CN114678940A - 电源电路可控整流模块功率控制方法和系统 - Google Patents

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黄敏
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Abstract

本发明实施例提供一种电源电路可控整流模块功率控制方法和系统，电源电路可控整流模块功率控制方法和系统，不间断电源电路主要包括：可控整流模块、蓄电池充放电模块、逆变稳压模块等三部分组成。蓄电池充放电模块需要能够及时切换充电模式和放电模式，实现负载不间断供电，对不间断电源内部的充放电控制系统提出了较高的控制要求。将负载侧输出功率前馈至输入侧，使得输入功率能够紧跟输入功率变化，降低直流母线电压波动。此外，采取基于模型的预测控制方法，可进一步提升控制精度，实现输入电流和输入电压同相位。

Description

电源电路可控整流模块功率控制方法和系统
技术领域
本发明实施例涉及不间断电源控制技术领域，尤其涉及一种电源电路可控整流模块功率控制方法和系统。
背景技术
针对一些重要用电负载，供电系统需要配置不间断电源，确保负载供电的可靠性。不间断电源内部配置相应数量的蓄电池组，在电网掉电时依然能够提供充足的电能为关键设备提供应急供电。在电网正常供电情况下，不间断电源内部的蓄电池充放电系统能够将电网交流电能转换为直流电能存贮在蓄电池组中，以备不时之需。当电网突发断电事故时，蓄电池充放电控制系统需要及时将蓄电池存储的电能输送给负载，确保不间断供电。不间断电源主要用于向重要负载供电，例如：银行计算机系统、反应堆控制系统设备等，确保电网掉电时依然具备可靠供电能力，防止断电导致负载无法正常工作。不间断电源主要包括：可控整流模块、蓄电池充放电模块、逆变稳压模块等三部分组成。
不间断电源可控整流模块将电网交流电转换为直流电，为逆变模块提供稳定的直流母线电压。可控整流模块需要实现有源功率因素矫正和直流母线电压稳定两大功能。有源功率因素矫正主要对输入电流的波形和相位进行控制，尽可能使得电流波形更加正弦，降低电流谐波含量；同时，使得输入电流与输入电压同相位，提升不间断电源的工作效率。直流母线电压稳定主要对母线电压进行控制，防止负载突变的情况下，母线电压出现波动。母线电压偏低将导致输出电压幅值降低，母线电压过高可能会导致母线电容超压损坏。因此，为确保不间断电源可靠工作，母线电压的稳定至关重要。
目前，针对单相不间断电源电路可控整流模块的控制策略，主要采取电流控制方式，控制器一般选择为PI控制器。采取该传统控制方式，在负载波动时，因输入功率和输出功率无法实时匹配，容易造成母线电压波动。此外，电流给定值为交流正弦信号，采取PI控制器易产生控制相位偏差，难以实现输入电流和电压同相位。
发明内容
本发明实施例提供一种电源电路可控整流模块功率控制方法和系统，将负载侧输出功率前馈至输入侧，使得输入功率能够紧跟输入功率变化，降低直流母线电压波动。此外，采取基于模型的预测控制方法，可进一步提升控制精度，实现输入电流和输入电压同相位。
第一方面，本发明实施例提供一种电源电路可控整流模块功率控制方法，所述单相不间断电源包括可控整流模块、蓄电池充放电模块和逆变稳压模块；所述可控整流模块包括可控整流全桥和滤波电容，所述可控整流全桥的两输入端分别与单相电源的零线和火线连接，所述可控整流全桥的两输出端分别与滤波电容的两端连接；所述蓄电池充放电模块和所述逆变稳压模块连接所述可控整流全桥的两输出端，所述可控整流全桥包括第一上桥臂开关管和第一下桥臂开关管，所述第一上桥臂开关管的发射极、所述第一下桥臂开关管的集电极相接后连接所述电源输入端；所述第一上桥臂开关管和所述第一下桥臂开关管的基极不接；还包括滤波电容，所述滤波电容的一端连接所述第一上桥臂开关管的基极，所述滤波电容的另一端连接所述第一下桥臂开关管的发射极，所述方法包括：
步骤S1、获取电源输入端的输入电压Vin、输入电流Iin，以及直流母线电压Vdc，所述直流母线电压为滤波电容两端电压；
步骤S2、获取k时刻下输入电压的相位θV(k)和输入电流的相位θI(k)，以预测k+1时刻下输入电压的相位θV(k+1)和输入电流的相位θI(k+1)；
步骤S3、基于k时刻下输入电压的相位θV(k)和输入电流的相位θI(k)、k+1时刻下输入电压的相位θV(k+1)和输入电流的相位θI(k+1)预测得到k+1时刻的有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)；
