CN113725859B - 自适应补偿控制方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了自适应补偿控制方法及电路，自适应补偿控制方法包括：步骤1、检测母线电压，根据母线电压BUSV与参考电压REFV计算参考电流Iref；步骤2、检测三相电压和三相电流，计算相角θ、Ud、Uq、有功电流Id和无功电流Iq；步骤3、根据有功电流Id、Iref、Iq计算第一输出电压Uout1和第二输出电压Uout2；步骤4、根据Uout1、Ud、Uout2和Uq计算得到Ud’和Uq’，对Ud’和Uq’进行反变换得到目标输出电压U’，对U’进行载波调制得到功率驱动电路的PWM信号；其中，根据交流电强弱自适应补偿Ud’、Uq’和/或电流环PI调节。本发明能够根据电流的扰动情况做调整补偿，适应不同条件的电网，提高电源的带载能力和瞬态响应。

Description

自适应补偿控制方法及电路

技术领域

本发明涉及功率控制技术领域，尤其涉及基于交流电虚拟阻抗的自适应补偿控制方法及电路。

背景技术

随着节能减排以及控制大气污染的需求，新能源汽车逐渐在市场商用，而电动汽车更是新能源汽车的主力军。电动汽车又分为纯电动汽车和混动汽车，其中大功率的车载DCDC是电动汽车中重要的组成部分。由于车上负载具有大动态跳变的特性，因此对AC输入的动态响应能力要求较高。

由于交流电网强弱存在不同，当交流电网的输入线过长时，相当在串联一个电感，这时需要动态改变交流PFC环路的闭环调整参数，否则串联电感将会引起次谐波震荡。常用的补偿方法为折中取固定的环路系数补偿，即这套参数即适应强电网也适应弱电网，但这也会导致谐波过大以及不同电网下效率下降。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺陷，本发明提出自适应补偿控制方法及电路，该控制方法具有自适应能力强、可靠性高且成本低等优点。

本发明采用的技术方案是，设计自适应补偿控制方法，包括：

步骤1、检测母线电压，计算母线电压BUSV与参考电压REFV之差得到电压误差，电压误差经过电压环PI调节得到参考电流Iref；

步骤2、检测三相电压和三相电流，三相电压经过锁相环得到相角θ，对三相电压进行dq变换得到Ud和Uq，根据相角对三相电流进行dq变换得到有功电流Id和无功电流Iq；

步骤3、计算有功电流Id和参考电流Iref之差得到第一电流误差，第一电流误差经过电流环PI调节得到第一输出电压Uout1，计算无功电流Iq和零之差得到第二电流误差，第二电流误差经过电流环PI调节得到第二输出电压Uout2；

步骤4、根据第一输出电压Uout1和Ud计算得到Ud’，根据第二输出电压Uout2和Uq计算得到Uq’，对Ud’和Uq’进行反变换得到目标输出电压U’，对目标输出电压U’进行载波调制得到功率驱动电路的PWM信号；

其中，根据交流电强弱自适应补偿Ud’、Uq’和/或电流环PI调节。

优选的，根据交流电强弱自适应补偿Ud’和Uq’包括：

步骤3中分别对有功电流Id、无功电流Iq进行滤波处理并计算得到模拟电容电流扰动的有功电流波动前馈Fid和无功电流波动前馈Fiq；

步骤4中Ud’＝Uout1-Ud-Fid、Uq’＝Uout2-Uq-Fiq。

有功电流波动前馈Fid的计算方式为：对有功电流Id进行滤波得到滤波值Id_Filter；取滤波值Id_Filter和无功电流Id的平均值更新滤波值Id_Filter；计算有功电流Id与更新后的滤波值Id_Filter之差得到误差Error1；误差Error1乘以设定倍数K1得到有功电流波动前馈Fid。

无功电流波动前馈Fid的计算方式为：对无功电流Iq进行滤波得到滤波值Iq_Filter；取滤波值Iq_Filter和所述无功电流Iq的平均值更新所述滤波值Iq_Filter；计算所述无功电流Id与更新后的滤波值Iq_Filter之差得到误差Error2；误差Error2乘以设定倍数K1得到无功电流波动前馈Fiq。

