CN110011294B - 电压补偿电路及其控制方法和空调驱动*** - Google Patents

电压补偿电路及其控制方法和空调驱动*** Download PDF

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Abstract

本公开提出一种电压补偿电路及其控制方法和空调驱动***，涉及控制领域。该电压补偿电路在电网侧整流桥导通时，吸收电网输入的纹波功率，改善输入电流波形，在电网侧整流桥截止时对直流母线电压进行补偿，减小直流母线电压的波动。从而，最终提高供电性能。

Description

电压补偿电路及其控制方法和空调驱动***
技术领域
本公开涉及控制领域，特别涉及一种电压补偿电路及其控制方法和空调驱动***。
背景技术
在空调驱动***中，有些企业在直流母线上设置电解电容。电解电容器的容量大，储能多，能够作为能量缓冲器来吸收电网输入的纹波功率，还能够使直流母线电压比较稳定。然而，电解电容价格昂贵、寿命低，使得空调驱动***的成本增加，可靠性降低。
发明内容
发明人发现，如果将直流母线上的电解电容换成寿命更长、价格更低的薄膜电容，虽然有利于空调驱动***的成本降低和可靠性提高，但会引入新的问题。由于薄膜电容容量小，储能少，造成电网输入的纹波功率直接传递给空调的压缩机，输出转矩会波动，还会造成直流母线电压的波动比较大。
鉴于此，针对直流母线上无电解电容的空调驱动***，提出一种直流母线的电压补偿电路，该电压补偿电路在电网侧整流桥导通时，吸收电网输入的纹波功率，改善输入电流波形，在电网侧整流桥截止时对直流母线电压进行补偿，减小直流母线电压的波动，最终提高供电性能。
本公开的一些实施例提出一种电压补偿电路，包括：
储能电容，储能电容的正极连接第一开关的集电极，负极连接第二开关的发射极；
第一开关，第一开关的发射极连接第二开关的集电极和电感；
二极管，二极管与第一开关反向并联；
第二开关，第二开关的集电极连接电感，发射极连接直流母线电容的负极；
以及
电感，电感的一端连接第一开关的发射极和第二开关的集电极，另一端连接直流母线电容的正极。
在一些实施例中，第一开关和第二开关为绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管。
本公开的一些实施例提出一种空调驱动***，空调连接直流母线，包括：
直流母线电容；
以及
前述的电压补偿电路。
在一些实施例中，空调与直流母线之间的连接线路上设置有逆变器。
在一些实施例中，直流母线电容包括薄膜电容。
在一些实施例中，空调驱动***还包括：对第一开关和第二开关的导通状态进行控制的控制装置。
本公开的一些实施例提出一种电压补偿电路的控制方法，包括：
根据电网输入电流的参考值和空调输入电流的参考值，计算电网输入电流的补偿量；
根据电网输入电流的补偿量、储能电容的输出电流参考值和直流母线电容的输出电流参考值，计算电压补偿电路的输出电流参考值；
根据电压补偿电路的输出电流参考值和输出电流实际值，计算电压补偿电路的输出电压参考值；
根据电网侧整流桥的导通状态，并结合电压补偿电路的输出电压参考值，对第一开关和第二开关的导通状态进行控制，以使得整流桥导通时电网给储能电容充电以及整流桥截止时储能电容给直流母线电容充电。
在一些实施例中，所述对第一开关和第二开关的导通状态进行控制包括：
在整流桥导通的情况下，控制第一开关关断，以使得电网给储能电容充电，当电压补偿电路的输出电压参考值大于设定的第一导通电压时，控制第二开关导通，以结束储能电容的充电过程；
在整流桥截止的情况下，控制第二开关关断，当电压补偿电路的输出电压参考值大于设定的第二导通电压时，控制第一开关导通，以使得储能电容给直流母线电容充电。
在一些实施例中，电网输入电流的参考值减去空调输入电流的参考值得到电网输入电流的补偿量，
其中，电网输入电流的参考值根据电网输入功率与直流母线电容的电压参考值的商确定，空调输入电流的参考值根据压缩机输入功率与直流母线电容的电压参考值的商确定。
在一些实施例中，直流母线电容的输出电流参考值减去储能电容的输出电流参考值和电网输入电流的补偿量得到电压补偿电路的输出电流参考值，