步骤S4、基于有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)确定开关状态分别为S1＝1和S1＝0时的目标函数值，以选取目标函数值最小的开关状态作用到所述可控整流模块；其中，开关状态为S1＝1时，所述第一上桥臂开关管开通且所述第一下桥臂开关管关断，开关状态为S1＝0时，所述第一上桥臂开关管关断且所述第一下桥臂开关管开通。
作为优选的，其特征在于，所述蓄电池充放电模块包括蓄电池、第二上桥臂开关管和第二下桥臂开关管；所述第二上桥臂开关管的发射极、所述第二下桥臂开关管的集电极相接后连接至所述蓄电池的一极；所述第二上桥臂开关管和所述第二下桥臂开关管的基极不接；
所述逆变稳压模块包括第三上桥臂开关管和第三下桥臂开关管；所述第三上桥臂开关管的发射极、所述第三下桥臂开关管的集电极相接后连接电源输出端；所述第三上桥臂开关管和所述第三下桥臂开关管的基极不接；
所述滤波电容的一端、所述第一上桥臂开关管的基极、所述第二上桥臂开关管的基极和所述第三上桥臂开关管的基极连接；所述第一下桥臂开关管的发射极、所述滤波电容的另一端、所述第二下桥臂开关管的发射极、所述蓄电池的另一极、所述第三下桥臂开关管的发射极连接；
所述可控整流模块还包括串联的第一电阻和第一电感，所述第一电阻一端连接电源输入端，所述第一电阻的另一端连接第一电感，所述第一电感、所述第一上桥臂开关管的发射极、所述第一下桥臂开关管的集电极连接；
所述蓄电池充放电模块还包括第二电感，所述第二电感的一端连接所述蓄电池的一极，所述第二电感的另一端连接至所述第二上桥臂开关管的发射极、所述第二下桥臂开关管的集电极；
所述逆变稳压模块还包括第三电感和接地电容，所述第三电感的一端连接所述第三上桥臂开关管的发射极、所述第三下桥臂开关管的集电极，所述第三电感的另一端连接电源输出端，所述电源输出端通过接地电容接地。
作为优选的，所述步骤S1具体包括：
对输入端电压Vin、输入电流Iin和直流母线电压Vdc进行采样，获取k时刻的输入端电压Vin(k)、输入电流Iin(k)和直流母线电压Vdc(k)；
对所述可控整流模块的电压方程进行一阶欧拉离散处理，确定k+1时刻的输出电流Iin(k+1)。
作为优选的，所述可控整流模块的电压方程为：
Figure BDA0003555742780000031
k+1时刻的输出电流为：
Figure BDA0003555742780000041
上式中，R1为第一电阻的电阻值，L1为第一电感的电感值，所述第一电阻一端连接电源输入端，所述第一电阻的另一端连接第一电感，所述第一电感、所述第一上桥臂开关管的发射极、所述第一下桥臂开关管的集电极连接；Ts为采样周期，Ts＝Ton+Toff，Ton为第二上桥臂开关管开通且第二下桥臂开关管关断持续时间，Toff为第二上桥臂开关管关断且第二下桥臂开关管开通持续时间。
作为优选的，所述步骤S2中，k+1时刻下输入电压的相位为：
θV(k+1)＝θV(k)+ωTs
上式中，
Figure BDA0003555742780000042
为输入电压的角频率；
k+1时刻下输入电流的相位为：
Figure BDA0003555742780000043
作为优选的，所述步骤S3中，k+1时刻的有功功率和无功功率分别为：
Figure BDA0003555742780000044
作为优选的，所述步骤S4中，所述目标函数为：
g＝(P*-P(k+1))+(Q*-Q(k+1))
上式中，P*和Q*分别为有功功率给定值和无功功率给定值；P*包括直流母线电压调节部分和负载功率前馈部分；
负载功率为：
Pload＝VoI0
上式中，V0和I0为负载侧输出电压和电流采样值；
基于有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)确定开关状态分别为S1＝1和S1＝0时的目标函数值，以选取目标函数值最小的开关状态作用到所述可控整流模块，具体包括：
确定开关状态为S1＝1时的目标函数g1，以及S1＝0时的目标函数g0，若判断获知g1＞g0，则开通第一下桥臂开关管并关断第一上桥臂开关管；否则开通第一上桥臂开关管且关断第一下桥臂开关管。
