本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种有源桥变换器及其直流分量抑制方法。
背景技术：
图1示出了一种有源桥变换器，其三相拓扑结构相同，其每一相拓扑结构包括：至少一个变压器，每个变压器具有至少一个一次侧绕组和至少一个二次侧绕组，每个一次侧绕组各自接入一个dc/ac变换器，每个二次侧绕组各自接入一个ac/dc变换器。前述dc/ac变换器和ac/dc变换器均称为绕组变换器。
由于线路参数不一致、死区及控制时序等原因，各绕组变换器的交流侧电流中难免出现直流分量，影响开关器件的软开关，甚至造成过流。较为常见的解决方法是在各绕组变换器的交流侧串入隔直电容，但这会造成硬件成本的增加。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种有源桥变换器及其直流分量抑制方法，以实现通过纯软件控制方式，抑制各绕组变换器的交流侧电流中的直流分量。
一种有源桥变换器直流分量抑制方法，所述有源桥变换器三相拓扑结构相同，其每一相拓扑结构包括：至少一个变压器，每个变压器具有至少一个一次侧绕组和至少一个二次侧绕组，每个一次侧绕组各自接入一个dc/ac变换器，每个二次侧绕组各自接入一个ac/dc变换器，所述dc/ac变换器和ac/dc变换器均称为绕组变换器；
所述有源桥变换器直流分量抑制方法包括：
在每一个开关周期内，获取第j个绕组变换器的交流侧电流平均值ij，j＝1、2、…、n，n为所述有源桥变换器三相具有的绕组变换器的总个数；
以0作为给定值，将其与第j个绕组变换器的交流侧电流平均值ij做差，其差值通过调节器计算后输出本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比补偿量δuj，叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上。
可选的，在所述有源桥变换器中，当绕组变换器内移相角度调节、一次侧绕组变换器与二次侧绕组变换器之间的移相角度调节均是以电压方波的上升沿为移相相位起点时，所述叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上，包括：
当δuj≥0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的下降沿延时一个补偿量δuj占用的时间；
当δuj＜0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的下降沿提前一个补偿量δuj占用的时间；
其中所述的下降沿指高电平至零电平的下降沿或高电平至负电平的下降沿。
可选的，在所述有源桥变换器中，当绕组变换器内移相角度调节、一次侧绕组变换器与二次侧绕组变换器之间的移相角度调节均是以电压方波的下降沿为移相相位起点，所述叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上，包括：
当δuj≥0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的上升沿提前一个补偿量δuj占用的时间；
当δuj＜0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的上升沿延时一个补偿量δuj占用的时间；
其中所述的上升沿指零电平至高电平的上升沿或负电平至高电平的上升沿。
可选的，对于上述公开的任一种有源桥变换器直流分量抑制方法，该方法应用于第j个绕组变换器的本地控制器。
可选的，所述调节器为p或pi调节器。
一种有源桥变换器，包括主电路和控制系统，所述主电路的三相拓扑结构相同，其每一相拓扑结构包括：至少一个变压器，每个变压器具有至少一个一次侧绕组和至少一个二次侧绕组，每个一次侧绕组各自接入一个dc/ac变换器，每个二次侧绕组各自接入一个ac/dc变换器，所述dc/ac变换器和ac/dc变换器均称为绕组变换器；
所述控制系统，用于在每一个开关周期内，获取第j个绕组变换器的交流侧电流平均值ij，j＝1、2、…、n，n为所述有源桥变换器三相具有的绕组变换器的总个数；以0作为给定值，将其与第j个绕组变换器的交流侧电流平均值ij做差，其差值通过调节器计算后输出本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比补偿量δuj，叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上。
可选的，当绕组变换器内移相角度调节、一次侧绕组变换器与二次侧绕组变换器之间的移相角度调节均是以电压方波的上升沿为移相相位起点，所述控制系统执行的叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上这一步骤，具体包括：
当δuj≥0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的下降沿延时一个补偿量δuj占用的时间；
当δuj＜0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的下降沿提前一个补偿量δuj占用的时间；
其中所述的下降沿指高电平至零电平的下降沿或高电平至负电平的下降沿。
可选的，当绕组变换器内移相角度调节、一次侧绕组变换器与二次侧绕组变换器之间的移相角度调节均是以电压方波的下降沿为移相相位起点，所述控制系统执行的叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上这一步骤，具体包括：
当δuj≥0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的上升沿提前一个补偿量δuj占用的时间；
