CN1953311A - 一种负载电流的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负载电流的控制方法，该方法为：采样负载电流并得到采样值；将所述采样值与表示目标负载电流峰值的电流阈值进行比较，并在确定当前负载电流大于目标负载电流峰值时产生控制信号；利用所述控制信号调节逆变器的输出电压以降低负载电流。本发明还同时公开了一种逆变器控制装置。

Description

一种负载电流的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电源技术，尤其涉及一种负载电流的控制方法及其装置。

背景技术

随着信息技术(IT技术)的发展，IT设备对电源的可靠性要求也越来越高，所以为了适应IT设备的高可靠性要求，在设计不间断电源系统(UPS)的过程中，必须对各个使用的器件进行降额使用，同时需要相应的保护电路。其中功率器件的硬件最后一级保护是对流过器件的电流进行逐波限流，以保证功率器件的电流降额。但也不能让功率器件长期工作在逐波限流状态，否则会大大提高器件的热损坏率。另一方面，逆变器输出电压的高性能指标(THD、动态指标等)要求必然需要逆变器输出电压的特性很硬；一些新型磁性材料的应用，如铁硅铝滤波电感，它具有易饱和特性，在UPS带整流性负载时，随着电感电流的增大，滤波电感量大大减小，导致电感电流进一步增大。而这些都是导致UPS负载电流峰值高的原因。

由于受到产品成本的压力，在不能更换更大额定值功率器件的前提下，需要通过其他方法来控制负载电流的峰值。传统的技术方案如图1所示，从负载端着手，按IEC62040-3标准来配置整流性载，图1中：

U为UPS的额定输出电压有效值；

f为UPS输出电压的频率；

Uc为整流后的电压；

S为视在功率，PF＝0.7，即有70％的视在功率将作为有功功率被消耗在电阻R1和电阻Rs上。其中，负载电阻R1，消耗66％的视在功率；串联线路电阻Rs，消耗4％的视在功率，可以放在整流桥的交流侧或直流侧。

电阻Rs、R1和电容C的值按下式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_c=1.22\×U\\ R_S=0.04\×U^2/S\\ R_1=U_C^2/(0.66\×S)\\ C=7.5(f\×R_1)\end{array}\right.---\left(1\right)$

