CN115333390A - 一种整流器的电流环控制方法、系统及可读存储介质 - Google Patents

一种整流器的电流环控制方法、系统及可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种整流器的电流环控制方法、系统及可读存储介质，方法包括：获取电网电压、整流器的输出直流电压、流过电感的电感电流；根据输出直流电压、预设的直流电压期望值和预设的切换阈值选择目标增益，目标增益包括第一增益和第二增益，第一增益用于消除输出直流电压的稳态误差以及减小电感电流的谐波含量，第二增益用于减少将输出直流电压和电感电流调整至稳定状态的时长；根据目标增益并利用电感电流、整流器的电压环输出的电流期望值、直流电压期望值和电网电压生成控制调制波；将控制调制波发送至整流桥。该方法能够解决现有电流环控制方法具有较大电压超调量、运算量大、调整输出直流电压和电感电流至稳定状态的时间长的问题。

Description

一种整流器的电流环控制方法、系统及可读存储介质
技术领域
本发明涉及电子相关技术领域，尤其是涉及一种整流器的电流环控制方法、系统及可读存储介质。
背景技术
整流器可以实现交流-直流的功率因数校正、并网直流-交流的逆变。在整流器的数字控制方法中，应用最广泛的是平均电流法。其基本原理是利用交流电压和输出直流电压误差放大信号作为输入，通过电压控制环路(电压环)生成电流参考指令，再通过电流控制环路(电流环)控制开关管的占空比，使输出直流电压稳定在给定值，同时使电感电流被调制为与输入交流电压同相位的正弦波。
但整流器在整流过程中可能会存在噪声影响，为了抑制噪声，通常会将电压环的带宽设置得较窄，在电压环的带宽较窄的情况下，采用平均电流法可能会出现电压超调量大，运算量大，将输出直流电压和电感电流调整至稳定状态的时间较长的情况。且单一的电流环控制法并不能在输出直流电压波动过大时满足实际电流环控制需求。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种整流器的电流环控制方法，能够解决现有电流环控制方法具有较大电压超调量、运算量大、调整输出直流电压和电感电流至稳定状态的时间长的问题。
本发明还提供了一种整流器的电流环控制系统以及计算机可读存储介质。
根据本发明的第一方面实施例的整流器的电流环控制方法，包括以下步骤：
获取电网电压、整流器的输出直流电压、流过所述整流器中电感的电感电流；
根据所述输出直流电压、预设的直流电压期望值和预设的切换阈值选择目标增益，所述目标增益包括第一增益和第二增益，所述第一增益用于消除所述输出直流电压的稳态误差以及减小所述电感电流的谐波含量，所述第二增益用于减少将所述输出直流电压和所述电感电流调整至稳定状态的时长；
根据所述目标增益并利用所述电感电流、所述整流器的电压环输出的电流期望值、所述直流电压期望值和所述电网电压生成控制调制波；
将所述控制调制波发送至所述整流器的整流桥。
根据本发明实施例的整流器的电流环控制方法，至少具有如下有益效果：
通过获取电网电压、整流器的输出直流电压、流过整流器中电感的电感电流，并根据输出直流电压、预设的直流电压期望值和预设的切换阈值选择目标增益，可以适应于实际输出直流电压大小动态调节增益，从而根据目标增益并利用电感电流、整流器的电压环输出的电流期望值、直流电压期望值和电网电压生成控制调制波来控制整流桥的占空比，达到不同的稳定输出直流电压的效果。当输出直流电压与直流电压期望值的误差小于等于切换阈值时，选择第一增益可以消除输出直流电压的稳态误差以及减小电感电流的谐波含量；当输出直流电压与直流电压期望值的误差大于切换阈值时，选择第二增益可以减少将输出直流电压和电感电流调整至稳定状态的时长，且不存在超调现象，运算量更小。本发明实施例的电流环控制方法，能够解决现有电流环控制方法具有较大电压超调量、运算量大、调整输出直流电压和电感电流至稳定状态的时间长的问题。
根据本发明的一些实施例，所述根据所述输出直流电压、预设的直流电压期望值和预设的切换阈值选择目标增益，包括以下步骤：
根据所述输出直流电压和所述直流电压期望值得到电压差值；
若所述电压差值小于等于所述切换阈值，将所述第一增益确定为所述目标增益。
根据本发明的一些实施例，所述根据所述输出直流电压、预设的直流电压期望值和预设的切换阈值选择目标增益，还包括以下步骤：