当δuj＜0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的上升沿延时一个补偿量δuj占用的时间；
其中所述的上升沿指零电平至高电平的上升沿或负电平至高电平的上升沿。
可选的，对于上述公开的任一种有源桥变换器，所述控制系统包括第j个绕组变换器的本地控制器；第j个绕组变换器的本地控制器用于对本绕组变换器进行独立控制。
可选的，所述调节器为p或pi调节器。
从上述的技术方案可以看出，针对每一个绕组变换器，本发明以0作为给定值，以本绕组变换器的交流侧电流中的直流分量作为反馈值，调节器根据给定值与反馈值的差值计算出补偿量，叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上，对其占空比进行微调，使得所述直流分量趋近于给定值0，从而通过纯软件控制方式，抑制了本绕组变换器的交流侧电流中的直流分量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种有源桥变换器结构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种有源桥变换器直流分量抑制方法流程图；
图3为本发明实施例公开的某一dc/ac变换器的交流侧电压up以及某一ac/dc变换器的交流侧电压us的一种波形图；
图4为本发明实施例公开的某一dc/ac变换器的交流侧电压up以及某一ac/dc变换器的交流侧电压us的又一种波形图；
图5为本发明实施例公开的一种同一变压器内不同绕组变压器的交流侧电压方波时序图；
图6为本发明实施例公开的又一种同一变压器内不同绕组变压器的交流侧电压方波时序图。
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。
本发明实施例公开了一种有源桥变换器直流分量抑制方法，应用于图1所示有源桥变换器。参见图2，所述有源桥变换器直流分量抑制方法包括：
步骤s01：在每一个开关周期内，获取第j个绕组变换器的交流侧电流平均值ij，j＝1、2、…、n，n为所述有源桥变换器三相具有的绕组变换器的总个数。
具体的，通过硬件调理电路根据绕组变换器的交流侧电流瞬时值得到本开关周期内本绕组变换器的交流侧电流平均值。由于一个开关周期内交流电流的平均值为零，所以一个开关周期内一个绕组变换器的交流侧电流平均值，实质就是本开关周期内本绕组变换器的交流侧电流中的直流分量。
步骤s02：以0作为给定值，将其与第j个绕组变换器的交流侧电流平均值ij做差，其差值通过调节器(例如p或pi调节器)计算后输出本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比补偿量δuj，叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上。
具体的，占空比是指在一个开关周期内，受控电路被接通的时间占总时间的百分比。对应的，一个绕组变换器的交流侧电压方波的占空比，就是指在一个开关周期内，本绕组变换器的交流侧电压方波的高电平时间占总时间的百分比，其占空比通常为50％。在一个开关周期内，通过控制一个绕组变换器的交流侧电压方波的占空比，就控制了本绕组变换器的高电平和低电平的时间比，从而实现了对本绕组变换器的交流侧电压方波的平均值的控制，进而实现了对本绕组变换器的交流侧电流平均值的控制。
基于此，在每一个开关周期内，针对第j个绕组变换器，本发明实施例以0作为给定值，以本绕组变换器的交流侧电流的平均值ij作为反馈值，调节器根据给定值与反馈值的差值计算出补偿量δuj，叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上，对其占空比进行微调，使得ij趋近于零，从而通过纯软件控制方式，抑制了本绕组变换器的交流侧电流中的直流分量。
其中，将补偿量δuj叠加到第j个绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上，可以采用如下两种方案中的任意一种来实现：
方案1：当δuj≥0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的下降沿延时一个补偿量δuj占用的时间(如图3所示，图3中的up为某一个dc/ac变换器的交流侧电压波形，us为某一个ac/dc变换器的交流侧电压波形，图3中的虚线表示原下降沿)；当δuj＜0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的下降沿提前一个补偿量δuj占用的时间。方案1中的下降沿指高电平至零电平的下降沿或高电平至负电平的下降沿。
方案2：当δuj≥0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的上升沿提前一个补偿量δuj占用的时间(如图4所示，图4中的up为某一个dc/ac变换器的交流侧电压波形，us为某一个ac/dc变换器的交流侧电压波形，图4中的虚线表示原上升沿)；当δuj＜0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的上升沿延时一个补偿量δuj占用的时间。方案2中的上升沿指零电平至高电平的上升沿或负电平至高电平的上升沿。
为了保证本发明实施例在对占空比动态补偿过程中，不对绕组变换器的内移相角度调节、一次侧绕组变换器(即dc/ac变换器)与二次侧绕组变换器(即ac/dc变换器)之间的移相角度调节造成影响，本发明实施例参考其移相基准，从上述两种方案中推荐一种更为优选的方案。具体描述如下：
