CN116865322B - 电源控制装置、电源控制方法以及电源系统 - Google Patents

电源控制装置、电源控制方法以及电源系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了电源控制装置、电源控制方法以及电源系统，所述电源控制装置应用于电源装置，所述电源装置用于分别与电网和负载连接，所述电源控制装置包括：需求电流峰值获取电路，用于根据所述负载的负载电流峰值与所述电网的电网电流峰值之间的第一差值获取需求电流峰值；需求电流实时值获取电路，用于根据所述需求电流峰值和单位参考波形获取需求电流实时值；控制信号生成电路，用于根据所述需求电流实时值以及所述电源装置的实时工作参数，生成电源控制信号，以调整所述电源装置的电感电流。

Description

电源控制装置、电源控制方法以及电源系统
技术领域
本发明涉及电源技术领域，具体涉及电源控制装置、电源控制方法以及电源系统。
背景技术
随着社会发展，电力在日常生活、工作中显得必不可少，但常常会遇到户外用电、设备没电、负荷太大等一系列问题。由于没电、负荷问题，造成工作无法继续进行，人们的日常生活也受到影响。特别是在用电高峰的夏季，停电成了家常便饭；或者在一些偏远地区、饱受战乱的国家，也常常面临着断电和用电难题，电源装置这一产品便成为他们解决这些难题的选择之一。
电源装置由于其灵活性，并不需要安装在某个固定位置，即可接入家庭电网、也可接入商业充电站。当负载接入美国120V、日本100V等低压家庭电网时，由于受到开关规格、家庭线路规格等因素限制，家庭电网无法给大功率负载供电。为了大功率负载能正常工作，需要电网与额外的电源装置同时给负载提供电源，以避免电网线路的过载，同时也解决大功率设备用电问题。
传统的电源装置并网方案采用DQ解耦控制算法，通过电网电压获取电网角频率，将负载电流进行正交分解得到i α 与i β 。将解耦角频率ω作用于i α 与i β ，即可得到负载电流的直流电流i d 与i q ；电源装置只需控制i q 为0、i d 为峰值电流即可控制电源装置的充放电，其中充电时i d 为负，放电时i d 为正，具体公式如下所示：
通过上述公式可知，电流的解耦算法是一种坐标换算法，将旋转坐标系变换成正交的静止坐标，αβ为交流信号即旋转坐标系，dq为直流信号即静止坐标系，由于旋转角频率为ω，变换是针对角频率ω来变换，ω=2πf，f通常为50Hz或60Hz，ω为电网电压角频率，通常电网波形为正弦波形，ω也可称作基波角频率，ω 2 ,ω 3,…,ω n分别对应2次谐波、3次谐波、…、n次谐波。综上所述，通过公式只能提取基波电流的i d 与i q ，无法提取高次谐波电流的i d 与i q ，而当用电设备不是阻性负载时，负载电流需要包含高次谐波，而通过传统控制方法给负载匹配输出电流时，只能提供基波电流，不能提供高次谐波电流，导致电力的浪费与负载电流匹配失效。
发明内容
为此，本发明提出一种电源控制装置、电源控制方法以及电源系统，解决现有的电源并网方案的控制方法存在的电力浪费以及负载电流匹配失效的问题。
根据本发明一方面，提出一种电源控制装置，应用于电源装置，所述电源装置用于分别与电网和负载连接，所述电源控制装置包括：需求电流峰值获取电路，用于根据所述负载的负载电流峰值与所述电网的电网电流峰值之间的第一差值获取需求电流峰值；需求电流实时值获取电路，用于根据所述需求电流峰值和单位参考波形获取需求电流实时值；控制信号生成电路，用于根据所述需求电流实时值以及所述电源装置的实时工作参数，生成电源控制信号，以调整所述电源装置的电感电流。
进一步地，所述电源控制装置还包括单位参考波形获取电路，其中：所述单位参考波形获取电路用于在所述第一差值大于或等于0时获取放电状态单位参考波形，所述需求电流实时值获取电路用于根据所述需求电流峰值和所述放电状态单位参考波形获取放电状态需求电流实时值，所述控制信号生成电路用于根据所述放电状态需求电流实时值以及所述电源装置的实时工作参数，生成放电状态电源控制信号，以调整所述电源装置放电状态的电感电流；所述单位参考波形获取电路还用于在所述第一差值小于0时获取充电状态单位参考波形，所述需求电流实时值获取电路用于根据所述需求电流峰值和所述充电状态单位参考波形获取充电状态需求电流实时值，所述控制信号生成电路用于根据所述充电状态需求电流实时值以及所述电源装置的实时工作参数，生成充电状态电源控制信号，以调整所述电源装置充电状态的电感电流。
进一步地，所述单位参考波形获取电路包括开关模块、放电状态单位参考波形获取模块以及充电状态单位参考波形获取模块；所述开关模块用于在所述第一差值大于或等于0时控制所述放电状态单位参考波形获取模块获取所述放电状态单位参考波形，所述开关模块还用于在所述第一差值小于0时控制所述充电状态单位参考波形获取模块获取所述充电状态单位参考波形。
