CN115189588A - 电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法及装置，其中，供电电路包括电源和模块化多电平换流器，方法包括：根据电源电压、电源电流和所有桥臂子模块的电容电压，确定模块化多电平换流器每一相的输出电压参考值；根据模块化多电平换流器的输出电流和所有相的输出电压参考值，确定上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号；根据上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，对模块化多电平换流器进行控制。由此，不仅可以实现对电磁感应式蒸汽锅炉的有效供电，而且有利于提升电磁感应式蒸汽锅炉的电源功率等级和电压等级，有利于提高锅炉系统运行效率。

Description

电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及蒸汽锅炉技术领域，具体涉及一种电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法和一种电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制装置。
背景技术
电磁感应式蒸汽锅炉以其快响应速度、高效、清洁等优点越来越受到关注，近年来有逐渐取代传统电阻式锅炉和燃气式锅炉的趋势。电磁感应式蒸汽锅炉依靠电磁感应线圈在锅炉水中产生快速交变的涡流发热，在加热过程中锅炉水的电导率、磁导率等物理特性在不停的发生变化，因此其加热过程是一个复杂的非线性过程，影响了对感应线圈的供电，进而影响锅炉系统的运行，因此对感应线圈供电的控制提出了要求。
发明内容
本发明为解决电磁感应式蒸汽锅炉的感应线圈供电的问题，提出了如下技术方案。
本发明第一方面实施例提出了一种电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，所述供电电路包括电源和模块化多电平换流器，所述方法包括以下步骤：采样电源电压、电源电流、所述模块化多电平换流器的输出电流和所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压；根据所述电源电压、所述电源电流和所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压，确定所述模块化多电平换流器每一相的输出电压参考值；根据所述模块化多电平换流器的输出电流和所述模块化多电平换流器所有相的输出电压参考值，确定所述模块化多电平换流器中上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号；根据所述上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、所述下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，对所述模块化多电平换流器进行控制。
另外，根据本发明上述实施例的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法还可以具有如下附加的技术特征。
根据本发明的一个实施例，所述电源为单相电源，所述模块化多电平换流器为单相四桥臂结构。
根据本发明的一个实施例，所述电源为三相电源，所述模块化多电平换流器为三相六桥臂结构。
根据本发明的一个实施例，根据所述电源电压、所述电源电流和所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压，确定所述模块化多电平换流器每一相的输出电压参考值，包括：将所述三相电源的三相电流经dq坐标变换得到电流直轴分量和电流交轴分量；将所述三相电源的三相电压经dq坐标变换得到电压直轴分量和电压交轴分量；根据所述电流直轴分量和所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压确定桥臂电容直轴电压；确定所述三相电流的无功分量，并根据所述三相电流的无功分量和所述电流交轴分量确定桥臂电容交轴电压；根据所述电流直轴分量、所述电流交轴分量、所述电压直轴分量和所述电压交轴分量、所述桥臂电容直轴电压和所述桥臂电容交轴电压，确定所述模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值。
根据本发明的一个实施例，根据所述电流直轴分量和所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压确定桥臂电容直轴电压，包括：根据所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压确定直轴电流参考值；根据所述直轴电流参考值和所述电流直轴分量确定桥臂电容直轴电压。
根据本发明的一个实施例，根据所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压确定直轴电流参考值，包括：根据所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压计算得到电容电压平均值；获取电容电压参考值，将所述电容电压参考值与所述电容电压平均值作差得到第一误差信号，并将所述第一误差信号送入第一控制器，以得到电源直轴电流参考值。
根据本发明的一个实施例，根据所述直轴电流参考值和所述电流直轴分量确定桥臂电容直轴电压，包括：将所述直轴电流参考值与所述电流直轴分量作差得到第二误差信号，并将所述第二误差信号送入第二控制器，以得到桥臂电容直轴电压。
根据本发明的一个实施例，根据所述三相电流的无功分量和所述电流交轴分量确定桥臂电容交轴电压，包括：将所述三相电流的无功分量与所述电流交轴分量作差得到第三误差信号，并将所述第三误差信号送入第三控制器，以得到桥臂电容交轴电压，其中，所述三相电流的无功分量为0。