第二方面，本发明实施例提供一种电源电路可控整流模块功率控制，所述单相不间断电源电路包括可控整流模块、蓄电池充放电模块和逆变稳压模块；所述可控整流模块包括可控整流全桥和滤波电容，所述可控整流全桥的两输入端分别与单相电源的零线和火线连接，所述可控整流全桥的两输出端分别与滤波电容的两端连接；所述蓄电池充放电模块和所述逆变稳压模块连接所述可控整流全桥的两输出端，所述可控整流全桥包括第一上桥臂开关管和第一下桥臂开关管，所述第一上桥臂开关管的发射极、所述第一下桥臂开关管的集电极相接后连接所述电源输入端；所述第一上桥臂开关管和所述第一下桥臂开关管的基极不接；还包括滤波电容，所述滤波电容的一端连接所述第一上桥臂开关管的基极，所述滤波电容的另一端连接所述第一下桥臂开关管的发射极；其特征在于，还包括功率预测控制模块，所述功率预测控制模块包括：
采集单元，获取电源输入端的输入电压Vin、输入电流Iin，以及直流母线电压Vdc，所述直流母线电压为滤波电容两端电压；
相位预测单元，获取k时刻下输入电压的相位θV(k)和输入电流的相位θI(k)，以预测k+1时刻下输入电压的相位θV(k+1)和输入电流的相位θI(k+1)；
功率预测单元，基于k时刻下输入电压的相位θV(k)和输入电流的相位θI(k)、k+1时刻下输入电压的相位θV(k+1)和输入电流的相位θI(k+1)预测得到k+1时刻的有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)；
功率控制单元，基于有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)确定开关状态分别为S1＝1和S1＝0时的目标函数值，以选取目标函数值最小的开关状态作用到所述可控整流模块；其中，开关状态为S1＝1时，所述第一上桥臂开关管开通且所述第一下桥臂开关管关断，开关状态为S1＝0时，所述第一上桥臂开关管关断且所述第一下桥臂开关管开通。
本发明实施例提供的一种电源电路可控整流模块功率控制方法和系统，不间断电源电路主要包括：可控整流模块、蓄电池充放电模块、逆变稳压模块等三部分组成。蓄电池充放电模块需要能够及时切换充电模式和放电模式，实现负载不间断供电，对不间断电源内部的充放电控制系统提出了较高的控制要求。将负载侧输出功率前馈至输入侧，使得输入功率能够紧跟输入功率变化，降低直流母线电压波动。此外，采取基于模型的预测控制方法，可进一步提升控制精度，实现输入电流和输入电压同相位。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为根据本发明实施例的电源电路可控整流模块功率控制方法流程框图；
图2为根据本发明实施例的电源电路可控整流模块功率控制方法具体流程图；
图3为根据本发明实施例的单相不间断电源电路结构图；
图4为根据本发明实施例的不间断电源整流模块电路拓扑结构图；
图5为根据本发明实施例的输入电压锁相环原理图；
图6为根据本发明实施例的输入电流锁相环原理图；
图7为根据本发明实施例的有功功率给定控制框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
本申请实施例中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
本申请实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列部件或单元的系统、产品或设备没有限定于已列出的部件或单元，而是可选地还包括没有列出的部件或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它部件或单元。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
目前，针对单相不间断电源可控整流模块的控制策略，主要采取电流控制方式，控制器一般选择为PI控制器。采取该传统控制方式，在负载波动时，因输入功率和输出功率无法实时匹配，容易造成母线电压波动。此外，电流给定值为交流正弦信号，采取PI控制器易产生控制相位偏差，难以实现输入电流和电压同相位。
因此，本发明实施例提供一种电源电路可控整流模块功率控制方法和系统，将负载侧输出功率前馈至输入侧，使得输入功率能够紧跟输入功率变化，降低直流母线电压波动。此外，采取基于模型的预测控制方法，可进一步提升控制精度，实现输入电流和输入电压同相位。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。