其中，直流母线电容的输出电流参考值通过将直流母线电容的电压参考值和电压之间的差值输入比例积分控制器得到，储能电容的输出电流参考值通过将储能电容的电压参考值和电压之间的差值输入比例积分控制器得到。
在一些实施例中，将电压补偿电路的输出电流参考值和输出电流实际值之间的差值输入比例积分控制器得到电压补偿电路的输出电压参考值。
本公开的一些实施例提出一种电压补偿电路的控制装置，包括：
电网电流控制器，被配置为根据电网输入电流的参考值和空调输入电流的参考值，计算电网输入电流的补偿量；
补偿电路电流计算器，被配置为根据电网输入电流的补偿量、储能电容的输出电流参考值和直流母线电容的输出电流参考值，计算电压补偿电路的输出电流参考值；
电流环控制器，被配置为根据电压补偿电路的输出电流参考值和输出电流实际值，计算电压补偿电路的输出电压参考值；
开关控制器，被配置为根据电网侧整流桥的导通状态，并结合电压补偿电路的输出电压参考值，对第一开关和第二开关的导通状态进行控制，以使得整流桥导通时电网给储能电容充电以及整流桥截止时储能电容给直流母线电容充电。
在一些实施例中，还包括：
直流母线电容电压控制器，被配置为对直流母线电容的电压参考值和电压之间的差值进行比例积分运算得到直流母线电容的输出电流参考值；
储能电容电压控制器，被配置为对储能电容的电压参考值和电压之间的差值进行比例积分运算得到储能电容的输出电流参考值。
本公开的一些实施例提出一种电压补偿电路的控制装置，包括：
存储器；以及
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行前述任一个实施例中的电压补偿电路的控制方法。
本公开的一些实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述任一个实施例中的电压补偿电路的控制方法。
附图说明
下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。根据下面参照附图的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开的带有电压补偿电路的空调驱动***一些实施例的示意图。
图2示出本公开电网侧整流桥13导通时空调驱动***的功率流动示意图。
图3示出本公开电网侧整流桥13截止时空调驱动***的功率流动示意图。
图4为本公开电压补偿电路的控制方法一些实施例的流程示意图。
图5为本公开电压补偿电路的控制装置一些实施例的示意图。
图6为本公开电压补偿电路的控制装置一些实施例的示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1为本公开带有电压补偿电路的空调驱动***一些实施例的示意图。
如图1所示，该实施例的空调驱动***10包括：位于直流母线上的直流母线电容Cdc1以及对直流母线电压进行补偿(更确切地说，对直流母线电容电压进行补偿)的电压补偿电路11。直流母线电容例如是薄膜电容等容量较小储能较少的电容。空调连接直流母线，更确切地说，空调的压缩机连接直流母线。此外，空调与直流母线之间的连接线路上可以设置逆变器12。逆变器能够把直流电转变成交流电。逆变器例如可以由逆变桥、控制逻辑和滤波电路等组成。此外，电网(产生交流电)经整流桥13连接到直流母线。整流桥例如由四个二极管按一定的连接方式连在一起组成桥式电路。在电网与整流桥13之间可以设置滤波电感Lin。在一些实施例中，空调驱动***10还包括：对第一开关和第二开关的导通状态进行控制的控制装置50，60(图5和图6示出)。
下面重点描述电压补偿电路11，如图1中虚线框示出的部分。
电压补偿电路11包括：储能电容Cdc2，第一开关S1，二极管D，第二开关S2，以及电感L。其中，储能电容Cdc2的正极连接第一开关S1的集电极，负极连接第二开关S2的发射极；第一开关S1的发射极连接第二开关S2的集电极和电感；二极管D与第一开关S1反向并联；第二开关S2的集电极连接电感，发射极连接直流母线电容Cdc1的负极；电感L的一端连接第一开关S1的发射极和第二开关S2的集电极，另一端连接直流母线电容Cdc1的正极。
第一开关和第二开关例如为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET)等半导体开关，以便配合电网实现较高频率的开和关的功能。