根据本发明的一个实施例，根据所述电流直轴分量、所述电流交轴分量、所述电压直轴分量和所述电压交轴分量、所述桥臂电容直轴电压和所述桥臂电容交轴电压，确定所述模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值，包括：根据所述电流直轴分量、所述电流交轴分量、所述电压直轴分量和所述电压交轴分量、所述桥臂电容直轴电压和所述桥臂电容交轴电压，确定所述三相电源的直轴输出电压和交轴输出电压；根据所述三相电源的直轴输出电压和交轴输出电压，确定所述模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值。
根据本发明的一个实施例，根据所述电流直轴分量、所述电流交轴分量、所述电压直轴分量和所述电压交轴分量、所述桥臂电容直轴电压和所述桥臂电容交轴电压，确定所述三相电源的直轴输出电压和交轴输出电压，包括：将所述电流交轴分量和电流直轴分量送入解耦模块进行交叉解耦控制，以得到第一电压和第二电压；将所述第一电压与所述电压交轴分量叠加得到第一叠加值，并将所述第二电压与所述电压直轴分量叠加得到第二叠加值；将所述第一叠加值与所述桥臂电容交轴电压作差得到所述三相电源的直轴输出电压，并将所述第二叠加值与所述桥臂电容直轴电压作差得到所述三相电源的交轴输出电压，
根据本发明的一个实施例，根据所述三相电源的直轴输出电压和交轴输出电压，确定所述模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值，包括：将所述三相电源的直轴输出电压和交轴输出电压经dq坐标反变换得到所述模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值。
根据本发明的一个实施例，根据所述模块化多电平换流器的输出电流和所述模块化多电平换流器所有相的输出电压参考值，确定所述模块化多电平换流器中上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，包括：根据所述模块化多电平换流器的输出电流确定脉冲控制量；根据所述脉冲控制量、所述模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值，确定所述模块化多电平换流器中上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号。
根据本发明的一个实施例，跟据所述模块化多电平换流器的输出电流确定脉冲控制量，包括：获取参考电流值，将所述参考电流值与所述模块化多电平换流器的输出电流作差得到第四误差信号，并将所述第四误差信号送入第四控制器，以得到脉冲控制量。
根据本发明的一个实施例，根据所述脉冲控制量、所述模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值，确定所述模块化多电平换流器中上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，包括：将所述A相输出电压参考值与所述脉冲控制量叠加得到第三叠加值、将所述B相输出电压参考值与所述脉冲控制量叠加得到第四叠加值、将所述C相输出电压参考值与所述脉冲控制量叠加得到第五叠加值，将所述A相输出电压参考值与所述脉冲控制量作差得到第一差值、将所述B相输出电压参考值与所述脉冲控制量作差得到第二差值以及将所述C相输出电压参考值与所述脉冲控制量作差得到第三差值；将所述第三叠加值、所述第四叠加值和所述第五叠加值进行载波移相调制，以得到上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，并将所述第一差值、所述第二差值和所述第三差值进行载波移相调制，以得到下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号
根据本发明的一个实施例，每个所述桥臂子模块包含四个功率开关，所述四个功率开关管构成全H桥结构，每个所述功率开关由一个开关器件反并联一个功率二极管组成，所述全H桥结构并联一个直流电容。
根据本发明的一个实施例，每个所述开关器件为全控型电力电子器件。
本发明第二方面实施例提出了一种电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制装置，所述供电电路包括电源和模块化多电平换流器，所述装置包括：采样模块，用于采样电源电压、电源电流、所述模块化多电平换流器的输出电流和所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压；第一确定模块，用于根据所述电源电压、所述电源电流和所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压，确定所述模块化多电平换流器每一相的输出电压参考值；第二确定模块，用于根据所述模块化多电平换流器的输出电流和所述模块化多电平换流器所有相的输出电压参考值，确定所述模块化多电平换流器中上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号；控制模块，用于根据所述上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、所述下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，对所述模块化多电平换流器进行控制。
本发明实施例的技术方案，在采用模块化多电平换流器对锅炉的感应线圈进行供电的基础上，根据采样到的实际电参数对模块化多电平换流器进行控制，不仅可以实现对电磁感应式蒸汽锅炉的有效供电，而且有利于提升电磁感应式蒸汽锅炉的电源功率等级和电压等级，有利于提高锅炉系统运行效率。