图1、图2为本发明实施例提供的一种电源电路可控整流模块功率控制方法，其中，如图3中所示，单相不间断电源电路包括可控整流模块、蓄电池充放电模块和逆变稳压模块；所述可控整流模块包括可控整流全桥和滤波电容，所述可控整流全桥的两输入端分别与单相电源的零线和火线连接，所述可控整流全桥的两输出端分别与滤波电容的两端连接；所述蓄电池充放电模块和所述逆变稳压模块连接所述可控整流全桥的两输出端。
以单向电源的火线输入电压电源输入端Vin，所述电源输入端连接至可控整流模块，所述可控整流全桥包括第一上桥臂开关管Q1-1和第一下桥臂开关管Q1-2，所述第一上桥臂开关管Q1-1的发射极、所述第一下桥臂开关管Q1-2的集电极相接后连接所述电源输入端Vin；所述第一上桥臂开关管Q1-1和所述第一下桥臂开关管Q1-2的基极不接；所述可控整流模块还包括串联的第一电阻R1和第一电感L1，所述第一电阻R1一端连接电源输入端Vin，所述第一电阻R1的另一端连接第一电感L1，所述第一电感L1、所述第一上桥臂开关管Q1-1的发射极、所述第一下桥臂开关管Q1-2的集电极连接。
所述蓄电池充放电模块包括蓄电池(即图中蓄电池箱)、第二上桥臂开关管Q2-1和第二下桥臂开关管Q2-2；所述第二上桥臂开关管Q2-1的发射极、所述第二下桥臂开关管Q2-2的集电极相接后连接至所述蓄电池的一极；所述第二上桥臂开关管Q2-1和所述第二下桥臂开关管Q2-2的基极不接；所述蓄电池充放电模块还包括第二电感L2，所述第二电感L2的一端连接所述蓄电池的一极，所述第二电感L2的另一端连接至所述第二上桥臂开关管Q2-1的发射极、所述第二下桥臂开关管Q2-2的集电极。
所述逆变稳压模块包括第三上桥臂开关管Q3-1和第三下桥臂开关管Q3-2；所述第三上桥臂开关管Q3-1的发射极、所述第三下桥臂开关管Q3-2的集电极相接后连接电源输出端Vo；所述第三上桥臂开关管Q3-1和所述第三下桥臂开关管Q3-2的基极不接；所述逆变稳压模块还包括第三电感L3和接地电容C1，所述第三电感L3的一端连接所述第三上桥臂开关管Q3-1的发射极、所述第三下桥臂开关管Q3-2的集电极，所述第三电感L3的另一端连接电源输出端Vo，所述电源输出端Vo通过接地电容接地C1。
还包括滤波电容，该滤波电容包括多个串联的电容，所述滤波电容的一端、所述第一上桥臂开关管Q2-1的基极、所述第二上桥臂开关管Q2-1的基极和所述第三上桥臂开关管Q3-1的基极连接；所述第一下桥臂开关管Q1-2的发射极、所述滤波电容的另一端、所述第二下桥臂开关管Q2-2的发射极、所述蓄电池的另一极、所述第三下桥臂开关管Q3-2的发射极连接。
蓄电池充放电模块需要能够及时切换充电模式和放电模式，实现负载不间断供电，对不间断电源内部的充放电控制系统提出了较高的控制要求。蓄电池通常以直流电方式存贮电能，而负载通常采取交流供电方式。因此，为确保紧急情况下的可靠供电，还需要蓄电池充放电模块和逆变稳压模块相互配合控制，及时将蓄电池内部存贮的直流电转换为满足需求的交流电输出。
本实施例中，所述功率控制方法包括：
步骤S1、获取电源输入端的输入电压Vin、输入电流Iin，以及直流母线电压Vdc，所述直流母线电压为滤波电容两端电压；
本实施例中，对输入端电压Vin、输入电流Iin和直流母线电压Vdc进行采样，获取k时刻的输入端电压Vin(k)、输入电流Iin(k)和直流母线电压Vdc(k)；
图4为可控整流模块电路拓扑结构，依据该电路拓扑结构，列写电压方程为：
Figure BDA0003555742780000091
上式中，S1为开关状态，开关状态为S1＝1时，所述第一上桥臂开关管Q1-1开通且所述第一下桥臂开关管Q1-2关断，开关状态为S1＝0时，所述第一上桥臂开关管Q1-1关断且所述第一下桥臂开关管Q1-2开通。
依据式(1)，对所述可控整流模块的电压方程进行一阶欧拉离散处理，确定k+1时刻的输出电流Iin(k+1)。
Figure BDA0003555742780000092
上式中，R1为第一电阻的电阻值，L1为第一电感的电感值，所述第一电阻一端连接电源输入端，所述第一电阻的另一端连接第一电感，所述第一电感、所述第一上桥臂开关管的发射极、所述第一下桥臂开关管的集电极连接；Ts为采样周期，Ts＝Ton+Toff，Ton为第二上桥臂开关管开通且第二下桥臂开关管关断持续时间，Toff为第二上桥臂开关管关断且第二下桥臂开关管开通持续时间。
步骤S2、获取k时刻下输入电压的相位θV(k)和输入电流的相位θI(k)，以预测k+1时刻下输入电压的相位θV(k+1)和输入电流的相位θI(k+1)；