优选的，根据交流电强弱自适应补偿电流环PI调节包括：步骤3中对有功电流Id进行高通滤波，检测滤波之后有功电流Id的峰值Ipeak，根据峰值Ipeak计算得到电流环PI调节的弱化系数Kid，判断峰值Ipeak是否超过设定阈值，若是则每次电流环PI调节均乘以该弱化系数Kid，若否则电流环PI调节正常运行。

弱化系数Kid的计算方式为：对有功电流Id做设定频率的高通滤波，将滤波后的有效值按照先进先出的规则依次放入缓存队列中；检测缓存队列中的峰值Ipeak；根据至少两个峰值Ipeak计算斜率；峰值Ipeak乘以斜率得到弱化系数Kid。

在一实施例中，设定频率为500hz，有功电流Id输入到500Hz的高通滤波公式中得到有效值，高通滤波公式为

优选的，参考电流Iref、第一输出电压Uout1和第二输出电压Uout2的计算方式分别为：

本发明还提出了自适应补偿控制电路，包括：功率驱动电路、连接在交流电和功率驱动电路之间的滤波电路、控制功率驱动电路运行状态的控制器，该控制器执行上述的自适应补偿方法。

优选的，控制器还连接有电流采样模块、交流电压采样模块和母线电压采样模块，电流采样模块采集滤波电路输出侧的三相电流，交流电压采样模块采集滤波电路输入侧的三相电压，母线电压采样模块采集功率驱动电路输出侧的母线电压BUSV。

与现有技术相比，本发明通过对功率驱动电路输入侧的三相电流进行分析，根据电流的扰动情况做调整补偿，适应不同条件的电网，提高电源的带载能力和瞬态响应。另外，本发明利用控制器在原有的基础上只增加软件算法，模拟输入电网前的扰动，不增加硬件成本，提高了产品可靠性和性价比。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明中电路的连接示意图；

图2是本发明中参考电流Iref的计算流程示意图；

图3是本发明中三相电压的分离示意图；

图4是本发明中三相电流的分离示意图；

图5是本发明中电流环PI调节正常运行的计算流程示意图；

图6是本发明中有功电流波动前馈Fid的计算流程示意图；

图7是本发明中无功电流波动前馈Fiq的计算流程示意图；

图8是本发明中Ud’和Uq’的补偿流程示意图；

图9是本发明中弱化系数Kid的计算流程示意图；

图10是本发明中电流环PI调节的补偿流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图以及实施例对本发明的原理进行详细说明。

如图1所示，本发明提出的自适应补偿控制电路包括：功率驱动电路、滤波电路和控制器，滤波电路连接在交流电和功率驱动电路的输入侧之间，功率驱动电路具有三个桥臂，三个桥臂分别是三极管Q1、Q2组成的第一桥臂，三极管Q3、Q4组成的第二桥臂，三极管Q5、Q6组成的第三桥臂，第一桥臂的中点通过电感L1和电容C3连接A相，第二桥臂的中点通过电感L2和电容C4连接B相，第三桥臂的中点通过电感L3和电容C5连接C相。功率驱动电路的输出侧连接有两个串联的电容C1和电容C2。控制器连接有电流采样模块、交流电压采样模块和母线电压采样模块，根据采样模块的采样信号控制功率驱动电路的运行状态，控制器采用DSP控制器。

其中，交流电压采样模块采集滤波电路输入侧的三相电压VA、VB、VC，母线电压采样模块采集功率驱动电路输出侧的母线电压BUSV，电流采样模块采集滤波电路输出侧的三相电流IA、IB、IC，即采集电感L1、电感L2、电感L3的输出侧电流。

上述控制器执行的自适应补偿控制方法如下。

步骤1、如图2所示，检测母线电压BUSV，计算母线电压BUSV与参考电压REFV之差得到电压误差，电压误差经过电压环PI调节得到参考电流Iref，

步骤2、如图3所示，检测三相电压VA、VB、VC和三相电流IA、IB、IC，三相电压VA、VB、VC经过锁相环PLL得到相角θ，对三相电压压VA、VB、VC进行dq变换得到Ud和Uq，根据相角θ对三相电流IA、IB、IC进行dq变换得到有功电流Id和无功电流Iq。