若所述电压差值大于所述切换阈值，将所述第二增益确定为所述目标增益。
根据本发明的一些实施例，所述根据所述输出直流电压和所述直流电压期望值得到电压差值，包括以下步骤：
对所述输出直流电压进行滤除谐波处理，得到滤波直流电压；
计算所述滤波直流电压和所述直流电压期望值的所述电压差值。
根据本发明的一些实施例，所述根据所述目标增益并利用所述电感电流、所述整流器的电压环输出的电流期望值、所述直流电压期望值和所述电网电压生成控制调制波，包括以下步骤：
计算所述电感电流和所述电流期望值的电流误差；
若所述目标增益为所述第一增益，根据所述第一增益并利用所述电流误差、所述直流电压期望值和所述电网电压生成控制调制波。
根据本发明的一些实施例，所述根据所述第一增益并利用所述电流误差、所述直流电压期望值和所述电网电压生成控制调制波，包括以下步骤：
计算所述电流误差与所述第一增益的乘积，得到第一计算结果；
对所述电网电压和所述第一计算结果求差，得到第二计算结果；
根据所述第二计算结果和所述直流电压期望值进行归一化处理，得到控制占空比，所述控制占空比用于生成所述控制调制波。
根据本发明的一些实施例，所述根据所述目标增益并利用所述电感电流、所述整流器的电压环输出的电流期望值、所述直流电压期望值和所述电网电压生成控制调制波，还包括以下步骤：
若所述目标增益为所述第二增益，根据所述第二增益并利用所述电流误差、所述直流电压期望值和所述电网电压生成控制调制波。
根据本发明的一些实施例，所述根据所述第二增益并利用所述电流误差、所述直流电压期望值和所述电网电压生成控制调制波，包括以下步骤：
计算所述电流误差与所述第二增益的乘积，得到第三计算结果；
对所述电网电压和所述第三计算结果求差，得到第四计算结果；
根据所述第四计算结果和所述直流电压期望值进行归一化处理，得到控制占空比，所述控制占空比用于生成所述控制调制波。
根据本发明的第二方面实施例的整流器的电流环控制系统，包括：
数据获取单元，用于获取电网电压、整流器的输出直流电压、流过所述整流器中电感的电感电流；
目标增益确定单元，用于根据所述输出直流电压、预设的直流电压期望值和预设的切换阈值选择目标增益，所述目标增益包括第一增益和第二增益，所述第一增益用于消除所述输出直流电压的稳态误差以及减小所述电感电流的谐波含量，所述第二增益用于减少将所述输出直流电压和所述电感电流调整至稳定状态的时长；
控制调制波生成单元，用于根据所述目标增益并利用所述电感电流、所述整流器的电压环输出的电流期望值、所述直流电压期望值和所述电网电压生成控制调制波；
调制控制单元，用于将所述控制调制波发送至所述整流器的整流桥。
根据本发明实施例的整流器的电流环控制系统，至少具有如下有益效果：
通过数据获取单元可以获取电网电压、整流器的输出直流电压、流过整流器中电感的电感电流。通过目标增益确定单元可以根据输出直流电压、预设的直流电压期望值和预设的切换阈值选择目标增益，可以适应于实际输出直流电压大小动态调节增益，从而通过控制调制波生成单元根据目标增益并利用电感电流、整流器的电压环输出的电流期望值、直流电压期望值和电网电压生成控制调制波，最后通过调制控制单元来控制整流桥的占空比，达到不同的稳定输出直流电压的效果。当输出直流电压与直流电压期望值的误差小于等于切换阈值时，选择第一增益可以消除输出直流电压的稳态误差以及减小电感电流的谐波含量；当输出直流电压与直流电压期望值的误差大于切换阈值时，选择第二增益可以减少将输出直流电压和电感电流调整至稳定状态的时长，且不存在超调现象，运算量更小。本发明实施例的电流环控制方法，能够解决现有电流环控制方法具有较大电压超调量、运算量大、调整输出直流电压和电感电流至稳定状态的时间长的问题。
根据本发明的第三方面实施例的计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如上述第一方面实施例所述的整流器的电流环控制方法。由于计算机可读存储介质采用了上述实施例的整流器的电流环控制方法的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例的平均电流法控制器的原理框图；
图2是本发明实施例的开关管导通和关断时整流器的等效电路图；
图3是本发明实施例的整流器的电流环控制方法的示意图；