本实施例中，采取锁相环获取在k时刻下输入电压和输入电流的相位θV(k)和θI(k)，锁相环控制框图如图5、图6所示。利用式(3)对k+1时刻的输入电压相位θV(k+1)进行预测；采取式(8)对k+1时刻下输入电流相位进行预测θI(k+1)。
具体的，k+1时刻下输入电压的相位为：
θV(k+1)＝θV(k)+ωTs (3)
上式中，
Figure BDA0003555742780000093
为输入电压的角频率；
假定输入电流为正弦，输入电流表达式为：
Iin(k)＝Im sin(θI(k)) (4)
在k+1时刻下，电流相位表达式为：
θI(k+1)＝θI(k)+ΔθI (5)
在k+1时刻下的输入电流表达式为：
Figure BDA0003555742780000104
假定Δθ1充分小，令cos(Δθ1)＝1，式(6)可化简为：
Figure BDA0003555742780000101
依据式(7)，可获得k+1时刻下输入电流的相位为：
Figure BDA0003555742780000102
步骤S3、基于k时刻下输入电压的相位θV(k)和输入电流的相位θI(k)、k+1时刻下输入电压的相位θV(k+1)和输入电流的相位θI(k+1)预测得到k+1时刻的有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)；
Figure BDA0003555742780000103
步骤S4、基于有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)确定开关状态分别为S1＝1和S1＝0时的目标函数值，以选取目标函数值最小的开关状态作用到所述可控整流模块；所述目标函数为：
g＝(P*-P(k+1))+(Q*-Q(k+1)) (10)
上式中，P*和Q*分别为有功功率给定值和无功功率给定值；为提升不间断电源运行效率，需尽可能降低无功功率，将无功功率给定值Q*＝0；为了能够降低直流母线电压波动，P*给定值包含直流母线电压调节部分(PI调节器给定)和负载功率前馈部分，可降低负载变化对直流母线电压的影响，控制框图如图7所示，负载功率计算公式如下：
Pload＝VoI0 (11)
上式中，V0和I0为负载侧输出电压和电流采样值；
确定开关状态为S1＝1时的目标函数g1，以及S1＝0时的目标函数g0，若判断获知g1＞g0，则开通第一下桥臂开关管并关断第一上桥臂开关管；否则开通第一上桥臂开关管且关断第一下桥臂开关管。
第二方面，本发明实施例提供一种电源电路可控整流模块功率控制，所述单相不间断电源电路包括可控整流模块、蓄电池充放电模块和逆变稳压模块；所述可控整流模块包括电源输入端，所述电源输入端连接至整流电路，所述整流电路包括第一上桥臂开关管和第一下桥臂开关管，所述第一上桥臂开关管的发射极、所述第一下桥臂开关管的集电极相接后连接所述电源输入端；所述第一上桥臂开关管和所述第一下桥臂开关管的基极不接；还包括滤波电容，所述滤波电容的一端连接所述第一上桥臂开关管的基极，所述滤波电容的另一端连接所述第一下桥臂开关管的发射极；其特征在于，还包括功率预测控制模块，所述功率预测控制模块包括：
采集单元，获取电源输入端的输入电压Vin、输入电流Iin，以及直流母线电压Vdc，所述直流母线电压为滤波电容两端电压；
相位预测单元，获取k时刻下输入电压的相位θV(k)和输入电流的相位θI(k)，以预测k+1时刻下输入电压的相位θV(k+1)和输入电流的相位θI(k+1)；
功率预测单元，基于k时刻下输入电压的相位θV(k)和输入电流的相位θI(k)、k+1时刻下输入电压的相位θV(k+1)和输入电流的相位θI(k+1)预测得到k+1时刻的有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)；
功率控制单元，基于有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)确定开关状态分别为S1＝1和S1＝0时的目标函数值，以选取目标函数值最小的开关状态作用到所述可控整流模块；其中，开关状态为S1＝1时，所述第一上桥臂开关管开通且所述第一下桥臂开关管关断，开关状态为S1＝0时，所述第一上桥臂开关管关断且所述第一下桥臂开关管开通。
