波阻抗，从而可以根据整流器输入端的电网电流以及谐波阻抗，确定出用于补偿谐波的谐波补偿电压，也就使得后续确定出的当前所需要的整流器端口的电压参考值，可以有效地进行谐波补偿，因此本申请的方案可以有效地降低电流谐波。本申请基于模拟负电感的方法来补偿整流器的电感压降以实现整流器高功率因数运行，具体的，本申请可以确定出整流器的等效电感估计值，进而确定出整流器端口所需模拟的负电感，然后通过负电感确定出用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值，从而保证整流器具有高功率因数。可以看出，本申请通过模拟谐波阻抗以及负电感，实现了在无电网电压传感器时，有效地降低整流器的电流谐波，且实现了高功率因数。
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为本发明中一种整流器的控制方法的实施流程图；
图2为一种常见的单相全桥整流器的系统结构示意图；
图3为本发明一种具体实施方式中的控制算法的框图；
图4a为一种具体实施方式中的单相整流器应用本申请方案之后的启动过程波形示意图；
图4b为一种具体实施方式中的单相整流器应用本申请方案之后的稳态运行波形示意图；
图4c为一种具体实施方式中的单相整流器应用本申请方案之后的电网电压、电流的谐波分析图；
图4d为一种具体实施方式中的单相整流器应用本申请方案之后的等效电感的估计结果波形示意图；
图5为本发明中一种整流器的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种整流器的控制方法，实现了在无电网电压传感器时，有效地降低整流器的电流谐波，且实现了高功率因数。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。
请参考图1，图1为本发明中一种整流器的控制方法的实施流程图，该整流器的控制方法可以包括以下步骤：
步骤S101：确定出整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，并基于误差确定出整流器端口所需模拟的期望电阻值。
具体的，整流器的具体类型可以根据实际需要进行设定和调整，例如图2为一种常见的单相全桥整流器的系统结构示意图，图2的系统结构中包括了输入的交流电压源1、电网电感及滤波器电感2、全桥整流电路3、直流侧电容4、以及负载5。图2中的全桥整流电路3采用的开关管均为IGBT，其他实施方式中也可以根据需要采用其他类型的器件。
便于方案的理解可参阅图3，为本发明一种具体实施方式中的控制算法的框图。
步骤S101中描述的整流器输出的直流电压，可以通过电压采样而获得，在图3中，检测到的整流器输出的直流电压标示为udc。直流参考电压的取值可以按照需要进行设定和调整，在图3中标示为
Figure BDA0003160146550000071
确定出了整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差之后，可以基于该误差确定出整流器端口所需模拟的期望电阻值，具体的对应关系可以根据需要进行设定和调整，但是可以理解的是，确定出的整流器端口所需模拟的期望电阻值应当可以进行该误差的消除。
在实际应用中，误差与该期望电阻值通常是负相关的关系。具体的，整流器端口所需模拟的期望电阻值，应当是有利于进行该误差的消除，而步骤S101中确定出的所需模拟的期望电阻值，与后续确定出的当前所需要的整流器端口的电压参考值正相关，整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差越大，当前所需要的整流器端口的电压参考值应当越低以消除误差，因此确定出的整流器端口所需模拟的期望电阻值应当越低，因此，在步骤S101中基于误差确定出整流器端口所需模拟的期望电阻值时，误差通常会与该期望电阻值设置为负相关。
在本发明的一种具体实施方式中，步骤S101可以具体包括：
确定出整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，并利用比例积分调节器确定出与误差相对应的整流器端口所需模拟的期望电阻值，以降低误差。
可参阅图3，该种实施方式中利用图3中的比例积分调节器PI对误差进行反馈调节，以确定出整流器端口所需模拟的期望电阻值，通过比例积分调节器PI是一种较为方便地进行误差消除的实施方式，便于本申请方案的实施。
步骤S102：根据整流器输入端的电网电流以及模拟的谐波阻抗，确定出用于补偿谐波的谐波补偿电压。
本申请不仅考虑到要消除整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，还考虑到要抑制电网电压的畸变导致的电流谐波，从而进一步地提高电能质量，并且，由于本申请的方案不采用电网电压传感器，因此，本申请考虑到通过谐波阻抗的模拟方式，实现电流谐波的抑制。
具体的，本申请会检测出整流器输入端的电网电流，在图3中标示为is，同时本申请对谐波阻抗进行模拟，从而可以确定出用于补偿谐波的谐波补偿电压。
模拟谐波阻抗的具体实施方式可以根据需要进行设定和调整，例如在本发明的一种具体实施方式中，谐波阻抗为由重复控制器和陷波器组成的谐波阻抗，且传递函数X(s)表示为：