进一步地，所述电源装置的实时工作参数包括所述电源装置的电感电流实时值、所述电源装置的输出电压实时值和所述电源装置的电池电压实时值；所述控制信号生成电路，用于根据所述需求电流实时值、所述电源装置的电感电流实时值、所述电源装置的输出电压实时值以及所述电源装置的电池电压实时值，生成所述电源控制信号。
进一步地，所述控制信号生成电路包括电感电流增量值获取模块、需求电压实时值获取模块以及控制信号生成模块，其中：所述电感电流增量值获取模块用于根据所述需求电流实时值和所述电源装置的电感电流实时值之间的第二差值获取电感电流增量值；所述需求电压实时值获取模块用于根据所述电感电流增量值和所述电源装置的输出电压实时值获取需求电压实时值；所述控制信号生成模块用于根据所述需求电压实时值和所述电源装置的电池电压实时值生成所述电源控制信号。
根据本发明另一方面，提出一种电源系统，包括电源装置，所述电源装置用于分别与电网和负载连接，还包括前述的电源控制装置，所述电源控制装置与所述电源装置连接。
根据本发明另一方面，还提出一种电源控制方法，应用于电源装置，所述电源装置用于分别与电网和负载连接，所述电源控制方法包括：
需求电流峰值获取步骤：根据所述负载的负载电流峰值与所述电网的电网电流峰值之间的第一差值获取需求电流峰值；
需求电流实时值获取步骤：根据所述需求电流峰值以及单位参考波形获取需求电流实时值；
控制信号生成步骤：根据所述需求电流实时值以及所述电源装置的实时工作参数，生成电源控制信号，以调整所述电源装置的电感电流。
进一步地，所述需求电流实时值获取步骤包括：当所述第一差值大于或等于0时，获取放电状态单位参考波形，并根据所述需求电流峰值和所述放电状态单位参考波形获取放电状态需求电流实时值；当所述第一差值小于0时，获取充电状态单位参考波形，并根据所述需求电流峰值和所述充电状态单位参考波形获取充电状态需求电流实时值；所述控制信号生成步骤包括：根据所述放电状态需求电流实时值以及所述电源装置的实时工作参数，生成放电状态电源控制信号，以调整所述电源装置放电状态的电感电流；或根据所述充电状态需求电流实时值以及所述电源装置的实时工作参数，生成充电状态电源控制信号，以调整所述电源装置充电状态的电感电流。
进一步地，所述电源装置的实时工作参数包括所述电源装置的电感电流实时值、所述电源装置的输出电压实时值和所述电源装置的电池电压实时值；所述控制信号生成步骤包括：根据所述需求电流实时值、所述电源装置的电感电流实时值、所述电源装置的输出电压实时值以及所述电源装置的电池电压实时值，生成电源控制信号，以调整所述电源装置的电感电流。
进一步地，所述控制信号生成步骤包括：根据所述需求电流实时值和所述电源装置的电感电流实时值之间的第二差值获取电感电流增量值；根据所述电感电流增量值和所述电源装置的输出电压实时值获取需求电压实时值；根据所述需求电压实时值和所述电源装置的电池电压实时值生成所述电源控制信号。
本发明技术方案的有益效果体现在：通过采用本发明前述提出的电源控制装置、电源系统及/或电源控制方法，需求电流峰值获取电路可获取需求电流峰值，需求电流实时值获取电路可根据需求电流峰值和单位参考波形获取需求电流实时值，控制信号生成电路可生成电源控制信号以调整电源装置的电感电流。由于设置了单位参考波形，单位参考波形可与需求电流波形匹配，从而调整电感电流的波形曲线与需求电流的波形曲线重合，其中，需求电流为负载电流与电网电流之间的差值，且当这个差值为正或零时，电源装置控制为放电状态，电源装置放电给负载，需求电流的波形曲线与负载波形曲线形状相匹配；当这个差值为负时，电源装置控制为充电状态，电网给电源装置充电，需求电流的波形曲线与电网波形曲线形状相匹配。这样，一方面，能使得在负载电流大于或等于电网电流时，电源控制装置控制电源装置处于放电状态，从而电源装置提供电流给负载，以防止电网因负载的需求单独放电给负载输出大电流发生空开跳闸或线路损坏的问题，并且提供的电感电流与放电状态的需求电流重合，即与负载波形曲线形状相匹配，包含了高次谐波，又保证了电源装置控制的电流完全流向了负载，避免电源装置控制的电流反灌至电网，同时由于对电网电流峰值限制，避免了电网出现峰值过流问题；另一方面，能使得在负载电流小于电网电流时，电源控制装置控制电源装置处于充电状态，从而由电网提供需求电流给电源装置，以保证电网的充分利用，避免电力的浪费，并且提供的电感电流与充电状态的需求电流重合，即与电网波形曲线形状相匹配，一方面只包含基波成分，另一方面能使充电控制保证高功率因数。
附图说明
图1是传统的电源装置并网方案中电网电压、需求电流和控制电流的波形图。
图2是一实施例的电源装置并网的硬件拓扑图。
图3是本发明一实施例的电源控制装置的系统框图。
图4是本发明一实施例提出的一种电源控制装置的原理框图。
图5是本发明一实施例的电源控制装置的电路原理图。
图6是本发明一实施例提出的一种电源控制方法的流程图。
图7是应用了本发明一实施例电源控制装置的放电状态下的电源装置并网方案中电网电压、负载电流、需求电流和控制电流的信号示意波形图。