图4是采用平均电流法的输出直流电压、电感电流、电网电压的波形图；
图5是采用占空比预测法的输出直流电压、电感电流、电网电压的波形图；
图6是采用本发明实施例的整流器的电流环控制方法的输出直流电压、电感电流、电网电压的波形图；
图7是本发明实施例的整流器的电流环控制方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
为了更清楚地说明本发明实施例的整流器的电流环控制方法，首先，对本发明实施例中涉及到的平均电流法和基于占空比预测控制的数字PFC算法的相关内容进行一个简单的解释。
整流器包括电感和整流桥，整流器具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，第一输入端和第二输入端共同用于接入电网，电感串联在电网和第一输入端之间，第一输出端和第二输出端共同用于输出本发明实施例中的输出直流电压Vo。
在一些实施例中，如图1所示，图1为平均电流法控制器的原理框图，其基本原理是利用电网电压和整流器的输出直流电压Vo作为输入，通过电压环生成电流期望值iref，再通过电流环控制整流桥中开关管的占空比，使输出直流电压Vo稳定在给定值，同时使电感电流iL被调制为与电网电压同相位的正弦波。电流环的输出可以表示为Vg-(iref-iL)G(C)，其中，Vg为电网电压，iref为电流期望值，iL为电感电流，G(C)为电流环控制器的增益。在电压环中，一般使用PI控制器；在电流环中，一般使用PI控制器或者PR控制器。G(C)为本发明实施例中的第一增益，采用第一增益G(C)进行电流环控制，可以消除输出直流电压Vo的稳态误差以及减小电感电流iL的谐波含量。需要说明的是，PI控制器和PR控制器皆为本领域技术人员可知的现有技术，在此不再对其原理进行赘述。
在一些实施例中，在基于占空比预测控制的数字PFC算法中，在第n+1个开关周期内，电感电流iL可以表示为：
Figure BDA0003799881110000051
式中，tn为第n个开关周期的起始时刻，tn+1为第n个开关周期的结束时刻。
如图2所示，图2为开关管导通和关断时整流器的等效电路图，在等效电路中，根据电感电流iL与电感两端电压的关系，引入占空比dn，可以将电感电流iL进一步表示为：
Figure BDA0003799881110000052
式中，Vo为整流器的输出直流电压，Ts为开关周期，Vin(n)为输入电压，L为电感的感值。因为开关周期Ts很小，可以认为在一个开关周期Ts内，输入电压Vin(n)不变，则可将上式简化为：
Figure BDA0003799881110000061
从而可以得到占空比dn的表达式：
Figure BDA0003799881110000062
因为电流期望值iref是电感电流iL的期望值，所以可以用电流期望值iref代替，同时用直流电压期望值Vref代替输出电压，得到：
Figure BDA0003799881110000063
令
Figure BDA0003799881110000064
G2为本发明实施例中的第二增益，采用基于占空比预测控制的数字PFC算法得到的第二增益G2进行电流环控制，可以在一个开关周期内完成电流误差的调整，且不会出现平均电流法中的超调现象、运算量比平均电流法中的离散化PI或者PR小。
本发明实施例的整流器的电流环控制方法，通过获取电网电压Vg、整流器的输出直流电压Vo、流过整流器中电感的电感电流iL，并根据输出直流电压Vo、预设的直流电压期望值Vref和预设的切换阈值VT选择目标增益，可以适应于实际输出直流电压Vo大小动态调节增益，从而根据目标增益并利用电感电流iL、整流器的电压环输出的电流期望值iref、直流电压期望值Vref和电网电压Vg生成控制调制波来控制整流桥的占空比，达到不同的稳定输出直流电压Vo的效果。当输出直流电压Vo与直流电压期望值Vref的误差小于等于切换阈值VT时，选择第一增益G(C)可以消除输出直流电压Vo的稳态误差以及减小电感电流iL的谐波含量；当输出直流电压Vo与直流电压期望值Vref的误差大于切换阈值VT时，选择第二增益G2可以减少将输出直流电压Vo和电感电流iL调整至稳定状态的时长，且不存在超调现象，运算量更小。