在有源桥变换器中，绕组变换器的内移相角度调节、一次侧绕组变换器与二次侧绕组变换器之间的移相角度调节要么均是以电压方波的上升沿为移相相位起点(如图5所示)，要么均是以电压方波的下降沿为移相相位起点(如图6所示)。图5和图6均是以同一变压器下的各绕组变换器为例(同一变压器中，以其第一个一次侧变换器的交流侧电压作为基准电压，同相的各个变压器对应的所述基准电压相等，三相同一位置上的变压器对应的所述基准电压之间互差120°)，其中：u1p为第1个一次侧绕组变换器的交流侧电压波形；u1s为第1个二次侧绕组变换器交流侧电压波形；uip为第i个一次侧绕组变换器的交流侧电压波形，i＝2、3、…、m，m为一次侧绕组变换器的总个数；uks为第k个二次侧绕组变换器的交流侧电压波形，k＝2、3、…、r，r为二次侧绕组变换器的总个数；d1为第1个一次侧绕组变换器内移相角度；di为第i个一次侧绕组变换器内移相角度；θ1ps为第1个二次侧绕组变换器与第1个一次侧绕组变换器之间的移相角度；θkps为第k个二次侧绕组变换器与第1个一次侧绕组变换器之间的移相角度；θi1为第i个一次侧绕组变换器与第1个一次侧绕组变换器之间的移相角度。
在有源桥变换器中，当绕组变换器内移相角度调节、一次侧绕组变换器与二次侧绕组变换器之间的移相角度调节均是以电压方波的上升沿为移相相位起点时，本发明实施例在将补偿量δuj叠加到第j个绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上时，推荐采用上述对电压方波的下降沿进行移动的方案1。在有源桥变换器中，当绕组变换器内移相角度调节、一次侧绕组变换器与二次侧绕组变换器之间的移相角度调节均是以电压方波的下降沿为移相相位起点时，本发明实施例在将补偿量δuj叠加到第j个绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上，推荐采用上述对电压方波的上升沿进行移动的方案2。从而，保证了本发明实施例在对占空比动态补偿过程中不对绕组变换器内移相角度调节、一次侧与二次侧变换器之间的移相角度调节造成影响。
可选的，在上述公开的任一实施例中，所述有源桥变换器直流分量抑制方法应用于第j个绕组变换器的本地控制器。
具体的，考虑到所述有源桥变换器内的各绕组变换器共磁路耦合，每个绕组变压器的交流侧电流中的直流分量不尽相同。在绕组变压器数目较多的情况下，很难通过统一控制器完成对所有绕组变换器不同时间尺度的控制，因此本发明实施例推荐不同绕组变换器由各自的本地控制器进行实时控制，每个绕组变换器只对自身交流侧电流的直流分量进行本地控制，不必对其他绕组变换器的数据进行采样和通讯。
与上述方法实施例相对应的，本发明实施例还公开了一种有源桥变换器，包括主电路和控制系统。所述主电路的三相拓扑结构相同，其每一相拓扑结构包括：至少一个变压器，每个变压器具有至少一个一次侧绕组和至少一个二次侧绕组，每个一次侧绕组各自接入一个dc/ac变换器，每个二次侧绕组各自接入一个ac/dc变换器，所述dc/ac变换器和ac/dc变换器均称为绕组变换器；
所述控制系统，用于在每一个开关周期内，获取第j个绕组变换器的交流侧电流平均值ij，j＝1、2、…、n，n为所述有源桥变换器三相具有的绕组变换器的总个数；以0作为给定值，将其与第j个绕组变换器的交流侧电流平均值ij做差，其差值通过调节器计算后输出本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比补偿量δuj，叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上。
可选的，在上述公开的任一有源桥变换器中，当绕组变换器内移相角度调节、一次侧绕组变换器与二次侧绕组变换器之间的移相角度调节均是以电压方波的上升沿为移相相位起点，所述控制系统执行的叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上这一步骤，具体包括：
当δuj≥0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的下降沿延时一个补偿量δuj占用的时间；
当δuj＜0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的下降沿提前一个补偿量δuj占用的时间；
其中所述的下降沿指高电平至零电平的下降沿或高电平至负电平的下降沿。
可选的，在上述公开的任一有源桥变换器中，当绕组变换器内移相角度调节、一次侧绕组变换器与二次侧绕组变换器之间的移相角度调节均是以电压方波的下降沿为移相相位起点，所述控制系统执行的叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上这一步骤，具体包括：
当δuj≥0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的上升沿提前一个补偿量δuj占用的时间；
当δuj＜0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的上升沿延时一个补偿量δuj占用的时间；
其中所述的上升沿指零电平至高电平的上升沿或负电平至高电平的上升沿。
可选的，在上述公开的任一有源桥变换器中，所述控制系统包括第j个绕组变换器的本地控制器。
可选的，在上述公开的任一有源桥变换器中，所述调节器为p或pi调节器。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的有源桥变换器实施例而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的不同对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