图8是应用了本发明一实施例电源控制装置的充电状态下的电源装置并网方案中电网电压、负载电流、需求电流和控制电流的信号示意波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式、实施例对本发明作进一步说明。提供实施例的目的仅在于示意，而非予以任何限制。
由于家庭用电设备通常为非线性负载，并不是纯阻性负载，导致负载电流并不是纯正弦电流，而是包含了高次谐波的复合电流，其波形如图1所示，其中需求电流即为非线性负载产生的需求电流。由于传统的电源装置使用传统DQ解耦控制，只能提供与电网电压波形一致的正弦电流，电流波形如控制电流所示，只包含基波电流，无高次谐波电流。匹配负载的目的必须是需求电流与控制电流完全重合，即任意时刻需求电流与控制电流的电流瞬时值都相等，并不是满足一个周期内有效值相等即可。如图1所示，控制电流瞬时值部分时间大于需求电流瞬时值，部分时间小于需求电流瞬时值，当控制电流瞬时值大于需求电流瞬时值将会导致电源装置对电网放电，导致电力浪费；控制电流瞬时值小于需求电流瞬时值将导致电网对负载大电流放电，导致电网电流过大，轻则家庭空开跳闸，重则引起线路火灾。
为保证电源装置能完全匹配负载，必须使电源装置的控制电流瞬时值等于需求电流瞬时值，其中控制电流为电源装置内的电感电流，需求电流需要根据电网电流峰值与负载电流来计算，通常电网电流峰值可在电源装置人机界面设定，电网电流峰值依据客户家庭插座或开关的使用需求来确定，普通的家庭插座一般的使用需求为15A。当负载电流大于电网电流峰值时，电源装置需要对负载进行电流匹配，防止电网电流过大而跳闸或者插座线路损坏，电源装置对负载放电电流即为需求电流。同理，当负载电流小于电网最大电流时，电网有剩余功率给电源装置充电，充电电流即为需求电流。
电源装置并网的硬件拓扑如图2所示，电池BAT通过晶体管连接低通滤波器，晶体管受PWM（PWM为软件控制环输出值）控制，PWM控制晶体管会产生电压u pwm ，u pwm 经过低通滤波器并输出正弦电压u o ，i L 为流过电感的电流，i o 为电源装置输出电流，i g 为电网电流峰值，u g 为电网电压，i o1为负载电流。当电网继电器吸合时，电源装置输出电压u o =u g ，电源装置的输出电压将被电网电压钳位。i g 、i o 、i o1的电流正方向分别以图2中电流箭头确定，其中，i g 为用户设定值，i o1为负载电流，由于i o1=i g +i o ，电源装置输出电流i o 受电感电流i L 控制，则电源装置只需控制电感电流i L ，即可完成负载的匹配。
电感电流i L 与电感电压u L 公式如下所示：，/>电感感量为固定值L，/>为PWM开关周期电感电压平均值，即电感电流i L 变化曲线完全由电感电压u L 的变化曲线决定，当需求电流包含高次谐波电流时，只需控制电感电压u L 包含对应的高次谐波电压即可。
基于上述思路，本发明一实施例提出一种电源控制装置，应用于电源装置，参考图3至图5，在其中一个实施例中，所述电源装置用于分别与电网和负载连接。所述电源控制装置包括：需求电流峰值获取电路10，用于根据负载电流峰值Peak(i o1)与电网电流峰值Peak(i g )之间的第一差值生成需求电流峰值Pref；需求电流实时值获取电路20，连接于所述需求电流峰值获取电路10，用于根据所述需求电流峰值Pref和单位参考波形Wave ref 生成需求电流实时值I ref ；控制信号生成电路30，连接于所述需求电流实时值获取电路20，用于根据所述需求电流实时值I ref 以及所述电源装置的实时工作参数，生成电源控制信号PWM，以调整所述电源装置的电感电流。
具体的，所述电源装置包括电感。在其中一个实施例中，所述电源装置为储能电源。在其中一个实施例中，所述电源装置包括逆变器和电池，所述逆变器和所述电池连接，所述电源控制装置用于和所述逆变器连接。在其中一个实施例中，所述逆变器和所述电池一体设置，例如设置在同一壳体内。
在其中一个实施例中，负载电流峰值根据负载的需求确定，电网电流峰值根据当地电网电压的参数确定。进一步地，负载电流峰值和电网电流峰值可通过电源装置的人机界面输入。在其中一个实施例中，负载电流峰值可通过实时采集负载的工作参数来确定，电网电流峰值可通过实时采集电网电压的供电参数来确定。
在其中一个实施例中，所述单位参考波形Wave ref 可根据负载波形确定。这样，在放电状态，可调整电感电流的波形曲线与负载波形曲线形状相匹配，电源装置放电给负载，可保证提供给负载的电流包含高次谐波。在其中一个实施例中，所述单位参考波形Wave ref 可根据电网波形确定。这样，在充电状态，可调整电感电流的波形曲线与电网波形曲线形状相匹配，可保证充电时的高功率因数。在其中一个实施例中，单位参考波形Wave ref 可通过电源装置的人机界面输入。