本发明的各实施方式可以任意进行组合，以实现不同的技术效果。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidStateDisk)等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，该流程可以由计算机程序来指令相关的硬件完成，该程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种电源电路可控整流模块功率控制方法，所述单相不间断电源包括可控整流模块、蓄电池充放电模块和逆变稳压模块；所述可控整流模块包括可控整流全桥和滤波电容，所述可控整流全桥的两输入端分别与单相电源的零线和火线连接，所述可控整流全桥的两输出端分别与滤波电容的两端连接；所述蓄电池充放电模块和所述逆变稳压模块连接所述可控整流全桥的两输出端，所述可控整流全桥包括第一上桥臂开关管和第一下桥臂开关管，所述第一上桥臂开关管的发射极、所述第一下桥臂开关管的集电极相接后连接所述电源输入端；所述第一上桥臂开关管和所述第一下桥臂开关管的基极不接；还包括滤波电容，所述滤波电容的一端连接所述第一上桥臂开关管的基极，所述滤波电容的另一端连接所述第一下桥臂开关管的发射极，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1、获取电源输入端的输入电压Vin、输入电流Iin，以及直流母线电压Vdc，所述直流母线电压为滤波电容两端电压；
步骤S2、获取k时刻下输入电压的相位θV(k)和输入电流的相位θI(k)，以预测k+1时刻下输入电压的相位θV(k+1)和输入电流的相位θI(k+1)；
步骤S3、基于k时刻下输入电压的相位θV(k)和输入电流的相位θI(k)、k+1时刻下输入电压的相位θV(k+1)和输入电流的相位θI(k+1)预测得到k+1时刻的有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)；
步骤S4、基于有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)确定开关状态分别为S1＝1和S1＝0时的目标函数值，以选取目标函数值最小的开关状态作用到所述可控整流模块；其中，开关状态为S1＝1时，所述第一上桥臂开关管开通且所述第一下桥臂开关管关断，开关状态为S1＝0时，所述第一上桥臂开关管关断且所述第一下桥臂开关管开通。
2.根据权利要求1所述的电源电路可控整流模块功率控制方法，其特征在于，所述蓄电池充放电模块包括蓄电池、第二上桥臂开关管和第二下桥臂开关管；所述第二上桥臂开关管的发射极、所述第二下桥臂开关管的集电极相接后连接至所述蓄电池的一极；所述第二上桥臂开关管和所述第二下桥臂开关管的基极不接；
所述逆变稳压模块包括第三上桥臂开关管和第三下桥臂开关管；所述第三上桥臂开关管的发射极、所述第三下桥臂开关管的集电极相接后连接电源输出端；所述第三上桥臂开关管和所述第三下桥臂开关管的基极不接；
所述滤波电容的一端、所述第一上桥臂开关管的基极、所述第二上桥臂开关管的基极和所述第三上桥臂开关管的基极连接；所述第一下桥臂开关管的发射极、所述滤波电容的另一端、所述第二下桥臂开关管的发射极、所述蓄电池的另一极、所述第三下桥臂开关管的发射极连接；
所述可控整流模块还包括串联的第一电阻和第一电感，所述第一电阻一端连接电源输入端，所述第一电阻的另一端连接第一电感，所述第一电感、所述第一上桥臂开关管的发射极、所述第一下桥臂开关管的集电极连接；
所述蓄电池充放电模块还包括第二电感，所述第二电感的一端连接所述蓄电池的一极，所述第二电感的另一端连接至所述第二上桥臂开关管的发射极、所述第二下桥臂开关管的集电极；
所述逆变稳压模块还包括第三电感和接地电容，所述第三电感的一端连接所述第三上桥臂开关管的发射极、所述第三下桥臂开关管的集电极，所述第三电感的另一端连接电源输出端，所述电源输出端通过接地电容接地。
3.根据权利要求1所述的电源电路可控整流模块功率控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
对输入端电压Vin、输入电流Iin和直流母线电压Vdc进行采样，获取k时刻的输入端电压Vin(k)、输入电流Iin(k)和直流母线电压Vdc(k)；
对所述可控整流模块的电压方程进行一阶欧拉离散处理，确定k+1时刻的输出电流Iin(k+1)。
4.根据权利要求3所述的电源电路可控整流模块功率控制方法，其特征在于，所述可控整流模块的电压方程为：