此外，图1中还示出了直流母线电容Cdc1两端的电压vdc1，储能电容Cdc2两端的电压vdc2。
电压补偿电路11，在电网侧整流桥13导通时，电网对储能电容Cdc2进行充电，并通过电感L和储能电容Cdc2吸收电网输入的纹波功率，改善输入电流波形；在电网侧整流桥13截止时，当直流母线电容Cdc1放电到一定程度，储能电容Cdc2对直流母线电容Cdc1进行充电，即储能电容Cdc2对直流母线电压进行补偿，减小直流母线电压的波动。从而，最终提高整体的供电性能。
图2示出电网侧整流桥13导通时空调驱动***的功率流动示意图。图3示出电网侧整流桥13截止时空调驱动***的功率流动示意图。其中，Pg表示电网输入功率，Pinv表示空调(压缩机)输入功率。
图4为本公开电压补偿电路的控制方法一些实施例的流程示意图。
如图4所示，该实施例的电压补偿电路的控制方法包括：
步骤41，根据电网输入电流的参考值和空调(压缩机)输入电流的参考值，计算电网输入电流的补偿量。
在一些实施例中，电网输入电流的参考值减去空调输入电流的参考值得到电网输入电流的补偿量。公式表示如下：
其中，表示电网输入电流的参考值，/>表示空调(压缩机)输入电流的参考值，icomp表示计算电网输入电流的补偿量。
icomp能够对电源侧以及空调(压缩机)之间的功率波动进行调整，使得电网输入电流ig始终跟随其参考电流
在一些实施例中，当整流桥导通时，电网输入电流的参考值根据电网输入功率Pg与设置的直流母线电容的电压参考值/>的商确定。公式表示如下：
当|Vg|sinθg＜Vdc1_min时，整流桥截止，此时其中，θg和|Vg|分别表示电网的相位角和幅值。θg和|Vg|可以利用Cdc1两端的电压并通过锁相环技术得到。Vdc1_min表示直流母线电容Cdc1放电至的最小电压值。
在一些实施例中，空调输入电流的参考值根据空调(压缩机)输入功率Pinv与直流母线电容的电压参考值/>的商确定。公式表示如下：
下面描述Pinv和Pg的一些示例性的计算方法。
Pinv＝3uinviinv
其中，uinv和iinv分别表示空调(压缩机)的电压和电流，可以通过采样得到。
其中，Pdc1表示直流母线电容Cdc1的输出功率，Cdc1在上式中也表示直流母线电容的电容值，vdc1表示直流母线电容Cdc1两端的电压。其他符号的含义参考前述。
步骤42，根据电网输入电流的补偿量、储能电容的输出电流参考值和直流母线电容的输出电流参考值，计算电压补偿电路的输出电流参考值。
在一些实施例中，直流母线电容Cdc1的输出电流参考值减去储能电容Cdc2的输出电流参考值/>和电网输入电流的补偿量icomp得到电压补偿电路的输出电流参考值/>公式表示如下：
下面描述和/>的一些示例性的计算方法。
在一些实施例中，直流母线电容的输出电流参考值通过将直流母线电容的电压参考值/>和电压vdc1之间的差值输入比例积分控制器得到。
其中，比例积分控制器对输入的信息进行比例积分运算，kp1表示比例项系数，ki1表示积分项系数，1/s表示积分运算。
在一些实施例中，储能电容的输出电流参考值通过将储能电容的电压参考值和电压vdc2之间的差值输入比例积分控制器得到。
类似的，kp2表示比例项系数，ki2表示积分项系数，1/s表示积分运算。的值是一个固定的常数，其值大于/>
步骤43，根据电压补偿电路的输出电流参考值和输出电流买际值，计算电压补偿电路的输出电压参考值。
在一些实施例中，将电压补偿电路的输出电流参考值和输出电流实际值iL之间的差值输入比例积分控制器得到电压补偿电路的输出电压参考值/>比例积分控制器进行的比例积分运算参考前述，比例项系数和积分项系数的数值可以与前述的比例积分控制器不同。
步骤44，根据电网侧整流桥的导通状态，并结合电压补偿电路的输出电压参考值，输出第一开关和第二开关的控制信号，对第一开关和第二开关的导通状态进行控制，以使得整流桥导通时电网给储能电容充电以及整流桥截止时储能电容给直流母线电容充电。
具体的，对第一开关和第二开关的导通状态进行控制包括：
步骤44a，在整流桥导通的情况下，控制第一开关关断，以使得电网给储能电容充电，此时，则/>进而计算出电压补偿电路的输出电压参考值/>当电压补偿电路的输出电压参考值/>大于设定的第一导通电压V1on时，控制第二开关导通，以结束储能电容的充电过程，防止储能电容两端的电压过高。当/>小于设定的第一关断电压V1off时，控制第二开关关断。