附图说明
图1为本发明实施例的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的结构框图。
图2为本发明实施例的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法的流程图。
图3为本发明一个示例的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的拓扑图。
图4为本发明一个示例的对供电电路进行控制的原理示意图。
图5为本发明实施例的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制装置的方框示意图。
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。
图1为本发明实施例的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的结构框图。
需要说明的是，本发明实施例的控制方法应用于电磁感应式蒸汽锅炉供电电路，如图1所示，该供电电路包括输入侧的电源和模块化多电平换流器(Modular MultilevelConverter,简称MMC)、输出侧的电磁感应式蒸汽锅炉的电磁感应线圈。电源的电源电压和电源电流输入至模块化多电平换流器，模块化多电平换流器经转换后输出电流，用于给电磁感应式蒸汽锅炉的电磁感应线圈供电。其中，换流器的输出电流还可经低频滤波后给线圈供电。
其中，参照图1，模块化多电平换流器为多相电路，其中每一相包括上桥臂和下桥臂，因此模块化多电平换流器包括多个上桥臂和下桥臂，其具体数量根据电源的类型确定，每个桥臂包括n个桥臂子模块，其具体数量可根据电压等级和器件耐压值确定，每个桥臂子模块包括多个功率开关和一个直流电容。
图2为本发明实施例的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法的流程图。
如图2所示，该电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法包括以下步骤S1至S4。
S1，采样电源电压、电源电流、模块化多电平换流器的输出电流和模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压。
需要说明的是，模块化多电平换流器的输出电流为交流正弦量，其表达式可以为：
Io＝Iom sin(ω1t) (1)
其中，Io模块化多电平换流器的是输出电流，ω1表示所需输出电流频率(根据电磁锅炉具体硬件参数确定)，Iom是输出电流正弦量峰值，t是时间。
桥臂子模块的电容电压是指桥臂子模块中直流电容两端的电压。
具体地，为了对供电电路进行控制，首先采样供电电路中的电源电压、电源电流、模块化多电平换流器实际的输出电流和所有桥臂子模块中直流电容的电压，采样到的参数均为实际参数。
S2，根据电源电压、电源电流和模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压，确定模块化多电平换流器每一相的输出电压参考值。
具体地，在执行步骤S1的采样流程后，根据采样到的电源电压、电源电流和所有桥臂子模块的电容电压，可将电源电压、电源电流进行信号处理，之后再结合所有电容电压进行信号处理，以确定模块化多电平换流器每一相的输出电压参考值。
S3，根据模块化多电平换流器的输出电流和模块化多电平换流器所有相的输出电压参考值，确定模块化多电平换流器中上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号。
具体地，可对模块化多电平换流器的输出电流和输出电压参考值进行信号处理后再进行载波移相调制，从而得到上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，其中，每个桥臂子模块中的每个功率开关对应一个脉冲信号。
S4，根据上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，对模块化多电平换流器进行控制。
具体地，根据上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号控制上桥臂每个功率开关的通断，同时根据下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号控制下桥臂每个功率开关的通断，实现对换流器的控制，从而实现对电磁式感应线圈的供电控制。
本发明实施例，输入侧使用模块化多电平换流器对电源进行转化后给蒸汽锅炉供电，并对模块化多电平换流器进行控制，即：不仅采用模块化多电平换流器对锅炉的感应线圈进行供电，还根据电源电压和所有桥臂子模块的电容电压，得到模块化多电平换流器每一相的输出电压参考值，之后根据模块化多电平换流器的输出电流和所有相的输出电压参考值得到上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，最后根据得到的脉冲信号对模块化多电平换流器的功率开关进行控制，实现对线圈的供电控制。其中模块化多电平换流器具有结构简单、容易拓展、开关损耗低、电压谐波少、安装维护成本低廉等诸多优点，因此一定程度上有利于提升电磁感应式蒸汽锅炉的电源功率等级和电压等级，即使加热过程中锅炉水的电导率、磁导率等物理特性在不停的发生变化，也能够实现线圈有效的供电，有利于提高锅炉系统运行效率。
由此，本发明实施例的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，在采用模块化多电平换流器对锅炉的感应线圈进行供电的基础上，根据采样到的实际电参数对模块化多电平换流器进行控制，不仅可以实现对电磁感应式蒸汽锅炉的有效供电，而且有利于提升电磁感应式蒸汽锅炉的电源功率等级和电压等级，有利于提高锅炉系统运行效率。