步骤3、计算有功电流Id和参考电流Iref之差得到第一电流误差，第一电流误差经过电流环PI调节得到IDLoopOut——第一输出电压Uout1，计算无功电流Iq和零之差得到第二电流误差，第二电流误差经过电流环PI调节得到IQLoopOut——第二输出电压Uout2。

步骤4、根据第一输出电压Uout1和Ud计算得到Ud’，根据第二输出电压Uout2和Uq计算得到Uq’，对Ud’和Uq’进行反变换得到目标输出电压U’，对目标输出电压U’进行载波调制得到功率驱动电路的PWM信号。

本发明的控制方法可以根据交流电强弱自适应补偿Ud’、Uq’和/或电流环PI调节，在优选实施例中，Ud’、Uq’和电流环PI调节的补偿设计同时使用。实际应用中，可以单独使用Ud’、Uq’的补偿设计，或者单独使用电流环PI调节的补偿设计。

如图5所示，未使用补偿设计的电流环PI调节计算方式为：

未使用补偿设计的Ud’、Uq’计算方式为：Ud’＝Uout1-Ud、Uq’＝Uout2-Uq。

由于电网在不同条件下表现不一样，为了适应不同条件的电网，需要根据电网输入的强弱，进行自适应调节，特别是在离变压器偏远的地方，拉的输入线长，所以电网会比较弱，相当输入挂了一个大的电感，为了解决这个问题，可以在输入端检测电容电流的扰动情况来识别，同时把电容电流的扰动，加到前馈条件中，以适应电网输入的变化。为了节约成本，电容电流的检测通过对电感电流进行模拟来代替。具体来说，根据交流电强弱自适应补偿Ud’和Uq’的方法如下。

如图6、7所示，步骤3中分别对有功电流Id、无功电流Iq进行滤波处理并计算得到模拟电容电流扰动的有功电流波动前馈Fid和无功电流波动前馈Fiq；如图8所示，步骤4中Ud’＝Uout1-Ud-Fid、Uq’＝Uout2-Uq-Fiq。

有功电流波动前馈Fid的计算方式为：对有功电流Id进行滤波得到滤波值Id_Filter；取滤波值Id_Filter和无功电流Id的平均值更新滤波值Id_Filter；计算实时获取到的有功电流Id与更新后的滤波值Id_Filter之差得到误差Error1；误差Error1乘以设定倍数K1得到有功电流波动前馈Fid。

无功电流波动前馈Fid的计算方式为：对无功电流Iq进行滤波得到滤波值Iq_Filter；取滤波值Iq_Filter和所述无功电流Iq的平均值更新所述滤波值Iq_Filter；计算所述无功电流Id与更新后的滤波值Iq_Filter之差得到误差Error2；误差Error2乘以设定倍数K1得到无功电流波动前馈Fiq。

其中，有功电流波动前馈Fid和无功电流波动前馈Fid的作用是模拟电容电流的扰动，有功电流波动前馈Fid和无功电流波动前馈Fid分别参与到各自的输出环路中，调整输出电压，以提前响应电流谐振的变化。计算中所使用的设定倍数K1可以根据实际情况设计，例如设定倍数K1可以取值为2。

进一步的，如图9、10所示，为了适应更弱的电网，需要对电流采样单元的采样电流进行分析，对有功电流Id进行高通滤波，检测滤波之后有功电流Id的峰值Ipeak，根据峰值Ipeak计算得到电流环PI调节的弱化系数，判断峰值Ipeak是否超过设定阈值，若是则说明当前电网环境符合补偿条件，每次电流环PI调节均乘以该弱化系数Kid，达到适应更加软弱的电网输入，若否则电流环PI调节正常运行，正常运行的计算方式如图5所示。具体来说，弱化系数的计算方法如下。