步骤44b，在整流桥截止的情况下，控制第二开关始终关断，此时，则进而计算出电压补偿电路的输出电压参考值/>当电压补偿电路的输出电压参考值/>大于设定的第二导通电压V2on时，控制第一开关导通，以使得储能电容给直流母线电容充电，对直流母线进行补偿。当/>小于设定的第二关断电压V2off时，控制第一开关关断。
通过对电压补偿电路11的控制，在电网侧整流桥13导通时，电网对储能电容Cdc2进行充电，并能防止储能电容两端的电压过高，充电过程中通过电感L和储能电容Cdc2吸收电网输入的纹波功率，改善输入电流波形；在电网侧整流桥13截止时，当直流母线电容Cdc1放电到一定程度，储能电容Cdc2对直流母线电容Cdc1进行充电，即储能电容Cdc2对直流母线电压进行补偿，减小直流母线电压的波动。从而，最终提高整体的供电性能。
图5为本公开电压补偿电路的控制装置一些实施例的示意图。
如图5所示，该实施例的电压补偿电路的控制装置50包括：
电网电流控制器51，被配置为根据电网输入电流的参考值和空调输入电流的参考值，计算电网输入电流的补偿量。
补偿电路电流计算器52，被配置为根据电网输入电流的补偿量、储能电容的输出电流参考值和直流母线电容的输出电流参考值，计算电压补偿电路的输出电流参考值。
电流环控制器53，被配置为根据电压补偿电路的输出电流参考值和输出电流实际值，计算电压补偿电路的输出电压参考值。
开关控制器54，被配置为根据电网侧整流桥的导通状态，并结合电压补偿电路的输出电压参考值，输出第一开关和第二开关的控制信号，对第一开关和第二开关的导通状态进行控制，以使得整流桥导通时电网给储能电容充电以及整流桥截止时储能电容给直流母线电容充电。
在一些实施例中，控制装置50还包括：
直流母线电容电压控制器55，被配置为对直流母线电容的电压参考值和电压之间的差值进行比例积分运算得到直流母线电容的输出电流参考值。
储能电容电压控制器56，被配置为对储能电容的电压参考值和电压之间的差值进行比例积分运算得到储能电容的输出电流参考值。
在一些实施例中，电流环控制器53、直流母线电容电压控制器55和储能电容电压控制器56例如可以是比例积分控制器。
可理解地，各个模块所涉及的具体计算方法参考前述，这里不再赘述。
图6为本公开电压补偿电路的控制装置一些实施例的示意图。
如图6所示，该实施例的电压补偿电路的控制装置60包括：存储器61；以及耦接至所述存储器的处理器62。处理器62被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行前述任一个实施例中的电压补偿电路的控制方法。
其中，存储器61例如可以包括***存储器、固定非易失性存储介质等。***存储器例如存储有操作***、应用程序、引导装载程序(Boot Loader)以及其他程序等。
本领域内的技术人员应当明白，本公开的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述仅为本公开的较佳实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电压补偿电路的控制方法，其特征在于，
所述电压补偿电路包括：储能电容，储能电容的正极连接第一开关的集电极，负极连接第二开关的发射极；第一开关，第一开关的发射极连接第二开关的集电极和电感；二极管，二极管与第一开关反向并联；第二开关，第二开关的集电极连接电感，发射极连接直流母线电容的负极；以及电感，电感的一端连接第一开关的发射极和第二开关的集电极，另一端连接直流母线电容的正极；
所述电压补偿电路的控制方法包括：
根据电网输入电流的参考值和空调输入电流的参考值，计算电网输入电流的补偿量；
根据电网输入电流的补偿量、储能电容的输出电流参考值和直流母线电容的输出电流参考值，计算电压补偿电路的输出电流参考值；
根据电压补偿电路的输出电流参考值和输出电流实际值，计算电压补偿电路的输出电压参考值；
根据电网侧整流桥的导通状态，并结合电压补偿电路的输出电压参考值，对第一开关和第二开关的导通状态进行控制，以使得整流桥导通时电网给储能电容充电以及整流桥截止时储能电容给直流母线电容充电。