在本发明的一个实施例中，电源为单相电源，模块化多电平换流器为单相四桥臂结构。
具体地，根据实际需求，可采用单相电源，此时模块化多电平换流器为单相四桥臂结构，即模块化多电平换流器的供电电源为单相电源、且模块化多电平换流器具有四个桥臂。其中，每个桥臂包括n个桥臂子模块，每个桥臂子模块多个功率开关和一个直流电容。
进一步地，每个桥臂子模块包含四个功率开关S1、S2、S3、S4，四个功率开关管构成全H桥结构，每个功率开关由一个开关器件反并联一个功率二极管组成，全H桥结构并联一个直流电容CSM。
其中，每个开关器件可为全控型电力电子器件，例如金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、集成门极换流晶闸管(IGCT)或门极可关断晶闸管(GTO))。
具体而言，采用上述步骤S1至S4对单相四桥臂结构的模块化多电平换流器进行控制，即：根据单相电源和所有桥臂子模块的电容电压，得到模块化多电平换流器每一相的输出电压参考值，之后根据模块化多电平换流器的输出电流和所有相的输出电压参考值得到上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，最后根据得到的脉冲信号对模块化多电平换流器的功率开关进行控制，实现对线圈的供电控制。
在本发明的另一个实施例中，如图3所示，电源为三相电源，模块化多电平换流器为三相六桥臂结构。即模块化多电平换流器为三相电路，每一相包括上、下两个桥臂，每个桥臂由n个桥臂子模块SM1～SMn和一个电感器Larm串联构成。其中，三相电源可以为三相工频电源。
进一步地，参照图3，每个桥臂子模块包含四个功率开关S1、S2、S3、S4，四个功率开关管构成全H桥结构，每个功率开关由一个开关器件反并联一个功率二极管组成，全H桥结构并联一个直流电容CSM，其直流电容的电压即桥臂子模块的电容电压用ucxi表示，其中x表示直流电容所在A、B、C相数，i表示第i个桥臂子模块1≤i≤2n。
其中，每个开关器件可为全控型电力电子器件，例如金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、集成门极换流晶闸管(IGCT)或门极可关断晶闸管(GTO))。
在该实施例中，上述步骤S2，即根据电源电压、电源电流和模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压，确定模块化多电平换流器每一相的输出电压参考值，可包括：将三相电源的三相电流经dq坐标变换得到电流直轴分量和电流交轴分量；将三相电源的三相电压经dq坐标变换得到电压直轴分量和电压交轴分量；根据电流直轴分量和模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压确定桥臂电容直轴电压；确定三相电流的无功分量，并根据三相电流的无功分量和电流交轴分量确定桥臂电容交轴电压；根据电流直轴分量、电流交轴分量、电压直轴分量和电压交轴分量、桥臂电容直轴电压、桥臂电容交轴电压，确定模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值。
其中，桥臂电容直轴电压、桥臂电容交轴电压分别是指桥臂子模块电容的直轴电压和交轴电压。
具体地，如图4所示，在采样到供电电路输入侧的三相工频电源之后，将三相工频电源的三相电压eA、eB、eC和三相电流ia、ib、ic，分别经dq坐标变换将三相正弦量转换到dq坐标系下，得到三相电源的电压直轴分量esd、电压交轴分量esq、以及三相电源的电流直轴分量isd、电流交轴分量isq。
之后，根据电流直轴分量isd和模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压ucxi确定桥臂电容直轴电压ud，同时确定三相电流的无功分量，并根据该无功分量和电流交轴分量isq确定桥臂电容交轴电压uq，最后，结合电流直轴分量isd、电流交轴分量isq、电压直轴分量esd和电压交轴分量esq、桥臂电容直轴电压ud和桥臂电容交轴电压uq进行信号处理，以得到模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值。
在一个示例中，根据电流直轴分量和模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压确定桥臂电容直轴电压，可包括：根据模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压确定直轴电流参考值；根据直轴电流参考值和电流直轴分量确定桥臂电容直轴电压。
进一步地，根据模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压确定直轴电流参考值，可包括：根据模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压计算得到电容电压平均值；获取电容电压参考值，将电容电压参考值与电容电压平均值作差得到第一误差信号，并将第一误差信号送入第一控制器，以得到电源直轴电流参考值。
再进一步地，根据直轴电流参考值和电流直轴分量确定桥臂电容直轴电压，可包括：将直轴电流参考值与电流直轴分量作差得到第二误差信号，并将第二误差信号送入第二控制器，以得到桥臂电容直轴电压。
其中，第一控制器和第二控制器可以是PI(Proportion Integral，比例积分)控制器。电容电压参考值可以是实际需求事先设定的。
具体而言，在采样到所有桥臂子模块的电容电压后，根据以下公式计算其平均值，得到电容电压平均值：
Figure BDA0003692967420000111
其中，ucav表示电容电压平均值，x表示直流电容所在的A、B、C相数，i表示第i个桥臂子模块1≤i≤2n，ucxi表示x相第i个桥臂子模块的电容电压。