上述电源控制装置，需求电流峰值获取电路可获取需求电流峰值，需求电流实时值获取电路可根据需求电流峰值和单位参考波形获取需求电流实时值，控制信号生成电路可生成电源控制信号以调整电源装置的电感电流。由于设置了单位参考波形，单位参考波形可与需求电流波形匹配，从而调整电感电流的波形曲线与需求电流的波形曲线重合，其中，需求电流为负载电流与电网电流之间的差值，且当这个差值为正或零时，电源装置控制为放电状态，电源装置放电给负载，需求电流的波形曲线与负载波形曲线形状相匹配；当这个差值为负时，电源装置控制为充电状态，电网给电源装置充电，需求电流的波形曲线与电网波形曲线形状相匹配。这样，一方面，能使得在负载电流大于或等于电网电流时，电源控制装置控制电源装置处于放电状态，从而电源装置提供电流给负载，以防止电网因负载的需求单独放电给负载输出大电流发生空开跳闸或线路损坏的问题，并且提供的电感电流与放电状态的需求电流重合，即与负载波形曲线形状相匹配，包含了高次谐波，同时也保证了电源装置控制的电流完全流向了负载，避免电源装置控制的电流反灌至电网，同时由于对电网电流峰值限制，避免了电网出现峰值过流问题；另一方面，能使得在负载电流小于电网电流时，电源控制装置控制电源装置处于充电状态，从而由电网提供需求电流给电源装置，以保证电网的充分利用，并且提供的电感电流曲线与充电状态的需求电流曲线重合，即与电网波形曲线形状相匹配，一方面，只包含基波成分，另一方面能使充电控制保证高功率因数。
为了直接获得单位参考波形，在其中一个实施例中，所述电源控制装置还包括单位参考波形获取电路40，连接于所述需求电流峰值获取电路10和所述需求电流实时值获取电路20；其中：所述单位参考波形获取电路40用于在所述第一差值大于或等于0时生成放电状态单位参考波形，所述需求电流实时值获取电路20用于根据所述需求电流峰值和所述放电状态单位参考波形生成放电状态需求电流实时值，所述控制信号生成电路30用于根据所述放电状态需求电流实时值以及所述电源装置的实时工作参数，生成放电状态电源控制信号，以调整所述电源装置放电状态的电感电流；所述单位参考波形获取电路40还用于在所述第一差值小于0时生成充电状态单位参考波形，所述需求电流实时值获取电路20用于根据所述需求电流峰值和所述充电状态单位参考波形生成充电状态需求电流实时值，所述控制信号生成电路30用于根据所述充电状态需求电流实时值以及所述电源装置的实时工作参数，生成充电状态电源控制信号，以调整所述电源装置充电状态的电感电流。其中，所述第一差值Peak(i o1)-Peak(i g )≥0时，代表电网电力不足，需要电源装置对负载放电，电源装置处于放电状态；所述第一差值Peak(i o1)-Peak(i g )＜0时，则代表电网有剩余功率可以给电源装置充电，电源装置处于充电状态。这样，可直接获得单位参考波形，且由直接获得的单位参考波形直接获得波形与需求电流波形曲线重合的电感电流。且电源装置控制为放电状态时，电源装置放电给负载，需求电流的波形曲线与负载波形曲线形状相匹配，即电感电流的波形曲线与负载波形曲线形状相匹配。电源装置控制为充电状态，电网给电源装置充电，需求电流的波形曲线与电网波形曲线形状相匹配，即电感电流的波形曲线与电网波形曲线形状相匹配。
参考图5，在一些具体的实施方式中，需求电流峰值获取电路10包括第一减法器，该第一减法器以负载电流峰值Peak(i o1)和电网电流峰值Peak(i g )作为输入计算二者之间的差值（即所述第一差值），用公式表示为Peak(i o1)-Peak(i g )。
继续参考图5，单位参考波形获取电路40包括开关模块41、放电状态单位参考波形获取模块42以及充电状态单位参考波形获取模块43，所述开关模块41具有第一输入端、第二输入端、参考波形输出端和控制端，其中：所述开关模块41的第一输入端连接于所述放电状态单位参考波形获取模块42，所述开关模块41的第二输入端连接于所述充电状态单位参考波形获取模块43，所述开关模块41的控制端连接于所述需求电流峰值获取电路10的输出端，所述开关模块41的参考波形输出端连接于所述需求电流实时值获取电路20的其中一个输入端。所述开关模块41用于在所述第一差值大于或等于0时控制所述放电状态单位参考波形获取模块42生成所述放电状态单位参考波形，所述开关模块41还用于在所述第一差值小于0时控制所述充电状态单位参考波形获取模块43生成所述充电状态单位参考波形。
具体地，所述需求电流峰值获取电路10的输出端发送所述需求电流峰值给所述开关模块41的控制端，所述开关模块用于在所述开关模块的控制端接收到所述第一差值大于或等于0时生成的所述需求电流峰值时，控制所述开关模块的第一输入端与所述开关模块的参考波形输出端连接，以控制所述放电状态单位参考波形获取模块42生成所述放电状态单位参考波形；所述开关模块在所述开关模块的控制端接收到所述第一差值小于0时生成的所述需求电流峰值时，控制所述开关模块的第二输入端与所述开关模块的参考波形输出端连接，以控制所述充电状态单位参考波形获取模块43生成所述充电状态单位参考波形。