2.如权利要求1的控制方法，其特征在于，所述对第一开关和第二开关的导通状态进行控制包括：
在整流桥导通的情况下，控制第一开关关断，以使得电网给储能电容充电，当电压补偿电路的输出电压参考值大于设定的第一导通电压时，控制第二开关导通，以结束储能电容的充电过程；
在整流桥截止的情况下，控制第二开关关断，当电压补偿电路的输出电压参考值大于设定的第二导通电压时，控制第一开关导通，以使得储能电容给直流母线电容充电。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，
电网输入电流的参考值减去空调输入电流的参考值得到电网输入电流的补偿量，
其中，电网输入电流的参考值根据电网输入功率与直流母线电容的电压参考值的商确定，空调输入电流的参考值根据压缩机输入功率与直流母线电容的电压参考值的商确定。
4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，
直流母线电容的输出电流参考值减去储能电容的输出电流参考值和电网输入电流的补偿量得到电压补偿电路的输出电流参考值，
其中，直流母线电容的输出电流参考值通过将直流母线电容的电压参考值和电压之间的差值输入比例积分控制器得到，储能电容的输出电流参考值通过将储能电容的电压参考值和电压之间的差值输入比例积分控制器得到。
5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，
将电压补偿电路的输出电流参考值和输出电流实际值之间的差值输入比例积分控制器得到电压补偿电路的输出电压参考值。
6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，第一开关和第二开关为绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管。
7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，
空调与直流母线之间的连接线路上设置有逆变器；
或者，直流母线电容包括薄膜电容。
8.一种电压补偿电路的控制装置，其特征在于，
所述电压补偿电路包括：储能电容，储能电容的正极连接第一开关的集电极，负极连接第二开关的发射极；第一开关，第一开关的发射极连接第二开关的集电极和电感；二极管，二极管与第一开关反向并联；第二开关，第二开关的集电极连接电感，发射极连接直流母线电容的负极；以及电感，电感的一端连接第一开关的发射极和第二开关的集电极，另一端连接直流母线电容的正极；
所述电压补偿电路的控制装置包括：
电网电流控制器，被配置为根据电网输入电流的参考值和空调输入电流的参考值，计算电网输入电流的补偿量；
补偿电路电流计算器，被配置为根据电网输入电流的补偿量、储能电容的输出电流参考值和直流母线电容的输出电流参考值，计算电压补偿电路的输出电流参考值；
电流环控制器，被配置为根据电压补偿电路的输出电流参考值和输出电流实际值，计算电压补偿电路的输出电压参考值；
开关控制器，被配置为根据电网侧整流桥的导通状态，并结合电压补偿电路的输出电压参考值，对第一开关和第二开关的导通状态进行控制，以使得整流桥导通时电网给储能电容充电以及整流桥截止时储能电容给直流母线电容充电。
9.如权利要求8所述的控制装置，其特征在于，还包括：
直流母线电容电压控制器，被配置为对直流母线电容的电压参考值和电压之间的差值进行比例积分运算得到直流母线电容的输出电流参考值；
储能电容电压控制器，被配置为对储能电容的电压参考值和电压之间的差值进行比例积分运算得到储能电容的输出电流参考值。
10.一种电压补偿电路的控制装置，其特征在于，包括：
存储器；以及
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行如权利要求1-7中任一项所述的电压补偿电路的控制方法。
11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的电压补偿电路的控制方法。
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