之后，参照图4，获取电容电压参考值u*cav，将电容电压参考值u*cav与电容电压平均值ucav作差得到第一误差信号，并将第一误差信号送入第一控制器(PI控制器)构成电压闭环控制，输出电源直轴电流参考值i*sd，再将i*sd与电流直轴分量isd作差得到第二误差信号，并将第二误差信号输入第二控制器(PI控制器)进行电流闭环控制得到桥臂电容直轴电压ud。
在一个示例中，根据三相电流的无功分量和电流交轴分量确定桥臂电容交轴电压，可包括：将三相电流的无功分量与电流交轴分量作差得到第三误差信号，并将第三误差信号送入第三控制器，以得到桥臂电容交轴电压，其中，三相电流的无功分量为0。
其中，第三控制器可以是PI(Proportion Integral，比例积分)控制器。
具体而言，继续参照图4，可将三相电流的无功分量设置为0，与电流交轴分量isq作差后得到第三误差信号，并将第三误差信号送入第三控制器(PI控制器)进行电流闭环控制得到桥臂电容交轴电压uq，其中，将三相电流的无功分量设置为0的目的是保证单位功率因数。
在一个示例中，根据电流直轴分量、电流交轴分量、电压直轴分量和电压交轴分量、桥臂电容直轴电压和桥臂电容交轴电压，确定模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值，可包括：根据电流直轴分量、电流交轴分量、电压直轴分量和电压交轴分量、桥臂电容直轴电压和桥臂电容交轴电压，确定三相电源的直轴输出电压和交轴输出电压；根据三相电源的直轴输出电压和交轴输出电压，确定模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值。
进一步地，根据电流直轴分量、电流交轴分量、电压直轴分量和电压交轴分量、桥臂电容直轴电压和桥臂电容交轴电压，确定三相电源的直轴输出电压和交轴输出电压，可包括：将电流交轴分量和电流直轴分量送入解耦模块进行交叉解耦控制，以得到第一电压和第二电压；将第一电压与电压交轴分量叠加得到第一叠加值，并将第二电压与电压直轴分量叠加得到第二叠加值；将第一叠加值与桥臂电容交轴电压作差得到三相电源的直轴输出电压，并将第二叠加值与桥臂电容直轴电压作差得到三相电源的交轴输出电压。
再进一步地，根据三相电源的直轴输出电压和交轴输出电压，确定模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值，可包括：将三相电源的直轴输出电压和交轴输出电压经dq坐标反变换得到模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值。
具体而言，由于得到的电流交轴分量isq和电流直轴分量isd都受到电流交叉耦合项ωLsisd、ωLsisq(感抗)的影响，为了分别控制需要将电流交轴分量和电流直轴分量进行解耦控制，于是继续参照图4，将其送入解耦模块进行交叉解耦控制，以得到第一电压和第二电压，然后将第一电压与电压交轴分量esq叠加得到第一叠加值，并将第二电压与电压直轴分量esd叠加得到第二叠加值，进一步将第一叠加值与桥臂电容交轴电压uq作差得到三相电源的直轴输出电压uod，并将第二叠加值与桥臂电容直轴电压ud作差得到三相电源的交轴输出电压uoq。之后，将三相电源的直轴输出电压uod和交轴输出电压uoq经dq坐标反变换返回abc坐标系得到A相输出电压参考值V*μA、B相输出电压参考值V*μB和C相输出电压参考值V*μC。
之后，可执行上述步骤S3，即根据模块化多电平换流器的输出电流和模块化多电平换流器所有相的输出电压参考值，确定模块化多电平换流器中上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号。
在本发明的一个示例中，上述步骤S3可包括：根据模块化多电平换流器的输出电流确定脉冲控制量；根据脉冲控制量、模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值，确定模块化多电平换流器中上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号。
进一步地，跟据模块化多电平换流器的输出电流确定脉冲控制量，可包括：获取参考电流值，将参考电流值与模块化多电平换流器的输出电流作差得到第四误差信号，并将第四误差信号送入第四控制器，以得到脉冲控制量。
其中，第四控制器可以是PR(Proportion,Resonant，比例谐振)控制器。
再进一步地，根据脉冲控制量、模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值，确定模块化多电平换流器中上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，可包括：将A相输出电压参考值与脉冲控制量叠加得到第三叠加值、将B相输出电压参考值与脉冲控制量叠加得到第四叠加值、将C相输出电压参考值与脉冲控制量叠加得到第五叠加值，将A相输出电压参考值与脉冲控制量作差得到第一差值、将B相输出电压参考值与脉冲控制量作差得到第二差值以及将C相输出电压参考值与脉冲控制量作差得到第三差值；将第三叠加值、第四叠加值和第五叠加值进行载波移相调制，以得到上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，并将第一差值、第二差值和第三差值进行载波移相调制，以得到下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号。
其中，参考电流值可以是根据锅炉设备事先设定的。
具体而言，继续参照图4，获取到参考电流值I*o后，将参考电流值I*o与模块化多电平换流器的输出电流Io作差得到第四误差信号，并将第四误差信号送入第四控制器(PR控制器)，以得到脉冲控制量ufo，该脉冲控制量即为一个调制电压，用来控制脉冲的产生。