传统的单一电流环控制方式，并不能随整流器的输出直流电压Vo的大小动态调节电流环控制过程中的参数，电流环控制效果并不能满足实际需求。而本发明实施例的整流器的电流环控制方法可以根据输出直流电压Vo的电压变化动态调节目标增益，选取与输出直流电压Vo大小对应的合适的目标增益，并利用电感电流iL、整流器的电压环输出的电流期望值iref、直流电压期望值Vref和电网电压Vg生成控制调制波来控制整流桥的占空比，达到不同的稳定输出直流电压Vo的效果，相比于传统电流环控制方式更灵活，电流环控制效果更好。
下面将结合图1至图7对本发明实施例的整流器的电流环控制方法进行清楚、完整的描述，显然，以下所描述的实施例是本发明一部分实施例，并非全部实施例。
根据本发明的第一方面实施例的整流器的电流环控制方法，包括以下步骤：
获取电网电压Vg、整流器的输出直流电压Vo、流过整流器中电感的电感电流iL；
根据输出直流电压Vo、预设的直流电压期望值Vref和预设的切换阈值VT选择目标增益，目标增益包括第一增益G(C)和第二增益G2，第一增益G(C)用于消除输出直流电压Vo的稳态误差以及减小电感电流iL的谐波含量，第二增益G2用于减少将输出直流电压Vo和电感电流iL调整至稳定状态的时长；
根据目标增益并利用电感电流iL、整流器的电压环输出的电流期望值iref、直流电压期望值Vref和电网电压Vg生成控制调制波；
将控制调制波发送至整流器的整流桥。
在平均电流法中，因为电流环的输出反映到开关管上表现为占空比，所以可以对电流环的输出进行归一化，得到占空比davg的表达式：
Figure BDA0003799881110000071
在基于占空比预测控制的数字PFC算法中，占空比dn的表达式可变形为：
Figure BDA0003799881110000072
若将davg理解为占空比d，则dn可以理解为占空比1-d，即一个对应电感充电，一个对应电感放电；或者从控制整流桥的角度解释，一个对应桥臂的下管，一个对应桥臂的上管。通过修改基于占空比预测控制的数字PFC算法的SPWM波形产生逻辑，使其输出由控制桥臂上管改为控制桥臂下管，可以将占空比dn的表达式修正为：
Figure BDA0003799881110000073
由此可知，根据平均电流法和基于占空比预测控制的数字PFC算法得出的两个占空比表达式中只有增益不同，第一增益为G(C)，第二增益为G2。
第一增益G(C)为电流环控制器增益，一般为PI控制器或者PR控制器的增益，也可以为其他控制器，在此不作限定。
基于占空比预测控制的数字PFC算法引入了电网电压Vg前馈，可以较好的抑制因电网电压Vg变化引起的输出直流电压Vo波动。与平均电流法相比，基于占空比预测控制的数字PFC算法的优点是电流误差的调整可以在一个开关周期内完成，且不会出现平均电流法中的超调现象；运算量比平均电流法中的离散化PI或PR小。
若输出直流电压Vo和直流电压期望值Vref的电压差值小于等于预设的切换阈值VT，则表示输出直流电压Vo接近直流电压期望值Vref，不需要大幅调整输出直流电压Vo，而需要消除输出直流电压Vo的稳态误差以及减小电感电流iL的谐波含量，故将第一增益G(C)确定为目标增益。若输出直流电压Vo和直流电压期望值Vref的电压差值大于预设的切换阈值VT，则表示输出直流电压Vo距离达到直流电压期望值Vref还需要一段时间，需要选择第二增益G2以减少将输出直流电压Vo和电感电流iL调整至稳定状态的时长，且选用第二增益G2进行电流环控制不存在超调现象，运算量更小。在此，需要说明的是，直流电压期望值Vref和切换阈值VT的具体值皆不作限定。
根据本发明实施例的整流器的电流环控制方法，通过获取电网电压Vg、整流器的输出直流电压Vo、流过整流器中电感的电感电流iL，并根据输出直流电压Vo、预设的直流电压期望值Vref和预设的切换阈值VT选择目标增益，可以适应于实际输出直流电压Vo大小动态调节增益，从而根据目标增益并利用电感电流iL、整流器的电压环输出的电流期望值iref、直流电压期望值Vref和电网电压Vg生成控制调制波来控制整流桥的占空比，达到不同的稳定输出直流电压Vo的效果。当输出直流电压Vo与直流电压期望值Vref的误差小于等于切换阈值VT时，选择第一增益G(C)可以消除输出直流电压Vo的稳态误差以及减小电感电流iL的谐波含量；当输出直流电压Vo与直流电压期望值Vref的误差大于切换阈值VT时，选择第二增益G2可以减少将输出直流电压Vo和电感电流iL调整至稳定状态的时长，且不存在超调现象，运算量更小。本发明实施例的电流环控制方法，能够解决现有电流环控制方法具有较大电压超调量、运算量大、调整输出直流电压Vo和电感电流iL至稳定状态的时间长的问题。