Figure BDA0003160146550000081
其中，e为自然常数，ω为电网角频率，ζ为陷波器的阻尼系数，s为拉式因子。
该种实施方式中，采用了一种新型的谐波阻抗的模拟算法，即该算法由重复控制器以及陷波器组成，可以有效地实现整流器在畸变电网下的输入电流的正弦，并且计算简单，实施时较为方便。
步骤S103：通过整流器的等效电感估计值，确定出整流器端口所需模拟的负电感，并通过负电感确定出用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值。
本申请通过模拟负电感的方式，确定出用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值，从而可以实现整流器输入侧高功率因数。而为了实现负电感模拟的准确性，本申请是通过整流器的等效电感估计值来模拟出负电感，也就使得电感压降补偿值可以准确有效地实现整流器电感压降的补偿。
在本发明的一种具体实施方式中，步骤S103中描述的通过整流器的等效电感估计值，确定出整流器端口所需模拟的负电感，可以具体包括：
通过极值搜索算法估计出整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000091
并基于等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000092
确定出整流器端口所需模拟的负电感Le。
该种实施方式中，通过极值搜索算法估计出整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000093
从而基于等效电感估计值
Figure BDA00031601465500000912
确定出整流器端口所需模拟的负电感Le。极值搜索算法是一种用于进行变量的极值寻优的算法，本申请的方案中，利用极值搜索算法，在无需电网电压传感器的前提下，通过电网电流的信息，可以有效地实现整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000094
的估计，进而确定出整流器端口所需模拟的负电感Le。
具体的，通过极值搜索算法估计出整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000095
并基于等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000096
确定出整流器端口所需模拟的负电感Le，可以具体包括以下步骤：
步骤一：确定出检测到的整流器输入端的电网电流Is的幅值Isp；
步骤二：将电网电流is的幅值Isp输入至预设的滤波器中，并将得到的结果进行解调，以获得包含了估计电感与实际等效电感之间的误差信息的解调信号ξ；
步骤三：将解调信号ξ进行积分，得到估计出的整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000097
步骤四：将整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000098
与预设信号asin(ωxt)叠加，得到整流器端口所需模拟的负电感Le；a为预设信号的幅值参数，ωx为预设信号的角频率，t表示时间。
该种实施方式中，整流器端口所需模拟的负电感Le由整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000099
与预设信号asin(ωxt)叠加而得，即
Figure BDA00031601465500000910
预设信号asin(ωxt)是一个注入的小信号，幅值参数a的具体取值可以根据需要进行设定。
整流器输入端的电网电流Is可以通过检测获得，然后通过二阶广义积分器，可以确定出电网电流Is的幅值Isp，可以表示为
Figure BDA00031601465500000911
isα和isβ分别是整流器输入端的电网电流Is在α-β坐标系下的α轴分量和β轴分量。
整流器输入端的电网电流Is的幅值Isp与整流器端口所需模拟的负电感Le之间存在对应关系，可以表示为
Figure BDA0003160146550000101
需要说明的是，函数f为凸函数，即函数f关于Le的二阶导数始终大于零。
得到了电网电流is的幅值Isp之后，将其输入至预设的滤波器中，并将得到的结果进行解调，就可以获得包含了估计电感与实际等效电感之间的误差信息的解调信号ξ；
在本发明的一种具体实施方式中，对极值搜索算法进行改进，具体的，上述步骤二的操作具体为：
将电网电流is的幅值Isp输入至预设的带通滤波器H(s)中，并将得到的结果乘以sin(ωxt)进行解调，以获得包含了估计电感与实际等效电感之间的误差信息的解调信号ξ；
其中，带通滤波器H(s)的传递函数为
Figure BDA0003160146550000102
ξx为带通滤波器H(s)的阻尼系数，s为拉式因子，解调信号ξ表示为：
Figure BDA0003160146550000103
Figure BDA0003160146550000104
为电感偏差参数且
Figure BDA0003160146550000105
L*为实际等效电感；