具体而言，所述开关模块41可为一程控开关。继续参考图5，所述放电状态单位参考波形获取模块42包括第一除法器，所述第一除法器与所述开关模块41的第一输入端连接，所述第一除法器用于将所述负载的电流实时值i o1除以所述负载的负载电流峰值Peak(i o1)生成所述放电状态单位参考波形，即所述放电状态单位参考波形的表达式为；所述充电状态单位参考波形获取模块43包括第二除法器，所述第二除法器与所述开关模块41的第二输入端连接，所述第二除法器用于将所述电网的电压实时值亦即电源装置的输出电压值u o （电网继电器吸合后与电源装置并联，因此电网电压即等于电源装置的输出电压u o ）除以所述电网的电网电压峰值亦即电源装置的输出电压峰值Peak(u o )，生成所述充电状态单位参考波形，即所述充电状态单位参考波形的表达式为/>。
在一些实施例中，所述电源装置的实时工作参数包括所述电源装置的电感电流实时值i L 、所述电源装置的输出电压实时值u o 、所述电源装置的电池电压实时值V bat 。参考图5，所述控制信号生成电路30用于根据所述需求电流实时值I ref 、所述电源装置的电感电流实时值i L 、所述电源装置的输出电压实时值u o 以及所述电源装置的电池电压实时值V bat ，生成所述电源控制信号PWM。
继续参考图5，在一些实施例中，所述需求电流实时值获取电路20包括乘法器，该乘法器的输出端连接于所述控制信号生成电路30的其中一个输入端。该乘法器用于将所述需求电路峰值Pref与单位参考波形Wave ref 相乘，获得所述需求电流实时值Iref。
具体地，参考图5，所述控制信号生成电路30包括电感电流增量值获取模块31、需求电压实时值获取模块32以及控制信号生成模块33，其中：所述电感电流增量值获取模块31用于根据所述需求电流实时值Iref和所述电源装置的电感电流实时值i L 之间的第二差值生成电感电流增量值；所述需求电压实时值获取模块32用于根据所述电感电流增量值和所述电源装置的输出电压实时值u o 生成需求电压实时值；所述控制信号生成模块33用于根据所述需求电压实时值和所述电源装置的电池电压实时值V bat 生成所述电源控制信号PWM。
继续参考图5，在一些实施例中，所述电感电流增量值获取模块31包括第二减法器，该第二减法器以所述需求电流实时值Iref和所述电源装置的电感电流实时值i L 作为输入计算二者之间的差值（即所述第二差值），用公式表示为Iref-i L 。
继续参考图5，在一些实施例中，所述需求电压实时值获取模块32包括电流环调节器和连接于电流环调节器输出端的加法器，所述电流环调节器为PI调节器，用于调节所述第二减法器输出的所述第二差值，所述加法器以所述PI调节器的输出以及所述电源装置的输出电压实时值u o 为输入计算二者之和，得到所述需求电压实时值。
继续参考图5，在一些实施例中，所述控制信号生成模块33包括第三除法器，用于将所述需求电压实时值除以所述电源装置的电池电压实时值V bat ，得到所述控制信号PWM。
本发明实施例的电源控制装置，在电源装置工作在放电状态下将输出放电状态电源控制信号以调整放电状态下的电源装置的电感电流；在充电状态下将输出充电状态电源控制信号以调整充电状态下的电感电流。
放电状态：在一具体实施例中，请参阅图5，当负载电流大于或等于电网电流时，第一差值大于或等于0，即，电源装置处于放电状态，放电状态的需求电流峰值为负载电流峰值Peak(i o1)减去电网电流峰值Peak(i g )。由于放电状态时，电源装置给负载充电，因此需求电流应包含负载电流所需要的高次谐波。设置一个放电状态单位参考波形，该放电状态单位参考波形包含负载电流的高次谐波，则根据放电状态单位参考波形获得的控制信号也包含负载电流的高次谐波，该放电状态单位参考波形由负载电流瞬时值除以负载电流峰值计算获得，即放电状态单位参考波形的表达式为/>。具体地，图5中，放电状态下可通过程控开关接通第一输入端和参考波形输出端，即上支路接通单位参考波形，来获取上述放电状态单位参考波形。
在放电状态下，将需求电流峰值和放电状态单位参考波形相乘即可获得需求电流实时值I ref ，具体地，图5中，放电状态下，需求电流实时值获取电路20以放电状态单位参考波形Wave ref 和第一差值为输入计算二者的乘积，即得到各相位对应的实时值亦即需求电流实时值，即需求电流实时值I ref 的表达式为。