继续参照图4，在得到脉冲控制量ufo和A相输出电压参考值V*μA、B相输出电压参考值V*μB和C相输出电压参考值V*μC后，将V*μA与ufo叠加得到第三叠加值、将V*μB与ufo叠加得到第四叠加值、将V*μC与ufo叠加得到第五叠加值，同时将V*μA与ufo作差得到第一差值、将V*μB与ufo作差得到第二差值以及将V*μC与ufo作差得到第三差值，并将第三叠加值、第四叠加值和第五叠加值进行载波移相调制，以得到上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，同时将第一差值、第二差值和第三差值进行载波移相调制，以得到下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号。
也就是说，得到三相输出电压参考值V*μAV*μBV*μC后，与ufo叠加后进行载波移相调制，在叠加时，分别将ufo取正或者取负，当ufo取为正，则得到上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号；当ufo取为负，则得到下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，从而得到换流器上下桥臂各桥臂子模块脉冲信号。
应当理解，最后得到的脉冲信号个数为24n个，每个桥臂子模块的每个开关对应一个脉冲信号。
之后，执行步骤S4，即根据上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号对换流器上桥臂各桥臂子模块中的开关器件的通断、根据下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号对换流器下桥臂各桥臂子模块中的开关器件的通断，以使换流器将三相工频电源进行转换后输出电流，最后再经低频滤波最后供给蒸汽锅炉线圈，实现对蒸汽锅炉线圈的供电。
综上所述，本发明实施例输入侧采用模块化多电平换流器，一定程度上有利于提升电磁感应式蒸汽锅炉的电源功率等级和电压等级，而且并网侧的功率因数和谐波可控，不污染电网，可以实现单位功率因数控制，有利于提高锅炉系统运行效率；采用电压电流双闭环控制换流器，减小电源谐波，使得电磁感式蒸汽锅炉线圈电流频率可控，保证了锅炉系统的安全稳定运行，并且保证了输入侧电网的电能质量，解决了电磁感应式锅炉线圈电流频率不可控，以及并网侧谐波污染的问题。
对应上述实施例的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，本发明还提出一种电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制装置。图5为本发明实施例的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制装置的方框示意图。
本发明实施例中的供电电路包括电源和模块化多电平换流器。
如图5所示，该电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制装置包括：采样模块10、第一确定模块20、第二确定模块30及控制模块40。
其中，采样模块10用于采样电源电压、电源电流、所述模块化多电平换流器的输出电流和所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压；第一确定模块20用于根据所述电源电压、所述电源电流和所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压，确定所述模块化多电平换流器每一相的输出电压参考值；第二确定模块30用于根据所述模块化多电平换流器的输出电流和所述模块化多电平换流器所有相的输出电压参考值，确定所述模块化多电平换流器中上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号；控制模块40用于根据所述上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、所述下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，对所述模块化多电平换流器进行控制。
在一个实施例中，所述电源为单相电源，所述模块化多电平换流器为单相四桥臂结构。
在一个实施例中，所述电源为三相电源，所述模块化多电平换流器为三相六桥臂结构。
在一个实施例中，第一确定模块20包括：第一变换单元，用于将所述三相电源的三相电流经dq坐标变换得到电流直轴分量和电流交轴分量；第二变换单元，用于将所述三相电源的三相电压经dq坐标变换得到电压直轴分量和电压交轴分量；第一确定单元，用于根据所述电流直轴分量和所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压确定桥臂电容直轴电压；第二确定单元，用于确定所述三相电流的无功分量，并根据所述三相电流的无功分量和所述电流交轴分量确定桥臂电容交轴电压；第三确定单元，用于根据所述电流直轴分量、所述电流交轴分量、所述电压直轴分量和所述电压交轴分量、所述桥臂电容直轴电压和所述桥臂电容交轴电压，确定所述模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值。
需要说明的是，该电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制装置的具体实施方式及实施原理可参见上述电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法的具体实施方式，为避免冗余，此处不再详细赘述。
本发明实施例的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制装置，在采用模块化多电平换流器对锅炉的感应线圈进行供电的基础上，根据采样到的实际电参数对模块化多电平换流器进行控制，不仅可以实现对电磁感应式蒸汽锅炉的有效供电，而且有利于提升电磁感应式蒸汽锅炉的电源功率等级和电压等级，有利于提高锅炉系统运行效率。