f为表示电网电流is的幅值Isp与整流器端口所需模拟的负电感Le之间的关系的函数，且
Figure BDA0003160146550000106
该种实施方式中，对极值搜索算法进行改进，采用的滤波器并不是传统的低通滤波器，而是带通滤波器H(s)，可以提高得到的整流器端口所需模拟的负电感Le的准确性。
该种实施方式中，是将得到的结果乘以sin(ωxt)进行解调，可以理解的是，采用的滤波器的具体类型不同，具体的解调参数就会相应的不同，能够获得包含了估计电感与实际等效电感之间的误差信息的解调信号ξ即可。
然后将解调信号ξ进行积分，便可以得到估计出的整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000111
图3中的-k/s便是表示纯积分器。最后按照上文的描述，
Figure BDA0003160146550000112
图3中的ES便示出了该种实施方式中基于改进的极值搜索算法确定出整流器端口所需模拟的负电感Le的具体操作。
而确定了整流器端口所需模拟的负电感Le之后，将整流器端口所需模拟的负电感Le乘以-ωisβ，便可以确定出用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值。ω是电网的角频率。
在本发明的一种具体实施方式中，步骤S103中描述的通过负电感确定出用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值，可以包括：
通过二阶广义积分器确定出滞后于电网电流is 90°的电流信号isβ；
将电流信号isβ乘以-ωLe，得到确定出的用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值；
Le为整流器端口所需模拟的负电感，ω为电网角频率。
需要说明的是，如上文的实施例描述，对于isβ，可以通过二阶广义积分器获得，但是在其他实施方式中，也可以通过其他方式确定出isβ，并不影响本发明的实施，该种实施方式中通过二阶广义积分器获得isβ较为简便，在图3中将二阶广义积分器标示为SOGI。
具体的，二阶广义积分器的传递函数可以表示为：
Figure BDA0003160146550000113
其中的ks为二阶广义积分器的阻尼系数。isα和isβ分别是整流器输入端的电网电流Is在α-β坐标系下的α轴分量和β轴分量，并且，isβ滞后于电网电流is 90°，即根据电网电流is，经过90°移相器便可以获得滞后于电网电流is 90°的电流信号isβ，该90°移相器便可以通过二阶广义积分器来实现。
步骤S104：根据期望电阻值，谐波补偿电压以及电感压降补偿值，确定出当前所需要的整流器端口的电压参考值，以根据确定出的整流器端口的电压参考值调制出PWM脉冲并进行整流器的驱动控制。
确定出了期望电阻值，谐波补偿电压以及电感压降补偿值，便可以确定出当前所需要的整流器端口的电压参考值，具体的，当前所需要的整流器端口的电压参考值
Figure BDA0003160146550000121
此处描述的整流器端口，即整流器的输入端口。该式中的Re为期望电阻值。
确定出了当前所需要的整流器端口的电压参考值之后，便可以采用传统的调制算法去合成所得的电压参考值，即根据确定出的整流器端口的电压参考值调制出PWM脉冲，进而按照PWM脉冲进行整流器的驱动控制，本申请对于此部分便不再展开说明。
应用本发明实施例所提供的技术方案，确定出整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，从而基于误差确定出整流器端口所需模拟的期望电阻值，因此使得后续确定出的当前所需要的整流器端口的电压参考值，可以有效地消除整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差。进一步的，本申请还模拟了谐波阻抗，从而可以根据整流器输入端的电网电流以及谐波阻抗，确定出用于补偿谐波的谐波补偿电压，也就使得后续确定出的当前所需要的整流器端口的电压参考值，可以有效地进行谐波补偿，因此本申请的方案可以有效地降低电流谐波。本申请基于模拟负电感的方法来补偿整流器的电感压降以实现整流器高功率因数运行，具体的，本申请可以确定出整流器的等效电感估计值，进而确定出整流器端口所需模拟的负电感，然后通过负电感确定出用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值，从而保证整流器具有高功率因数。可以看出，本申请通过模拟谐波阻抗以及负电感，实现了在无电网电压传感器时，有效地降低整流器的电流谐波，且实现了高功率因数。
可参阅图4a和图4b，分别为一种具体实施方式中的单相整流器应用本申请方案之后的启动过程和稳态运行波形示意图。可以看出，在启动过程中，直流链路电压逐渐上升到参考值。可以观察到，在前50ms内，电流与输入电源具有相同的畸变。此时，在谐波阻抗的作用下，电流呈现正弦波形，最后，输入电流峰值略有下降，这是电感压降补偿的结果。
图4c为一种具体实施方式中的单相整流器应用本申请方案之后的电网电压、电流的谐波分析图。谐波频谱中清楚地表明了，由于本申请模拟了谐波阻抗下，即使输入电压畸变严重，输入电流中并不会包含明显的三次谐波和七次谐波成分。因此，本申请通过模拟谐波阻抗，可以有效地抑制畸变电源下的谐波有功功率，有利于电网的电能质量。