为使得电感电流曲线与需求电流曲线重合，获得该需求电流即为电感电流的控制目标，即需调整电感电流实时值i L 与需求电流实时值I ref 相等，即电感电流增量值为需求电流实时值I ref 减去电感电流实时值i L ，/>。具体地，图5中，电感电流增量值获取模块31输出的电感电流增量值/>为需求电流实时值I ref 减去电感电流实时值i L ，即。又电感电流增量值/>的表达式为：/>，可得电感电压实时值u L （即电流环PI调节器的输出）表达式为：由前述可知，电感电流i L 变化曲线完全由电感电压u L 的变化曲线决定，因此通过控制信号PWM调整图2中晶体管在控制信号PWM的控制下的输出电压u pwm 即可调整电感电流曲线与需求电流曲线重合。由于晶体管在控制信号PWM的控制下的输出电压u pwm 等于电感电压实时值u L 和电源装置的输出电压实时值u o 之和，得到晶体管在控制信号PWM的控制下的输出电压u pwm 的表达式为：根据图2，电感电压u L 与晶体管在控制信号PWM的控制下的输出电压u pwm 存在如下关系：/>而/>可获得放电状态下的控制信号PWM的表达式：
。
具体地，图5中，需求电压实时值获取模块32中的加法器对电感电压实时值u L 和电源装置的输出电压实时值u o 求和即可获得需求电压实时值，控制信号生成模块33中的第三除法器对需求电压实时值和电池电压实时值V bat 求商即可获得控制信号PWM，且将该控制信号PWM作用于晶体管即可获得晶体管在PWM信号控制下的输出电压u pwm 。从而调整电源装置的电感电流，以使得电感电流曲线与需求电流曲线重合。
充电状态：
在一具体实施例中，请参阅图5，当负载电流小于电网电流时，所述第一差值小于0，即Peak(i o1)-Peak(i g )＜0时，电源装置处于充电状态，充电状态的需求电流峰值为负载电流峰值Peak(i o1)减去电网电流峰值Peak(i g )。由于充电时应保证高功率因数，因此设置一个充电状态单位参考波形，该充电状态单位参考波形表示为电网电压实时值u o 除以电网电压峰值Peak(u o )，即充电状态单位参考波形的表达式为。具体地，如图5，充电状态下可通过程控开关接通第二输入端和参考波形输出端，即下支路接通单位参考波形，来获取所述充电状态单位参考波形。
在充电状态下，需求电流实时值获取电路20以充电状态单位参考波形和所述第一差值为输入计算二者的乘积，即得到各相位对应的实时值即需求电流实时值，该需求电流实时值的表达式为/>；同放电状态，考虑到需求电流即为电感电流的控制目标，所以充电状态下，经所述需求电流实时值获取电路20得到的需求电流实时值/>。
同样地，为使得充电状态下的电感电流曲线与需求电流曲线重合，获得该需求电流即为电感电流的控制目标，即需调整电感电流实时值i L 与需求电流实时值I ref 相等，即电感电流增量值为需求电流实时值I ref 减去电感电流实时值i L ，/>。具体地，如图5，电感电流增量值获取模块31输出的电感电流增量值/>为需求电流实时值I ref 减去电感电流实时值i L ，即/>。又电感电流增量值/>的表达式为：，可得电感电压实时值u L （即电流环PI调节器的输出）表达式为：同理可得充电状态下的控制信号PWM的表达式：/>。
综合放电状态和充电状态的控制信号PWM的表达式为：
与/>是用户设置量，通常根据线路开关规格而定，/>、/>、/>、/>、是控制器采样信号，/>是电感器件参数，为一恒定值可放入PI环内，充电状态与放电状态根据负载峰值电流与电网电流峰值的误差值（即所述第一差值）决定，误差值即为前述的需求电流峰值/>，当/>时，代表电网电力不足，电源装置需对负载放电以给负载补充电流，即电源装置处于放电状态，程控开关选择上支路；当/>时，代表电网有剩余功率给电源装置充电，即电源装置处于充电状态，程控开关选择下支路。程控开关输出值为单位参考波形Wave ref ，单位参考波形Wave ref 与需求电流峰值/>的乘积为电感电流的控制参考即前述的需求电流实时值/>与/>的误差经过电流环调节器后与前馈信号/>累加，累加值除以电池电压实时值/>得到PWM控制信号。
本发明另一实施例提出一种电源系统，该电源系统包括电源装置，参考图3，所述电源装置用于分别与电网和负载连接，该电源系统还包括前述实施例的电源控制装置，所述电源控制装置与所述电源装置连接。由于所述电源系统包含前述实施例的电源控制装置，使得该电源系统的电源装置在与电网并网的场景中，在负载电流大于或等于电网电流峰值时，电源控制装置控制电源装置处于放电状态，从而使电源装置对负载放电以给负载补充电流，以防止电网因负载的需求单独放电给负载输出大电流而发生空开跳闸或线路损坏的问题，并且提供的电感电流与放电状态的需求电流重合，即与负载波形曲线重合形状相匹配，既包含了高次谐波，又保证了电源装置控制的电流完全流向了负载，避免电源装置控制的电流反灌至电网，同时由于对电网电流峰值限制，避免了电网出现峰值过流问题；另一方面，能使得在负载电流小于电网电流时，电源控制装置控制电源装置处于充电状态，从而由电网提供需求电流给电源装置进行充电，以保证电网的充分利用，避免电力的浪费，并且提供的电感电流与充电状态的需求电流重合，即与电网波形曲线重合形状相匹配，一方面只包含基波成分，另一方面能使充电控制保证高功率因数。