在本发明的描述中，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一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (17)

1.一种电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，其特征在于，所述供电电路包括电源和模块化多电平换流器，所述方法包括以下步骤：
采样电源电压、电源电流、所述模块化多电平换流器的输出电流和所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压；
根据所述电源电压、所述电源电流和所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压，确定所述模块化多电平换流器每一相的输出电压参考值；
根据所述模块化多电平换流器的输出电流和所述模块化多电平换流器所有相的输出电压参考值，确定所述模块化多电平换流器中上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号；
根据所述上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、所述下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，对所述模块化多电平换流器进行控制。
2.根据权利要求1所述的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，其特征在于，所述电源为单相电源，所述模块化多电平换流器为单相四桥臂结构。
3.根据权利要求1所述的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，其特征在于，所述电源为三相电源，所述模块化多电平换流器为三相六桥臂结构。
4.根据权利要求3所述的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，其特征在于，根据所述电源电压、所述电源电流和所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压，确定所述模块化多电平换流器每一相的输出电压参考值，包括：
将所述三相电源的三相电流经dq坐标变换得到电流直轴分量和电流交轴分量；
将所述三相电源的三相电压经dq坐标变换得到电压直轴分量和电压交轴分量；
根据所述电流直轴分量和所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压确定桥臂电容直轴电压；
确定所述三相电流的无功分量，并根据所述三相电流的无功分量和所述电流交轴分量确定桥臂电容交轴电压；
根据所述电流直轴分量、所述电流交轴分量、所述电压直轴分量和所述电压交轴分量、所述桥臂电容直轴电压和所述桥臂电容交轴电压，确定所述模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值。
5.根据权利要求4所述的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，其特征在于，根据所述电流直轴分量和所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压确定桥臂电容直轴电压，包括：
根据所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压确定直轴电流参考值；
根据所述直轴电流参考值和所述电流直轴分量确定桥臂电容直轴电压。
6.根据权利要求5所述的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，其特征在于，根据所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压确定直轴电流参考值，包括：
根据所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压计算得到电容电压平均值；
获取电容电压参考值，将所述电容电压参考值与所述电容电压平均值作差得到第一误差信号，并将所述第一误差信号送入第一控制器，以得到电源直轴电流参考值。
7.根据权利要求5所述的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，其特征在于，根据所述直轴电流参考值和所述电流直轴分量确定桥臂电容直轴电压，包括：
将所述直轴电流参考值与所述电流直轴分量作差得到第二误差信号，并将所述第二误差信号送入第二控制器，以得到桥臂电容直轴电压。
8.根据权利要求4所述的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，其特征在于，根据所述三相电流的无功分量和所述电流交轴分量确定桥臂电容交轴电压，包括：
将所述三相电流的无功分量与所述电流交轴分量作差得到第三误差信号，并将所述第三误差信号送入第三控制器，以得到桥臂电容交轴电压，其中，所述三相电流的无功分量为0。
9.根据权利要求4所述的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，其特征在于，根据所述电流直轴分量、所述电流交轴分量、所述电压直轴分量和所述电压交轴分量、所述桥臂电容直轴电压和所述桥臂电容交轴电压，确定所述模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值，包括：