图4d为一种具体实施方式中的单相整流器应用本申请方案之后的等效电感的估计结果波形。在本申请方案启动后约180ms内电流处于增加状态。在这种情况下，等效电感估计值达到饱和。等整流器启动完成后，等效电感估计值将会去饱和，并逐渐接近真实的实际值，最终趋于5.8mH，对应图4d中的电感阻抗为1.82。因此，本申请采用改进的极值搜索方法可以有效地估计等效电感的电感值，从而有效地补偿电感压降，实现高功率因数。
相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种整流器的控制系统，可与上文相互对应参照。
参见图5所示，为本发明中一种整流器的控制系统的结构示意图，包括：
期望电阻值模拟模块501，用于确定出整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，并基于误差确定出整流器端口所需模拟的期望电阻值；
谐波补偿电压模拟模块502，用于根据整流器输入端的电网电流以及模拟的谐波阻抗，确定出用于补偿谐波的谐波补偿电压；
负电感模拟模块503，用于通过整流器的等效电感估计值，确定出整流器端口所需模拟的负电感，并通过负电感确定出用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值；
整流器驱动控制模块504，用于根据期望电阻值，谐波补偿电压以及电感压降补偿值，确定出当前所需要的整流器端口的电压参考值，以根据确定出的整流器端口的电压参考值调制出PWM脉冲并进行整流器的驱动控制。
在本发明的一种具体实施方式中，期望电阻值模拟模块501，具体用于：
确定出整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，并利用比例积分调节器确定出与误差相对应的整流器端口所需模拟的期望电阻值，以降低误差。
在本发明的一种具体实施方式中，谐波阻抗为由重复控制器和陷波器组成的谐波阻抗，且传递函数X(s)表示为：
Figure BDA0003160146550000141
其中，e为自然常数，ω为电网角频率，ζ为陷波器的阻尼系数，s为拉式因子。
在本发明的一种具体实施方式中，负电感模拟模块503通过整流器的等效电感估计值，确定出整流器端口所需模拟的负电感，具体包括：
通过极值搜索算法估计出整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000142
并基于等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000143
确定出整流器端口所需模拟的负电感Le。
在本发明的一种具体实施方式中，负电感模拟模块503通过极值搜索算法估计出整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000144
并基于等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000145
确定出整流器端口所需模拟的负电感Le，具体包括：
负电感模拟模块确定出检测到的整流器输入端的电网电流Is的幅值Isp；
将电网电流is的幅值Isp输入至预设的滤波器中，并将得到的结果进行解调，以获得包含了估计电感与实际等效电感之间的误差信息的解调信号ξ；
将解调信号ξ进行积分，得到估计出的整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000146
将整流器的等效电感估计值
Figure BDA0003160146550000147
与预设信号asin(ωxt)叠加，得到整流器端口所需模拟的负电感Le；a为预设信号的幅值参数，ωx为预设信号的角频率，t表示时间。
在本发明的一种具体实施方式中，负电感模拟模块503将电网电流is的幅值Isp输入至预设的滤波器中，并将得到的结果进行解调，具体包括：
将电网电流is的幅值Isp输入至预设的带通滤波器H(s)中，并将得到的结果乘以sin(ωxt)进行解调，以获得包含了估计电感与实际等效电感之间的误差信息的解调信号ξ；
其中，带通滤波器H(s)的传递函数为
Figure BDA0003160146550000148
ξx为带通滤波器H(s)的阻尼系数，s为拉式因子，解调信号ξ表示为：
Figure BDA0003160146550000149
Figure BDA00031601465500001410
为电感偏差参数且
Figure BDA00031601465500001411
L*为实际等效电感；
f为表示电网电流is的幅值Isp与整流器端口所需模拟的负电感Le之间的关系的函数，且
Figure BDA0003160146550000151
在本发明的一种具体实施方式中，负电感模拟模块503通过负电感确定出用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值，具体包括：
通过二阶广义积分器确定出滞后于电网电流is 90°的电流信号isβ；
将电流信号isβ乘以-ωLe，得到确定出的用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值；