在本发明的一些实施例中，参考图3，根据输出直流电压Vo、预设的直流电压期望值Vref和预设的切换阈值VT选择目标增益，包括以下步骤：
根据输出直流电压Vo和直流电压期望值Vref得到电压差值；
若电压差值小于等于切换阈值VT，将第一增益G(C)确定为目标增益。
电压差值为输出直流电压Vo和直流电压期望值Vref的差值，若电压差值小于等于切换阈值VT，则表示输出直流电压Vo接近直流电压期望值Vref，不需要大幅调整输出直流电压Vo，而需要消除输出直流电压Vo的稳态误差以及减小电感电流iL的谐波含量，故将第一增益G(V)确定为目标增益。
在一些实施例中，整流器为升压电路，考虑到开关管的耐压范围，将直流电压期望值Vref设为400V。输出直流电压Vo需要经过100Hz的陷波器滤除谐波的影响，切换阈值VT可以设为略大于100Hz谐波幅值的1/2，100Hz谐波幅值为10V，可以将切换阈值VT设置为8V，此时电流环控制的效果较好。需要说明的是，直流电压期望值Vref和切换阈值VT皆可以设为其他值，陷波器也可以选择其他频率，不能看作是对本发明的限定。
在本发明的一些实施例中，参考图3，根据输出直流电压Vo、预设的直流电压期望值Vref和预设的切换阈值VT选择目标增益，还包括以下步骤：若电压差值大于切换阈值VT，将第二增益G2确定为目标增益。若电压差值大于切换阈值VT，则表示输出直流电压Vo距离达到直流电压期望值Vref还需要一段时间，需要选择第二增益G2以减少将输出直流电压Vo和电感电流iL调整至稳定状态的时长，且选用第二增益G2进行电流环控制不存在超调现象，运算量更小。
在本发明的一些实施例中，参考图3，根据输出直流电压Vo和直流电压期望值Vref得到电压差值，包括以下步骤：
对输出直流电压Vo进行滤除谐波处理，得到滤波直流电压；
计算滤波直流电压和直流电压期望值Vref的电压差值。
滤除谐波处理可以采用100Hz的陷波器，输出直流电压Vo经过100Hz的陷波器滤除谐波的影响，再计算出滤波直流电压和直流电压期望值Vref的电压差值，电压差值表征整流器实际输出的滤波直流电压和直流电压期望值Vref的误差大小，以便于根据该误差大小与预设的切换阈值VT的大小选择合适的目标增益，达到动态调节电流环控制的增益以解决现有电流环控制方法具有较大电压超调量、运算量大、调整输出直流电压Vo和电感电流iL至稳定状态的时间长的问题。需要说明的是，也可以选择其他频率的陷波器，不能看作是对本发明限定。
在本发明的一些实施例中，参考图3，根据目标增益并利用电感电流iL、整流器的电压环输出的电流期望值iref、直流电压期望值Vref和电网电压Vg生成控制调制波，包括以下步骤：
计算电感电流iL和电流期望值iref的电流误差；
若目标增益为第一增益G(C)，根据第一增益G(C)并利用电流误差、直流电压期望值Vref和电网电压Vg生成控制调制波。
当目标增益选定为第一增益G(C)，根据第一增益G(C)并利用电流误差、直流电压期望值Vref和电网电压Vg生成的控制调制波控制整流桥的各开关管的占空比，使得在整流器的电流环控制过程中可以消除输出直流电压Vo的稳态误差以及减小电感电流iL的谐波含量。
在本发明的一些实施例中，参考图3，根据第一增益G(C)并利用电流误差、直流电压期望值Vref和电网电压Vg生成控制调制波，包括以下步骤：
计算电流误差与第一增益G(C)的乘积，得到第一计算结果；
对电网电压Vg和第一计算结果求差，得到第二计算结果；
根据第二计算结果和直流电压期望值Vref进行归一化处理，得到控制占空比，控制占空比用于生成控制调制波。
第一计算结果为(iref-iL)G(C)，第二计算结果为Vg-(iref-iL)G(C)，即电流环的输出，根据第二计算结果和直流电压期望值Vref进行归一化处理后得到的控制占空比davg可以用下列表达式表示：
Figure BDA0003799881110000091
根据控制占空比davg控制整流桥的各开关管，使得在整流器的电流环控制过程中可以消除输出直流电压Vo的稳态误差以及减小电感电流iL的谐波含量。