根据所述电流直轴分量、所述电流交轴分量、所述电压直轴分量和所述电压交轴分量、所述桥臂电容直轴电压和所述桥臂电容交轴电压，确定所述三相电源的直轴输出电压和交轴输出电压；
根据所述三相电源的直轴输出电压和交轴输出电压，确定所述模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值。
10.根据权利要求9所述的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，其特征在于，根据所述电流直轴分量、所述电流交轴分量、所述电压直轴分量和所述电压交轴分量、所述桥臂电容直轴电压和所述桥臂电容交轴电压，确定所述三相电源的直轴输出电压和交轴输出电压，包括：
将所述电流交轴分量和电流直轴分量送入解耦模块进行交叉解耦控制，以得到第一电压和第二电压；
将所述第一电压与所述电压交轴分量叠加得到第一叠加值，并将所述第二电压与所述电压直轴分量叠加得到第二叠加值；
将所述第一叠加值与所述桥臂电容交轴电压作差得到所述三相电源的直轴输出电压，并将所述第二叠加值与所述桥臂电容直轴电压作差得到所述三相电源的交轴输出电压。
11.根据权利要求10所述的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，其特征在于，根据所述三相电源的直轴输出电压和交轴输出电压，确定所述模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值，包括：
将所述三相电源的直轴输出电压和交轴输出电压经dq坐标反变换得到所述模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值。
12.根据权利要求4所述的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，其特征在于，根据所述模块化多电平换流器的输出电流和所述模块化多电平换流器所有相的输出电压参考值，确定所述模块化多电平换流器中上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，包括：
根据所述模块化多电平换流器的输出电流确定脉冲控制量；
根据所述脉冲控制量、所述模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值，确定所述模块化多电平换流器中上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号。
13.根据权利要求12所述的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，其特征在于，跟据所述模块化多电平换流器的输出电流确定脉冲控制量，包括：
获取参考电流值，将所述参考电流值与所述模块化多电平换流器的输出电流作差得到第四误差信号，并将所述第四误差信号送入第四控制器，以得到脉冲控制量。
14.根据权利要求12所述的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，其特征在于，根据所述脉冲控制量、所述模块化多电平换流器的A相输出电压参考值、B相输出电压参考值和C相输出电压参考值，确定所述模块化多电平换流器中上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，包括：
将所述A相输出电压参考值与所述脉冲控制量叠加得到第三叠加值、将所述B相输出电压参考值与所述脉冲控制量叠加得到第四叠加值、将所述C相输出电压参考值与所述脉冲控制量叠加得到第五叠加值，将所述A相输出电压参考值与所述脉冲控制量作差得到第一差值、将所述B相输出电压参考值与所述脉冲控制量作差得到第二差值以及将所述C相输出电压参考值与所述脉冲控制量作差得到第三差值；
将所述第三叠加值、所述第四叠加值和所述第五叠加值进行载波移相调制，以得到上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，并将所述第一差值、所述第二差值和所述第三差值进行载波移相调制，以得到下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号。
15.根据权利要求2或3所述的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，其特征在于，每个所述桥臂子模块包含四个功率开关，所述四个功率开关管构成全H桥结构，每个所述功率开关由一个开关器件反并联一个功率二极管组成，所述全H桥结构并联一个直流电容。
16.根据权利要求15所述的电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制方法，其特征在于，每个所述开关器件为全控型电力电子器件。
17.一种电磁感应式蒸汽锅炉供电电路的控制装置，其特征在于，所述供电电路包括电源和模块化多电平换流器，所述装置包括：
采样模块，用于采样电源电压、电源电流、所述模块化多电平换流器的输出电流和所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压；
第一确定模块，用于根据所述电源电压、所述电源电流和所述模块化多电平换流器所有桥臂子模块的电容电压，确定所述模块化多电平换流器每一相的输出电压参考值；
第二确定模块，用于根据所述模块化多电平换流器的输出电流和所述模块化多电平换流器所有相的输出电压参考值，确定所述模块化多电平换流器中上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号；
控制模块，用于根据所述上桥臂各桥臂子模块的脉冲信号、所述下桥臂各桥臂子模块的脉冲信号，对所述模块化多电平换流器进行控制。
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