Le为整流器端口所需模拟的负电感，ω为电网角频率。
相应于上面的方法和系统实施例，本发明实施例还提供了一种整流器，可与包括上述任一实施例中的整流器的控制系统。
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，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
专业人员还可以进一步意识到，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、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。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。
本文中应用了具体个例对本发明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发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (15)

1.一种整流器的控制方法，其特征在于，包括：
确定出整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，并基于所述误差确定出整流器端口所需模拟的期望电阻值；
根据所述整流器输入端的电网电流以及模拟的谐波阻抗，确定出用于补偿谐波的谐波补偿电压；
通过所述整流器的等效电感估计值，确定出整流器端口所需模拟的负电感，并通过所述负电感确定出用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值；
根据所述期望电阻值，所述谐波补偿电压以及所述电感压降补偿值，确定出当前所需要的整流器端口的电压参考值，以根据确定出的所述整流器端口的电压参考值调制出PWM脉冲并进行所述整流器的驱动控制。
2.根据权利要求1所述的整流器的控制方法，其特征在于，确定出整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，并基于所述误差确定出整流器输入端口所需模拟的期望电阻值，包括：
确定出整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，并利用比例积分调节器确定出与所述误差相对应的整流器端口所需模拟的期望电阻值，以降低所述误差。
3.根据权利要求1所述的整流器的控制方法，其特征在于，所述谐波阻抗为由重复控制器和陷波器组成的谐波阻抗，且传递函数X(s)表示为：
Figure FDA0003160146540000011
其中，e为自然常数，ω为电网角频率，ζ为所述陷波器的阻尼系数，s为拉式因子。
4.根据权利要求1所述的整流器的控制方法，其特征在于，通过所述整流器的等效电感估计值，确定出整流器端口所需模拟的负电感，包括：
通过极值搜索算法估计出所述整流器的等效电感估计值
Figure FDA0003160146540000012
并基于所述等效电感估计值
Figure FDA0003160146540000013
确定出整流器端口所需模拟的负电感Le。
5.根据权利要求4所述的整流器的控制方法，其特征在于，通过极值搜索算法估计出所述整流器的等效电感估计值
Figure FDA0003160146540000021
并基于所述等效电感估计值
Figure FDA0003160146540000022
确定出整流器端口所需模拟的负电感Le，包括：
确定出检测到的所述整流器输入端的电网电流Is的幅值Isp；
将电网电流is的幅值Isp输入至预设的滤波器中，并将得到的结果进行解调，以获得包含了估计电感与实际等效电感之间的误差信息的解调信号ξ；
将所述解调信号ξ进行积分，得到估计出的所述整流器的等效电感估计值
Figure FDA0003160146540000023
将所述整流器的等效电感估计值
Figure FDA0003160146540000024
与预设信号asin(ωxt)叠加，得到整流器端口所需模拟的负电感Le；a为预设信号的幅值参数，ωx为预设信号的角频率，t表示时间。
6.根据权利要求5所述的整流器的控制方法，其特征在于，将电网电流is的幅值Isp输入至预设的滤波器中，并将得到的结果进行解调，包括：
将电网电流is的幅值Isp输入至预设的带通滤波器H(s)中，并将得到的结果乘以sin(ωxt)进行解调，以获得包含了估计电感与实际等效电感之间的误差信息的解调信号ξ；
其中，所述带通滤波器H(s)的传递函数为
Figure FDA0003160146540000025
ξx为所述带通滤波器H(s)的阻尼系数，s为拉式因子，解调信号ξ表示为：
Figure FDA0003160146540000026
Figure FDA0003160146540000027
为电感偏差参数且
Figure FDA0003160146540000028
L*为实际等效电感；
f为表示电网电流is的幅值Isp与整流器端口所需模拟的负电感Le之间的关系的函数，且
Figure FDA0003160146540000029