本发明另一实施例提出一种电源控制方法，应用于电源装置，所述电源装置用于分别与电网和负载连接，参考图6，所述电源控制方法包括如下步骤S1~S3：
S1、需求电流峰值获取步骤：根据所述负载的负载电流峰值与所述电网的电网电流峰值之间的第一差值获取需求电流峰值；
S2、需求电流实时值获取步骤：根据所述需求电流峰值以及单位参考波形获取需求电流实时值；
S3、控制信号生成步骤：根据所述需求电流实时值以及所述电源装置的实时工作参数，生成电源控制信号，以调整所述电源装置的输出电流。
在一些实施例中，步骤S1具体包括：将负载电流峰值Peak(i o1)减去电网电流峰值Peak(i g )，得到所述第一差值Peak(i o1)-Peak(i g )，所述需求电流峰值表达式为Pref=Peak(i o1)-Peak(i g )。其中，当所述第一差值Peak(i o1)-Peak(i g )≥0时，代表电网电力不足，需要电源装置对负载补充电流即放电，此为放电状态；反之则代表电网有剩余功率可以给电源装置充电，此为充电状态。
在一些实施例中，步骤S2具体包括：当所述第一差值Peak(i o1)-Peak(i g )≥0时，生成放电状态单位参考波形，并根据所述需求电流峰值和所述放电状态单位参考波形获取放电状态需求电流实时值；当所述第一差值小于0时，生成充电状态单位参考波形，并根据所述需求电流峰值和所述充电状态单位参考波形获取充电状态需求电流实时值。
更进一步地，当所述第一差值Peak(i o1)-Peak(i g )≥0时，用负载电流瞬时值i o1除以负载电流峰值Peak(i o1)得到所述放电状态单位参考波形，并将所述需求电流峰值Pref与所述放电状态单位参考波形/>相乘，得到放电状态的需求电流实时值；
当所述第一差值Peak(i o1)-Peak(i g )<0时，用电网电压实时值u o 除以电网电压峰值Peak(u o )，得到充电状态单位参考波形；
并将所述需求电流峰值Pref与所述充电状态单位参考波形相乘得到充电状态的需求电流实时值/>。
在一些实施例中，步骤S3具体包括：根据所述需求电流实时值Iref、所述电源装置的电感电流实时值i L 、所述电源装置的输出电压实时值u o 以及所述电源装置的电池电压实时值V bat ，生成电源控制信号，以调整所述电源装置的输出电流。
更进一步地，所述步骤S3包括：
S31、根据所述需求电流实时值Iref和所述电源装置的电感电流实时值i L 之间的第二差值Iref-i L ，生成电感电流增量值；
S32、根据所述电感电流增量值和所述电源装置的输出电压实时值生成需求电压实时值；
具体而言，首先对所述电感电流增量值采用电流环PI调节器进行PI调节，得到电感电压实时值
；然后再将u L 与u o 相加得到需求电压实时值/>；
S33、根据所述需求电压实时值和所述电源装置的电池电压实时值生成所述电源控制信号。具体而言，用所述需求电压实时值除以所述电源装置的电池电压实时值V bat 得到所述电源控制信号。
结合放电状态下的需求电流实时值Iref为，充电状态下的需求电流实时值Iref为/>，可得总的PWM控制信号表达式为：
放电状态：当负载电流峰值大于电网电流峰值时，为防止电网单独给负载提供大电流而使空开跳闸或线路损坏，本发明实施例的电源控制方法控制电源装置对负载进行放电以给负载补充电流，如图7所示，需求电流为负载电流减去电网电流峰值，需求电流包含高次谐波，通过电源装置控制环可使得控制电流也即电感电流与需求电流完成重合，保证了电源控制装置所控制的电源装置的电流完全流向了负载，避免电源装置的电流反灌至电网，同时由于峰值电流限制，避免了电网出现峰值过流问题。
充电状态：当负载电流峰值小于电网电流峰值时，说明电网还有剩余功率，为保证电网充分利用，本发明实施例的电源控制方法控制电网对电源装置充电，如图8所示，充电状态的需求电流为负载电流减去电网电流，充电控制需保证高功率因数，所以充电电流只包含基波成分，通过电源装置控制环可使得控制电流与需求电流完成重合，由于负载电流小于电网电流，两者之间的减法得到一个负值，所以电源装置的充电与放电是方向相反，放电匹配了负载波形，充电匹配了电网波形。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电源控制装置，应用于电源装置，所述电源装置用于分别与电网和负载连接，其特征在于，所述电源控制装置包括：
需求电流峰值获取电路，用于根据所述负载的负载电流峰值与所述电网的电网电流峰值之间的第一差值获取需求电流峰值；
单位参考波形获取电路，用于在所述第一差值大于或等于0时获取放电状态单位参考波形，放电状态单位参考波形由负载电流瞬时值i o1除以负载电流峰值Peak(i o1)计算获得，放电状态单位参考波形的表达式为；所述单位参考波形获取电路还用于在所述第一差值小于0时获取充电状态单位参考波形，充电状态单位参考波形表示为电网电压实时值u o 除以电网电压峰值Peak(u o )，充电状态单位参考波形的表达式为/>；