标准整流性负载通过改变以上负载参数可以保证在各种电压波形下的负载电流峰值比不超过3(峰值比＝峰值/有效值)。

但上述方案存在以下几个缺点：

1、电阻Rs的大小随着不同容量的机器，以及单、并机的变化而变化，比较难配置。

2、电阻Rs的发热严重，容易烧毁，特别是在突然加整流性负载时，更容易损坏电阻Rs。

3、用户的负载各种各样，不能保证用户的负载中串联有电阻Rs，因此其适应性差。

发明内容

本发明提供一种负载电流的控制方法及装置，以解决现有技术控制负载电流峰值存在系统参数配置困难和适应性差的问题。

本发明方法包括：

一种负载电流的控制方法，包括如下步骤：

A、采样负载电流并得到采样值；

B、将所述采样值与表示目标负载电流峰值的电流阈值进行比较，并在确定当前负载电流大于目标负载电流峰值时产生控制信号；

C、利用所述控制信号调节逆变器的输出电压以降低负载电流。

其中：

步骤A中，对负载电流进行周期性采样。

步骤B中，将所述采样值与电流阈值的差进行比例运算产生所述控制信号。

步骤B中，还将基于abc坐标得到的所述控制信号转换为基于dqz坐标的控制信号。

步骤C包括如下步骤：

C1、计算所述控制信号的电压值与逆变器输出电压的给定值之间的第一差值；

C2、计算所述第一差值与逆变器输出电压的反馈值之间的第二差值；

C3、通过所述第二差值调节脉宽输出脉冲的占空比，以降低逆变器的输出电压。

一种逆变器控制装置，包括：

电流峰值控制单元，用于在确定负载电流大于目标负载电流峰值时输出控制信号；

第一运算单元，与所述电流峰值控制单元和第一运算单元电连接，用于获得电流峰值控制单元输出的控制信号量与给定信号量的差值；

第二运算单元，与所述第一运算单元电连接，用于获得第一运算单元输出的信号量与给定信号量的差值；

逆变器控制单元，与所述第二运算单元电连接，用于根据第二运算单元输出的信号量和逆变器输出电压的反馈量，产生调节逆变器输出电压的控制信号。

所述电流峰值控制单元包括：

比较器，用于将负载电流的采样值与表示目标负载电流峰值的电流阈值进行比较，并在确定当前负载电流大于目标负载电流峰值时输出控制信号；

比例调节器，与比较器电连接，用于对比较器输出的控制信号进行比例运算，并向运算单元输出控制信号。

本发明在无需增加额外硬件成本，保证输出电压性能指标的前提下，通过简单的配置负载峰值控制单元，就可以达到有效控制各种负载工况下的负载电流峰值，大大增强了系统的可靠性。

附图说明

图1为现有技术控制UPS电流峰值的电路原理示意图；

图2为本发明中逆变器控制装置的原理框图；

图3为本发明中峰值控制器的原理框图；

图4为采用本发明后逆变器输出电压与电流的关系示意图；

图5为本发明的控制电源负载峰值的流程图。

具体实施方式

为了解决现有技术中类似于UPS等电源系统带整流性载负载时的负载电流峰值问题，本发明增加电流峰值控制单元，通过电流峰值控制单元检测当前电流是否超过了目标负载电流峰值，并在超过了目标负载电流峰值时调节逆变器的输出电压，以降低负载电流。

参阅图2所示，逆变器控制装置包括电流峰值控制单元50，与电流峰值控制单元50电连接的第一运算单元60，与第一运算单元60电连接的第二运算单元70，以及与第二运算单元70连接的逆变器控制单元80。

逆变器控制单元80为UPS中固有的单元，用于产生调节逆变器输出电压的控制信号。逆变器控制单元80与第二运算单元70构成的电压负反馈，保证逆变器输出电压的稳态和动态性能指标。

电流峰值控制单元50接受负载电流的采样值作为输入，通过与表示目标电流峰值的电流阈值I_x进行比较判断当前负载电流是否大于目标电流峰值。当大于目标电流峰值时产生控制量V_c对输出电压给定量V_ref进行适当的调节，以此来控制住负载电流的峰值。

第一运算单元60将电流峰值控制单元50输出的控制量V_c与电压给定量V_ref相减得到信号V_ref′，该信号V_ref′作为负反馈其中的一个输入量。

参阅图3所示，电流峰值控制单元50包括比较器500和比例调节器510。

比较器500，用于将负载电流的采样值与表示目标负载电流峰值的电流阈值进行比较，判断当前的负载电流I_load是否大于目标负载电流峰值I_x，并在确定当前负载电流大于目标负载电流峰值时输出信号I_load′。

比例调节器510，与比较器500电连接，用于对比较器500输出的控制信号I_load′进行比例运算，并向第一运算单元60输出控制信号V_c。

根据预先设置的代表目标电流峰值I_x大小的负载电流阀值，比较器500实时比较负载电流的瞬时值I_load与目标电流峰值I_x的大小，若I_load＜＝I_x，则不进行负载峰值的控制，即I_load′＝0；若I_load＞I_x，则需要进行负载峰值的控制，且I_load＝I_load′、V_c＝＝K_p*I_load′。所实现的控制规律如下：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{load}}^{\&prime;}=\left\{\begin{array}{c}0,(I_{\mathrm{load}}<I_x)\\ I_{\mathrm{load},}(I_{\mathrm{load}}>I_x)\end{array}\right.\\ V_c=K_p\&CenterDot;I_{\mathrm{load}}^{\&prime;}\end{array}\right.---\left(2\right)$

如图4所示，该图中显示了I_load′与I_load、V_out之间的关系。在I_load＞I_x区域，电流峰值控制单元50所产生出的控制量V_c将使给定V_ref在该区域内的值相应降低，V_ref′＝V_ref-V_c，当V_out跟踪上V_ref′后，意味着V_out在该区域内的值也相应降低。从整个输出电压波形来看，在I_load＞I_x区域，V_out的波形得到了“软化”，且根据式(2)的控制规律，I_load越大，V_out就越受“软化”，这样I_load的值就受到了抑制，有效地控制住了I_load的峰值。