在本发明的一些实施例中，参考图3，根据目标增益并利用电感电流iL、整流器的电压环输出的电流期望值iref、直流电压期望值Vref和电网电压Vg生成控制调制波，还包括以下步骤：若目标增益为第二增益G2，根据第二增益G2并利用电流误差、直流电压期望值Vref和电网电压Vg生成控制调制波。当目标增益选定为第二增益G2，根据第二增益G2并利用电流误差、直流电压期望值Vref和电网电压Vg生成的控制调制波控制整流桥的各开关管的占空比，使得在整流器的电流环控制过程中可以减少将输出直流电压Vo和电感电流iL调整至稳定状态的时长，且不存在超调现象，运算量更小。
在本发明的一些实施例中，参考图3，根据第二增益G2并利用电流误差、直流电压期望值Vref和电网电压Vg生成控制调制波，包括以下步骤：
计算电流误差与第二增益G2的乘积，得到第三计算结果；
对电网电压Vg和第三计算结果求差，得到第四计算结果；
根据第四计算结果和直流电压期望值Vref进行归一化处理，得到控制占空比，控制占空比用于生成控制调制波。
第三计算结果为(iref-iL)G2，第四计算结果为Vg-(iref-iL)G2，即电流环的输出，根据第四计算结果和直流电压期望值Vref进行归一化处理后得到的控制占空比dn可以用下列表达式表示：
Figure BDA0003799881110000101
根据控制占空比dn控制整流桥的各开关管，使得在整流器的电流环控制过程中可以减少将输出直流电压Vo和电感电流iL调整至稳定状态的时长，且不存在超调现象，运算量更小。
需要说明的是，本发明实施例提到的所有差值皆为取绝对值后的结果。
为了更直观地说明本发明实施例的整流器的电流环控制方法的优势，下面结合图4至图6进行简单说明。
图4为采用平均电流法的输出直流电压Vo、电感电流iL、电网电压Vg的波形图；图5为采用占空比预测法的输出直流电压Vo、电感电流iL、电网电压Vg的波形图；图6为采用本发明实施例的整流器的电流环控制方法的输出直流电压Vo、电感电流iL、电网电压Vg的波形图。在图4、图5、图6中，电网电压Vg从0阶跃到有效值220V，图中第一行波形中规则的正弦波为1/10的电网电压Vg波形、变化的为电感电流iL波形；第二行为输出直流电压Vo波形，直流电压期望值Vref设为400V；第三行是电感电流iL波形。
通过图4至图6可以看出，本发明实施例的电流环控制方法比平均电流法有更小的电压超调量、更短的电流稳定时间；比基于占空比预测控制的数字PFC算法有更短的电压、电流稳定时间，以及更小的电流谐波含量。
下面将结合图1至图7对本发明实施例的整流器的电流环控制系统进行清楚、完整的描述，显然，以下所描述的实施例是本发明一部分实施例，并非全部实施例。
根据本发明的第二方面实施例的整流器的电流环控制系统，包括数据获取单元、目标增益确定单元、控制调制波生成单元、调制控制单元。数据获取单元，用于获取电网电压Vg、整流器的输出直流电压Vo、流过整流器中电感的电感电流iL；目标增益确定单元，用于根据输出直流电压Vo、预设的直流电压期望值Vref和预设的切换阈值VT选择目标增益，目标增益包括第一增益G(C)和第二增益G2，第一增益G(C)用于消除输出直流电压Vo的稳态误差以及减小电感电流iL的谐波含量，第二增益G2用于减少将输出直流电压Vo和电感电流iL调整至稳定状态的时长；控制调制波生成单元，用于根据目标增益并利用电感电流iL、整流器的电压环输出的电流期望值iref、直流电压期望值Vref和电网电压Vg生成控制调制；调制控制单元，用于将控制调制波发送至整流器的整流桥。
在平均电流法中，因为电流环的输出反映到开关管上表现为占空比，所以可以对电流环的输出进行归一化，得到占空比davg的表达式：
Figure BDA0003799881110000111
在基于占空比预测控制的数字PFC算法中，占空比dn的表达式可变形为：
Figure BDA0003799881110000112
若将davg理解为占空比d，则dn可以理解为占空比1-d，即一个对应电感充电，一个对应电感放电；或者从控制整流桥的角度解释，一个对应桥臂的下管，一个对应桥臂的上管。通过修改基于占空比预测控制的数字PFC算法的SPWM波形产生逻辑，使其输出由控制桥臂上管改为控制桥臂下管，可以将占空比dn的表达式修正为：