7.根据权利要求1所述的整流器的控制方法，其特征在于，通过所述负电感确定出用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值，包括：
通过二阶广义积分器确定出滞后于电网电流is 90°的电流信号isβ；
将所述电流信号isβ乘以-ωLe，得到确定出的用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值；
Le为整流器端口所需模拟的负电感，ω为电网角频率。
8.一种整流器的控制系统，其特征在于，包括：
期望电阻值模拟模块，用于确定出整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，并基于所述误差确定出整流器端口所需模拟的期望电阻值；
谐波补偿电压模拟模块，用于根据所述整流器输入端的电网电流以及模拟的谐波阻抗，确定出用于补偿谐波的谐波补偿电压；
负电感模拟模块，用于通过所述整流器的等效电感估计值，确定出整流器端口所需模拟的负电感，并通过所述负电感确定出用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值；
整流器驱动控制模块，用于根据所述期望电阻值，所述谐波补偿电压以及所述电感压降补偿值，确定出当前所需要的整流器端口的电压参考值，以根据确定出的所述整流器端口的电压参考值调制出PWM脉冲并进行所述整流器的驱动控制。
9.根据权利要求8所述的整流器的控制系统，其特征在于，期望电阻值模拟模块，具体用于：
确定出整流器输出的直流电压与直流参考电压之间的误差，并利用比例积分调节器确定出与所述误差相对应的整流器端口所需模拟的期望电阻值，以降低所述误差。
10.根据权利要求8所述的整流器的控制系统，其特征在于，所述谐波阻抗为由重复控制器和陷波器组成的谐波阻抗，且传递函数X(s)表示为：
Figure FDA0003160146540000031
其中，e为自然常数，ω为电网角频率，ζ为所述陷波器的阻尼系数，s为拉式因子。
11.根据权利要求8所述的整流器的控制系统，其特征在于，所述负电感模拟模块通过所述整流器的等效电感估计值，确定出整流器端口所需模拟的负电感，具体包括：
通过极值搜索算法估计出所述整流器的等效电感估计值
Figure FDA0003160146540000041
并基于所述等效电感估计值
Figure FDA0003160146540000042
确定出整流器端口所需模拟的负电感Le。
12.根据权利要求11所述的整流器的控制系统，其特征在于，所述负电感模拟模块通过极值搜索算法估计出所述整流器的等效电感估计值
Figure FDA0003160146540000043
并基于所述等效电感估计值
Figure FDA0003160146540000044
确定出整流器端口所需模拟的负电感Le，具体包括：
所述负电感模拟模块确定出检测到的所述整流器输入端的电网电流Is的幅值Isp；
将电网电流is的幅值Isp输入至预设的滤波器中，并将得到的结果进行解调，以获得包含了估计电感与实际等效电感之间的误差信息的解调信号ξ；
将所述解调信号ξ进行积分，得到估计出的所述整流器的等效电感估计值
Figure FDA0003160146540000045
将所述整流器的等效电感估计值
Figure FDA0003160146540000046
与预设信号asin(ωxt)叠加，得到整流器端口所需模拟的负电感Le；a为预设信号的幅值参数，ωx为预设信号的角频率，t表示时间。
13.根据权利要求12所述的整流器的控制系统，其特征在于，所述负电感模拟模块将电网电流is的幅值Isp输入至预设的滤波器中，并将得到的结果进行解调，具体包括：
将电网电流is的幅值Isp输入至预设的带通滤波器H(s)中，并将得到的结果乘以sin(ωxt)进行解调，以获得包含了估计电感与实际等效电感之间的误差信息的解调信号ξ；
其中，所述带通滤波器H(s)的传递函数为
Figure FDA0003160146540000047
ξx为所述带通滤波器H(s)的阻尼系数，s为拉式因子，解调信号ξ表示为：
Figure FDA0003160146540000048
Figure FDA0003160146540000049
为电感偏差参数且
Figure FDA00031601465400000410
L*为实际等效电感；
f为表示电网电流is的幅值Isp与整流器端口所需模拟的负电感Le之间的关系的函数，且
Figure FDA0003160146540000051
14.根据权利要求8所述的整流器的控制系统，其特征在于，所述负电感模拟模块通过所述负电感确定出用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值，具体包括：
通过二阶广义积分器确定出滞后于电网电流is 90°的电流信号isβ；
将所述电流信号isβ乘以-ωLe，得到确定出的用于补偿整流器电感压降的电感压降补偿值；
Le为整流器端口所需模拟的负电感，ω为电网角频率。
15.一种整流器，其特征在于，包括如权利要求8至14任一项所述的整流器的控制系统。
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