如图9所示，对有功电流Id做设定频率的高通滤波，将滤波后的有效值按照先进先出的规则依次放入缓存队列中，即当缓存队列存满之后，丢弃当前缓存队列中最先存入的有效值、放入最新得到有效值；检测缓存队列中的峰值Ipeak；根据至少两个峰值Ipeak计算斜率K2；峰值Ipeak乘以斜率K2得到弱化系数Kid，即Y＝K2×X，X为峰值Ipeak，Y赋值给Kid，K2根据实际情况求得，例如K2为0.1。

为便于理解，以具体数值进行说明，在一实施例中，设定频率为500hz，有功电流Id输入到500Hz的高通滤波公式中得到有效值，高通滤波公式为将有功电流Id输入该高通滤波公式可得到若干个峰值Ipeak。

本发明具有电网强弱动态响应快、增益带宽实时变化等特点，因此该控制方法很适用于车载ACDC。而且，虚拟阻抗自适应是AC控制模式下的必要功能，当交流电网的输入线过长时，相当在串联一个电感，这时需要动态改变交流PFC环路的闭环调整参数，本发明的控制方法可自适应输入电压强弱，提高电源的带载能力和瞬态响应。需要说明的是，本文中电路采用三相半桥拓扑，此仅作举例说明，本发明的控制方法也可以使用在其他拓扑的电路中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.自适应补偿控制方法，其特征在于，包括：

步骤1、检测母线电压BUSV，计算所述母线电压BUSV与参考电压REFV之差得到电压误差，所述电压误差经过电压环PI调节得到参考电流Iref；

步骤2、检测三相电压和三相电流，所述三相电压经过锁相环得到相角θ，对所述三相电压进行dq变换得到Ud和Uq，根据所述相角对所述三相电流进行dq变换得到有功电流Id和无功电流Iq；

步骤3、计算所述有功电流Id和所述参考电流Iref之差得到第一电流误差，所述第一电流误差经过电流环PI调节得到第一输出电压Uout1，计算无功电流Iq和零之差得到第二电流误差，所述第二电流误差经过电流环PI调节得到第二输出电压Uout2，对所述有功电流Id进行滤波处理并计算得到模拟电容电流扰动的有功电流波动前馈Fid，对所述无功电流Iq进行滤波处理并计算得到模拟电容电流扰动的无功电流波动前馈Fiq；

步骤4、根据所述第一输出电压Uout1和Ud计算得到Ud’，根据所述第二输出电压Uout2和Uq计算得到Uq’，Ud’=Uout1-Ud-Fid，Uq’=Uout2-Uq-Fiq，对Ud’和Uq’进行反变换得到目标输出电压U’，对所述目标输出电压U’进行载波调制得到功率驱动电路的PWM信号。

2.自适应补偿控制方法，其特征在于，包括：

步骤1、检测母线电压BUSV，计算所述母线电压BUSV与参考电压REFV之差得到电压误差，所述电压误差经过电压环PI调节得到参考电流Iref；

步骤2、检测三相电压和三相电流，所述三相电压经过锁相环得到相角θ，对所述三相电压进行dq变换得到Ud和Uq，根据所述相角对所述三相电流进行dq变换得到有功电流Id和无功电流Iq；

步骤3、计算所述有功电流Id和所述参考电流Iref之差得到第一电流误差，所述第一电流误差经过电流环PI调节得到第一输出电压Uout1，计算无功电流Iq和零之差得到第二电流误差，所述第二电流误差经过电流环PI调节得到第二输出电压Uout2；

所述步骤3中对有功电流Id进行高通滤波，检测滤波之后有功电流Id的峰值Ipeak，根据峰值Ipeak计算得到所述电流环PI调节的弱化系数Kid，判断所述峰值Ipeak是否超过设定阈值，若是则每次所述电流环PI调节均乘以该弱化系数Kid，若否则所述电流环PI调节正常运行；

步骤4、根据所述第一输出电压Uout1和Ud计算得到Ud’，根据所述第二输出电压Uout2和Uq计算得到Uq’，对Ud’和Uq’进行反变换得到目标输出电压U’，对所述目标输出电压U’进行载波调制得到功率驱动电路的PWM信号。