Figure BDA0003799881110000113
由此可知，根据平均电流法和基于占空比预测控制的数字PFC算法得出的两个占空比表达式中只有增益不同，第一增益为G(C)，第二增益为G2。
第一增益G(C)为电流环控制器增益，一般为PI控制器或者PR控制器的增益，也可以为其他控制器，在此不作限定。
基于占空比预测控制的数字PFC算法引入了电网电压Vg前馈，可以较好的抑制因电网电压Vg变化引起的输出直流电压Vo波动。与平均电流法相比，基于占空比预测控制的数字PFC算法的优点是电流误差的调整可以在一个开关周期内完成，且不会出现平均电流法中的超调现象；运算量比平均电流法中的离散化PI小。
若输出直流电压Vo和直流电压期望值Vref的电压差值小于等于预设的切换阈值VT，则表示输出直流电压Vo接近直流电压期望值Vref，不需要大幅调整输出直流电压Vo，而需要消除输出直流电压Vo的稳态误差以及减小电感电流iL的谐波含量，故将第一增益G(C)确定为目标增益。若输出直流电压Vo和直流电压期望值Vref的电压差值大于预设的切换阈值VT，则表示输出直流电压Vo距离达到直流电压期望值Vref还需要一段时间，需要选择第二增益G2以减少将输出直流电压Vo和电感电流iL调整至稳定状态的时长，且选用第二增益G2进行电流环控制不存在超调现象，运算量更小。在此，需要说明的是，直流电压期望值Vref和切换阈值VT的具体值皆不作限定。
传统的单一电流环控制系统，并不能随整流器的输出直流电压Vo的大小动态调节电流环控制过程中的参数，电流环控制效果并不能满足实际需求。而本发明实施例的整流器的电流环控制系统可以根据输出直流电压Vo的电压变化动态调节目标增益，选取与输出直流电压Vo大小对应的合适的目标增益，并利用电感电流iL、整流器的电压环输出的电流期望值iref、直流电压期望值Vref和电网电压Vg生成控制调制波来控制整流桥的占空比，达到不同的稳定输出直流电压Vo的效果，相比于传统电流环控制系统更灵活，电流环控制效果更好。
根据本发明实施例的整流器的电流环控制系统，通过数据获取单元可以获取电网电压Vg、整流器的输出直流电压Vo、流过整流器中电感的电感电流iL。通过目标增益确定单元可以根据输出直流电压Vo、预设的直流电压期望值Vref和预设的切换阈值VT选择目标增益，可以适应于实际输出直流电压Vo大小动态调节增益，从而通过控制调制波生成单元根据目标增益并利用电感电流iL、整流器的电压环输出的电流期望值iref、直流电压期望值Vref和电网电压Vg生成控制调制波，最后通过调制控制单元来控制整流桥的占空比，达到不同的稳定输出直流电压Vo的效果。当输出直流电压Vo与直流电压期望值Vref的误差小于等于切换阈值VT时，选择第一增益G(C)可以消除输出直流电压Vo的稳态误差以及减小电感电流iL的谐波含量；当输出直流电压Vo与直流电压期望值Vref的误差大于切换阈值VT时，选择第二增益G2可以减少将输出直流电压Vo和电感电流iL调整至稳定状态的时长，且不存在超调现象，运算量更小。本发明实施例的电流环控制方法，能够解决现有电流环控制方法具有较大电压超调量、运算量大、调整输出直流电压Vo和电感电流iL至稳定状态的时间长的问题。
另外，本发明的一个实施例还提供了一种控制装置，该控制装置包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接。
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
实现上述实施例的整流器的电流环控制方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器中，当被处理器执行时，执行上述实施例中的整流器的电流环控制方法。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
此外，本发明第三方面实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个处理器或控制器执行，例如，被上述控制装置的一个处理器执行，可使得上述处理器执行上述实施例中的整流器的电流环控制方法。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种整流器的电流环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取电网电压、整流器的输出直流电压、流过所述整流器中电感的电感电流；