1.一种有源桥变换器直流分量抑制方法，其特征在于，所述有源桥变换器三相拓扑结构相同，其每一相拓扑结构包括：至少一个变压器，每个变压器具有至少一个一次侧绕组和至少一个二次侧绕组，每个一次侧绕组各自接入一个dc/ac变换器，每个二次侧绕组各自接入一个ac/dc变换器，所述dc/ac变换器和ac/dc变换器均称为绕组变换器；
所述有源桥变换器直流分量抑制方法包括：
在每一个开关周期内，获取第j个绕组变换器的交流侧电流平均值ij，j＝1、2、…、n，n为所述有源桥变换器三相具有的绕组变换器的总个数；
以0作为给定值，将其与第j个绕组变换器的交流侧电流平均值ij做差，其差值通过调节器计算后输出本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比补偿量δuj，叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上。
2.根据权利要求1所述的有源桥变换器直流分量抑制方法，其特征在于，在所述有源桥变换器中，当绕组变换器内移相角度调节、一次侧绕组变换器与二次侧绕组变换器之间的移相角度调节均是以电压方波的上升沿为移相相位起点时，所述叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上，包括：
当δuj≥0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的下降沿延时一个补偿量δuj占用的时间；
当δuj＜0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的下降沿提前一个补偿量δuj占用的时间；
其中所述的下降沿指高电平至零电平的下降沿或高电平至负电平的下降沿。
3.根据权利要求1所述的有源桥变换器直流分量抑制方法，其特征在于，在所述有源桥变换器中，当绕组变换器内移相角度调节、一次侧绕组变换器与二次侧绕组变换器之间的移相角度调节均是以电压方波的下降沿为移相相位起点，所述叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上，包括：
当δuj≥0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的上升沿提前一个补偿量δuj占用的时间；
当δuj＜0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的上升沿延时一个补偿量δuj占用的时间；
其中所述的上升沿指零电平至高电平的上升沿或负电平至高电平的上升沿。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的有源桥变换器直流分量抑制方法，其特征在于，所述有源桥变换器直流分量抑制方法应用于第j个绕组变换器的本地控制器。
5.根据权利要求1所述的有源桥变换器直流分量抑制方法，所述调节器为p或pi调节器。
6.一种有源桥变换器，包括主电路和控制系统，其特征在于，所述主电路的三相拓扑结构相同，其每一相拓扑结构包括：至少一个变压器，每个变压器具有至少一个一次侧绕组和至少一个二次侧绕组，每个一次侧绕组各自接入一个dc/ac变换器，每个二次侧绕组各自接入一个ac/dc变换器，所述dc/ac变换器和ac/dc变换器均称为绕组变换器；
所述控制系统，用于在每一个开关周期内，获取第j个绕组变换器的交流侧电流平均值ij，j＝1、2、…、n，n为所述有源桥变换器三相具有的绕组变换器的总个数；以0作为给定值，将其与第j个绕组变换器的交流侧电流平均值ij做差，其差值通过调节器计算后输出本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比补偿量δuj，叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上。
7.根据权利要求6所述的有源桥变换器，其特征在于，当绕组变换器内移相角度调节、一次侧绕组变换器与二次侧绕组变换器之间的移相角度调节均是以电压方波的上升沿为移相相位起点，所述控制系统执行的叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上这一步骤，具体包括：
当δuj≥0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的下降沿延时一个补偿量δuj占用的时间；
当δuj＜0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的下降沿提前一个补偿量δuj占用的时间；
其中所述的下降沿指高电平至零电平的下降沿或高电平至负电平的下降沿。
8.根据权利要求6所述的有源桥变换器，其特征在于，当绕组变换器内移相角度调节、一次侧绕组变换器与二次侧绕组变换器之间的移相角度调节均是以电压方波的下降沿为移相相位起点，所述控制系统执行的叠加到本绕组变换器的交流侧电压方波的占空比上这一步骤，具体包括：
当δuj≥0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的上升沿提前一个补偿量δuj占用的时间；
当δuj＜0时，将第j个绕组变换器的交流侧电压方波的上升沿延时一个补偿量δuj占用的时间；
其中所述的上升沿指零电平至高电平的上升沿或负电平至高电平的上升沿。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的有源桥变换器，其特征在于，所述控制系统包括第j个绕组变换器的本地控制器；第j个绕组变换器的本地控制器用于对本绕组变换器进行独立控制。
10.根据权利要求6所述的有源桥变换器，其特征在于，所述调节器为p或pi调节器。
技术总结