需求电流实时值获取电路，用于根据所述需求电流峰值和单位参考波形获取需求电流实时值；
控制信号生成电路，用于根据所述需求电流实时值以及所述电源装置的实时工作参数，生成电源控制信号，以调整所述电源装置的电感电流。
2.如权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，所述需求电流实时值获取电路用于根据所述需求电流峰值和所述放电状态单位参考波形获取放电状态需求电流实时值，所述控制信号生成电路用于根据所述放电状态需求电流实时值以及所述电源装置的实时工作参数，生成放电状态电源控制信号，以调整所述电源装置放电状态的电感电流；
所述需求电流实时值获取电路用于根据所述需求电流峰值和所述充电状态单位参考波形获取充电状态需求电流实时值，所述控制信号生成电路用于根据所述充电状态需求电流实时值以及所述电源装置的实时工作参数，生成充电状态电源控制信号，以调整所述电源装置充电状态的电感电流。
3.如权利要求2所述的电源控制装置，其特征在于：所述单位参考波形获取电路包括开关模块、放电状态单位参考波形获取模块以及充电状态单位参考波形获取模块；
所述开关模块用于在所述第一差值大于或等于0时控制所述放电状态单位参考波形获取模块获取所述放电状态单位参考波形，所述开关模块还用于在所述第一差值小于0时控制所述充电状态单位参考波形获取模块获取所述充电状态单位参考波形。
4.如权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于：所述电源装置的实时工作参数包括所述电源装置的电感电流实时值、所述电源装置的输出电压实时值和所述电源装置的电池电压实时值；
所述控制信号生成电路，用于根据所述需求电流实时值、所述电源装置的电感电流实时值、所述电源装置的输出电压实时值以及所述电源装置的电池电压实时值，生成所述电源控制信号。
5.如权利要求4所述的电源控制装置，其特征在于，所述控制信号生成电路包括电感电流增量值获取模块、需求电压实时值获取模块以及控制信号生成模块，其中：
所述电感电流增量值获取模块用于根据所述需求电流实时值和所述电源装置的电感电流实时值之间的第二差值获取电感电流增量值；
所述需求电压实时值获取模块用于根据所述电感电流增量值和所述电源装置的输出电压实时值获取需求电压实时值；
所述控制信号生成模块用于根据所述需求电压实时值和所述电源装置的电池电压实时值生成所述电源控制信号。
6.一种电源系统，包括电源装置，所述电源装置用于分别与电网和负载连接，其特征在于：还包括如权利要求1至5中任一项所述的电源控制装置，所述电源控制装置与所述电源装置连接。
7.一种电源控制方法，应用于电源装置，所述电源装置用于分别与电网和负载连接，其特征在于，所述电源控制方法包括：
需求电流峰值获取步骤：根据所述负载的负载电流峰值与所述电网的电网电流峰值之间的第一差值获取需求电流峰值；
需求电流实时值获取步骤：根据所述需求电流峰值以及单位参考波形获取需求电流实时值，其中，当所述第一差值大于或等于0时，用负载电流瞬时值i o1除以负载电流峰值Peak(i o1)得到放电状态单位参考波形，并根据所述需求电流峰值和所述放电状态单位参考波形获取放电状态需求电流实时值；当所述第一差值小于0时，用电网电压实时值u o 除以电网电压峰值Peak(u o )，得到充电状态单位参考波形/>，并根据所述需求电流峰值和所述充电状态单位参考波形获取充电状态需求电流实时值；
控制信号生成步骤：根据所述需求电流实时值以及所述电源装置的实时工作参数，生成电源控制信号，以调整所述电源装置的电感电流。
8.如权利要求7所述的电源控制方法，其特征在于，所述控制信号生成步骤包括：根据所述放电状态需求电流实时值以及所述电源装置的实时工作参数，生成放电状态电源控制信号，以调整所述电源装置放电状态的电感电流；或根据所述充电状态需求电流实时值以及所述电源装置的实时工作参数，生成充电状态电源控制信号，以调整所述电源装置充电状态的电感电流。
9.如权利要求7所述的电源控制方法，其特征在于，所述电源装置的实时工作参数包括所述电源装置的电感电流实时值、所述电源装置的输出电压实时值和所述电源装置的电池电压实时值；
所述控制信号生成步骤包括：根据所述需求电流实时值、所述电源装置的电感电流实时值、所述电源装置的输出电压实时值以及所述电源装置的电池电压实时值，生成电源控制信号，以调整所述电源装置的电感电流。
10.如权利要求9所述的电源控制方法，其特征在于，所述控制信号生成步骤包括：
根据所述需求电流实时值和所述电源装置的电感电流实时值之间的第二差值获取电感电流增量值；
根据所述电感电流增量值和所述电源装置的输出电压实时值获取需求电压实时值；
根据所述需求电压实时值和所述电源装置的电池电压实时值生成所述电源控制信号。
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