根据所述输出直流电压、预设的直流电压期望值和预设的切换阈值选择目标增益，所述目标增益包括第一增益和第二增益，所述第一增益用于消除所述输出直流电压的稳态误差以及减小所述电感电流的谐波含量，所述第二增益用于减少将所述输出直流电压和所述电感电流调整至稳定状态的时长；
根据所述目标增益并利用所述电感电流、所述整流器的电压环输出的电流期望值、所述直流电压期望值和所述电网电压生成控制调制波；
将所述控制调制波发送至所述整流器的整流桥。
2.根据权利要求1所述的电流环控制方法，其特征在于，所述根据所述输出直流电压、预设的直流电压期望值和预设的切换阈值选择目标增益，包括以下步骤：
根据所述输出直流电压和所述直流电压期望值得到电压差值；
若所述电压差值小于等于所述切换阈值，将所述第一增益确定为所述目标增益。
3.根据权利要求2所述的电流环控制方法，其特征在于，所述根据所述输出直流电压、预设的直流电压期望值和预设的切换阈值选择目标增益，还包括以下步骤：
若所述电压差值大于所述切换阈值，将所述第二增益确定为所述目标增益。
4.根据权利要求2所述的电流环控制方法，其特征在于，所述根据所述输出直流电压和所述直流电压期望值得到电压差值，包括以下步骤：
对所述输出直流电压进行滤除谐波处理，得到滤波直流电压；
计算所述滤波直流电压和所述直流电压期望值的所述电压差值。
5.根据权利要求1所述的电流环控制方法，其特征在于，所述根据所述目标增益并利用所述电感电流、所述整流器的电压环输出的电流期望值、所述直流电压期望值和所述电网电压生成控制调制波，包括以下步骤：
计算所述电感电流和所述电流期望值的电流误差；
若所述目标增益为所述第一增益，根据所述第一增益并利用所述电流误差、所述直流电压期望值和所述电网电压生成控制调制波。
6.根据权利要求5所述的电流环控制方法，其特征在于，所述根据所述第一增益并利用所述电流误差、所述直流电压期望值和所述电网电压生成控制调制波，包括以下步骤：
计算所述电流误差与所述第一增益的乘积，得到第一计算结果；
对所述电网电压和所述第一计算结果求差，得到第二计算结果；
根据所述第二计算结果和所述直流电压期望值进行归一化处理，得到控制占空比，所述控制占空比用于生成所述控制调制波。
7.根据权利要求5所述的电流环控制方法，其特征在于，所述根据所述目标增益并利用所述电感电流、所述整流器的电压环输出的电流期望值、所述直流电压期望值和所述电网电压生成控制调制波，还包括以下步骤：
若所述目标增益为所述第二增益，根据所述第二增益并利用所述电流误差、所述直流电压期望值和所述电网电压生成控制调制波。
8.根据权利要求7所述的电流环控制方法，其特征在于，所述根据所述第二增益并利用所述电流误差、所述直流电压期望值和所述电网电压生成控制调制波，包括以下步骤：
计算所述电流误差与所述第二增益的乘积，得到第三计算结果；
对所述电网电压和所述第三计算结果求差，得到第四计算结果；
根据所述第四计算结果和所述直流电压期望值进行归一化处理，得到控制占空比，所述控制占空比用于生成所述控制调制波。
9.一种整流器的电流环控制系统，其特征在于，包括：
数据获取单元，用于获取电网电压、整流器的输出直流电压、流过所述整流器中电感的电感电流；
目标增益确定单元，用于根据所述输出直流电压、预设的直流电压期望值和预设的切换阈值选择目标增益，所述目标增益包括第一增益和第二增益，所述第一增益用于消除所述输出直流电压的稳态误差以及减小所述电感电流的谐波含量，所述第二增益用于减少将所述输出直流电压和所述电感电流调整至稳定状态的时长；
控制调制波生成单元，用于根据所述目标增益并利用所述电感电流、所述整流器的电压环输出的电流期望值、所述直流电压期望值和所述电网电压生成控制调制波；
调制控制单元，用于将所述控制调制波发送至所述整流器的整流桥。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，其特征在于，所述计算机可执行指令用于执行如权利要求1至8中任意一项所述的电流环控制方法。
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