Figure FDA0003555742770000021
k+1时刻的输出电流为：
Figure FDA0003555742770000022
上式中，R1为第一电阻的电阻值，L1为第一电感的电感值，所述第一电阻一端连接电源输入端，所述第一电阻的另一端连接第一电感，所述第一电感、所述第一上桥臂开关管的发射极、所述第一下桥臂开关管的集电极连接；Ts为采样周期，Ts＝Ton+Toff，Ton为第二上桥臂开关管开通且第二下桥臂开关管关断持续时间，Toff为第二上桥臂开关管关断且第二下桥臂开关管开通持续时间。
5.根据权利要求4所述的电源电路可控整流模块功率控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，k+1时刻下输入电压的相位为：
θV(k+1)＝θV(k)+ωTs
上式中，
Figure FDA0003555742770000033
为输入电压的角频率；
k+1时刻下输入电流的相位为：
Figure FDA0003555742770000031
6.根据权利要求5所述的电源电路可控整流模块功率控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，k+1时刻的有功功率和无功功率分别为：
Figure FDA0003555742770000032
7.根据权利要求1所述的电源电路可控整流模块功率控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述目标函数为：
g＝(P*-P(k+1))+(Q*-Q(k+1))
上式中，P*和Q*分别为有功功率给定值和无功功率给定值；P*包括直流母线电压调节部分和负载功率前馈部分；
负载功率为：
Pload＝VoI0
上式中，V0和I0为负载侧输出电压和电流采样值；
基于有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)确定开关状态分别为S1＝1和S1＝0时的目标函数值，以选取目标函数值最小的开关状态作用到所述可控整流模块，具体包括：
确定开关状态为S1＝1时的目标函数g1，以及S1＝0时的目标函数g0，若判断获知g1＞g0，则开通第一下桥臂开关管并关断第一上桥臂开关管；否则开通第一上桥臂开关管且关断第一下桥臂开关管。
8.一种电源电路可控整流模块功率控制，所述单相不间断电源电路包括可控整流模块、蓄电池充放电模块和逆变稳压模块；所述可控整流模块包括可控整流全桥和滤波电容，所述可控整流全桥的两输入端分别与单相电源的零线和火线连接，所述可控整流全桥的两输出端分别与滤波电容的两端连接；所述蓄电池充放电模块和所述逆变稳压模块连接所述可控整流全桥的两输出端，所述可控整流全桥包括第一上桥臂开关管和第一下桥臂开关管，所述第一上桥臂开关管的发射极、所述第一下桥臂开关管的集电极相接后连接所述电源输入端；所述第一上桥臂开关管和所述第一下桥臂开关管的基极不接；还包括滤波电容，所述滤波电容的一端连接所述第一上桥臂开关管的基极，所述滤波电容的另一端连接所述第一下桥臂开关管的发射极；其特征在于，还包括功率预测控制模块，所述功率预测控制模块包括：
采集单元，获取电源输入端的输入电压Vin、输入电流Iin，以及直流母线电压Vdc，所述直流母线电压为滤波电容两端电压；
相位预测单元，获取k时刻下输入电压的相位θV(k)和输入电流的相位θI(k)，以预测k+1时刻下输入电压的相位θV(k+1)和输入电流的相位θI(k+1)；
功率预测单元，基于k时刻下输入电压的相位θV(k)和输入电流的相位θI(k)、k+1时刻下输入电压的相位θV(k+1)和输入电流的相位θI(k+1)预测得到k+1时刻的有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)；
功率控制单元，基于有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)确定开关状态分别为S1＝1和S1＝0时的目标函数值，以选取目标函数值最小的开关状态作用到所述可控整流模块；其中，开关状态为S1＝1时，所述第一上桥臂开关管开通且所述第一下桥臂开关管关断，开关状态为S1＝0时，所述第一上桥臂开关管关断且所述第一下桥臂开关管开通。
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