参阅图5所示，控制负载电流峰值的主要处理过程如下：

步骤100、由采样电路实时采样负载电流I_load并将采样值提供给电流峰值控制单元50中的比较器500。

步骤110、比较器500将采样值与表示目标负载电流峰值I_x大小的电流阈值进行比较，以判断瞬时负载电流I_load是否大于目标负载电流峰值I_x。如果负载电流I_load不大于目标负载电流峰值I_x，则输出信号I_load′为“0”即不进行负载电流峰值控制，直接转到步骤100；否则，进行步骤120。

电流阀值由目标负载电流峰值决定，例如：期望将额定负载时的负载电流峰值比控制到3∶1，由于比例调节单元510是比例控制器，所以选择I_x≈(2.7-2.9)I_rate，式中I_rate为额定电流有效值。如果将I_x设置得过小，那么峰值控制器可能在很大区域内产生作用，将会影响输出电压的THD指标。

步骤120、输出信号I_load，通过比例调节单元510后输出控制量V_c。

在逆变器控制80是基于dqz坐标系设计的情况下，考虑到逆变器可能带不平衡负载或各相带不同类型负载，在abc坐标系下分别计算各相的控制量V_c后，再把它们转换到dqz坐标系下。

步骤130、第一运算单元60将电流峰值控制单元50输出的控制量V_c与电压给定量V_ref相减，得到控制量V_ref′。

对电流峰值控制单元50输出的控制量V_c还进一步进行限幅处理(防止系统动态过程过大的控制量产生副作用)。

步骤140、第二运算单元70将差值V_ref′与逆变器输出电压的反馈量相减，得到控制量V′。

步骤150、逆变器控制单元80根据第二运算单元70输出的控制量V′调节脉宽输出脉冲的占空比，以降低逆变器的输出电压。

从上可知，本发明在控制负载电流峰值时无需判断各相输出电压的峰值，不仅实现简单，而且对于输出电流波形不对称的情况也能够得到很好补偿。利用本发明的方法，可以在保证UPS输出电压各项性能指标的前提下有效抑制整流性负载电流的峰值，大大提高了UPS系统的可靠性。

虽然以上以UPS系统为进行说明，但并不限于此，本发明同样适用于其他具有逆变器的电源系统，其实现与上述同理，不再赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1、一种负载电流的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、采样负载电流并得到采样值；

B、将所述采样值与表示目标负载电流峰值的电流阈值进行比较，并在确定当前负载电流大于目标负载电流峰值时产生控制信号；

C、利用所述控制信号调节逆变器的输出电压以降低负载电流。

2、如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤A中，对负载电流进行实时采样。

3、如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤B中，将所述采样值与电流阈值的差值进行比例运算产生所述控制信号。

4、如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，步骤B中，还对所述控制信号进行限幅处理。

5、如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，步骤B中，还将基于abc坐标得到的所述控制信号转换为基于dqz坐标的控制信号。

6、如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，步骤C包括如下步骤：

C1、计算所述控制信号的电压值与逆变器输出电压的给定值之间的第一差值；

C2、计算所述第一差值与逆变器输出电压的反馈值之间的第二差值；

C3、通过所述第二差值调节脉宽输出脉冲的占空比，以降低逆变器的输出电压。

7、一种逆变器控制装置，其特在于包括：

电流峰值控制单元，用于在确定负载电流大于目标负载电流峰值时输出控制信号；

第一运算单元，与所述电流峰值控制单元和第一运算单元电连接，用于获得电流峰值控制单元输出的控制信号量与给定信号量的差值；

第二运算单元，与所述第一运算单元电连接，用于获得第一运算单元输出的信号量与给定信号量的差值；

逆变器控制单元，与所述第二运算单元电连接，用于根据第二运算单元输出的信号量和逆变器输出电压的反馈量，产生调节逆变器输出电压的控制信号。

8、如权利要求7所述的逆变器控制装置，其特征在于，所述电流峰值控制单元包括：

比较器，用于将负载电流的采样值与表示目标负载电流峰值的电流阈值进行比较，并在确定当前负载电流大于目标负载电流峰值时输出控制信号；

比例调节器，与比较器电连接，用于对比较器输出的控制信号进行比例运算，并向运算单元输出控制信号。