3.自适应补偿控制方法，其特征在于，包括：

步骤1、检测母线电压BUSV，计算所述母线电压BUSV与参考电压REFV之差得到电压误差，所述电压误差经过电压环PI调节得到参考电流Iref；

步骤2、检测三相电压和三相电流，所述三相电压经过锁相环得到相角θ，对所述三相电压进行dq变换得到Ud和Uq，根据所述相角对所述三相电流进行dq变换得到有功电流Id和无功电流Iq；

步骤3、计算所述有功电流Id和所述参考电流Iref之差得到第一电流误差，所述第一电流误差经过电流环PI调节得到第一输出电压Uout1，计算无功电流Iq和零之差得到第二电流误差，所述第二电流误差经过电流环PI调节得到第二输出电压Uout2，对所述有功电流Id进行滤波处理并计算得到模拟电容电流扰动的有功电流波动前馈Fid，对所述无功电流Iq进行滤波处理并计算得到模拟电容电流扰动的无功电流波动前馈Fiq；

所述步骤3中对有功电流Id进行高通滤波，检测滤波之后有功电流Id的峰值Ipeak，根据峰值Ipeak计算得到所述电流环PI调节的弱化系数Kid，判断所述峰值Ipeak是否超过设定阈值，若是则每次所述电流环PI调节均乘以该弱化系数Kid，若否则所述电流环PI调节正常运行；

步骤4、根据所述第一输出电压Uout1和Ud计算得到Ud’，根据所述第二输出电压Uout2和Uq计算得到Uq’，Ud’=Uout1-Ud-Fid，Uq’=Uout2-Uq-Fiq，对Ud’和Uq’进行反变换得到目标输出电压U’，对所述目标输出电压U’进行载波调制得到功率驱动电路的PWM信号。

4.根据权利要求1或3所述的自适应补偿控制方法，其特征在于，所述有功电流波动前馈Fid的计算方式为：

对所述有功电流Id进行滤波得到滤波值Id_Filter；

取所述滤波值Id_Filter和所述无功电流Id的平均值更新所述滤波值Id_Filter；

计算所述有功电流Id与更新后的滤波值Id_Filter之差得到误差Error1；

所述误差Error1乘以设定倍数K1得到所述有功电流波动前馈Fid。

5.根据权利要求1或3所述的自适应补偿控制方法，其特征在于，所述无功电流波动前馈Fid的计算方式为：

对所述无功电流Iq进行滤波得到滤波值Iq_Filter；

取所述滤波值Iq_Filter和所述无功电流Iq的平均值更新所述滤波值Iq_Filter；

计算所述无功电流Id与更新后的滤波值Iq_Filter之差得到误差Error2；

所述误差Error2乘以设定倍数K1得到所述无功电流波动前馈Fiq。

6.根据权利要求2或3所述的自适应补偿控制方法，其特征在于，所述弱化系数Kid的计算方式为：

对所述有功电流Id做设定频率的高通滤波，将滤波后的有效值按照先进先出的规则依次放入缓存队列中；

检测缓存队列中的峰值Ipeak；

根据至少两个所述峰值Ipeak计算斜率K2；

所述峰值Ipeak乘以所述斜率K2得到所述弱化系数Kid。

7.根据权利要求6所述的自适应补偿控制方法，其特征在于，所述设定频率为500hz，所述有功电流Id输入到500Hz的高通滤波公式中得到有效值，所述高通滤波公式为。

8.根据权利要求2或3所述的自适应补偿控制方法，其特征在于，所述参考电流Iref、第一输出电压Uout1和第二输出电压Uout2的计算方式分别为：、

、/>。

9.自适应补偿控制电路，包括：功率驱动电路、连接在交流电和所述功率驱动电路之间的滤波电路、控制所述功率驱动电路运行状态的控制器，其特征在于，所述控制器执行权利要求1至8任一项所述的自适应补偿控制方法。

10.根据权利要求9所述的自适应补偿控制电路，其特征在于，所述控制器还连接有电流采样模块、交流电压采样模块和母线电压采样模块，所述电流采样模块采集所述滤波电路输出侧的三相电流，所述交流电压采样模块采集所述滤波电路输入侧的三相电压，所述母线电压采样模块采集所述功率驱动电路输出侧的母线电压BUSV。