一种空调电源系统和方法与流程

1.本发明涉及家电技术领域，尤其涉及一种空调电源系统和方法。

背景技术：

2.目前，在三相交流电源的空调系统中，由于成本因数，三相交流电源的空调系统通常使用在三相交流电源电路中增加不控整流电路的方式作为电源输入端。这种方式的电路中电感体积较大而且电容数量较多，且会产生无法满足标准要求的谐波。也有通过采用单开关或六开关的电流谐波治理方式，但是治理效果比较差。

技术实现要素：

3.本发明的实施例提供一种空调电源系统和方法，能够降低空调系统中三相交流电源产生的电流谐波。
4.为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
5.第一方面：本技术提供一种空调电源系统，空调电源系统包括采样电路、控制器和电源电路，采样电路和控制器至少与电源电路中的整流器耦接，整流器为三相vienna拓扑电路，采样电路还至少与控制器耦接，空调电源系统包括。采样电路，被配置为对电源电路中三相交流电源的电压和电流进行采样，得到三相交流电源的采样电压和三相交流电源的采样电流，并对三相vienna拓扑电路中电容的电压进行采样，得到采样电容电压。控制器，被配置为锁定向电源电路供电的电网电压的相位，根据锁定的电网电压的相位对三相交流电源的采样电压和三相交流电源的采样电流进行坐标转换，根据坐标转换后的三相交流电源的采样电压、三相交流电源采样的电流以及采样电容电压得到电压控制量，电压控制量用于对三相vienna拓扑电路中的开关管的占空比进行控制。
6.由此，本技术对三相空调电源系统中电源电路的三相交流电源通过三相vienna拓扑电路进行整流，并将采样得到的静止abc坐标系下的三相交流电源采样电压、三相交流电源采样电流转换为旋转dq坐标系下的三相交流电源采样电压、三相交流电源采样电流，使三相vienna拓扑电路中的交流量转换为直流量，从而更好地滤除三相vienna拓扑电路中产生的谐波，提高了三相vienna拓扑电路的功率因数。
7.在一些实施例中，电容包括至少与开关管耦合的第一电容和第二电容。采样电容电压包括与第一电容对应的第一电容采样电压和与第二电容对应的第二电容采样电压。
8.在一些实施例中，所述控制器包括：电压环计算模块、电流环计算模块、锁相模块、脉宽调制模块和坐标转换模块，其中：所述锁相模块，被配置为锁定所述电网电压的相位。所述坐标转换模块，用于根据所述锁定的电网电压的相位对abc坐标系下的所述三相交流电源的采样电压、所述三相交流电源的采样电流进行abc坐标系到dq坐标系的坐标转换。所述电压环计算模块，用于对所述第一电容采样电压和所述第二电容采样电压进行电压跟随控制，得到所述dq坐标系下的d轴对应的第一电流参考值。所述电流环计算模块，用于根据所述第一电流参考值进行电流跟随控制，得到所述dq坐标系下的d轴对应的第一电压标准
值，并根据dq坐标系下预设的q轴对应的第二电流参考值进行电流跟随控制，得到所述dq坐标系下的q轴对应的第二电压参考值。所述脉宽调制模块，用于根据所述第一电压参考值、所述的第二电压参考值和所述第一电容采样电压和所述第二电容采样电压的电压偏差量得到所述电压控制量。
9.在一些实施例中，控制器还包括电压平衡模块。电压平衡模块，被配置为根据第一电容采样电压和第二电容采样电压得到第一电容采样电压和第二电容采样电压的电压偏差量。对第一电容采样电压和第二电容采样电压的电压偏差量进行电压均衡校正，得到电压调整值，电压调整值用于得到电压控制量。
10.在一些实施例中，锁相模块包括锁相环和二阶广义积分器。锁相环，被配置为获取电网输出的电压角频率。二阶广义积分器，被配置为根据电压角频率提取电网电压的正序分量。锁相环，还被配置为根据电网电压的正序分量锁定电网电压的相位。
11.在一些实施例中，所述电压环计算模块，被配置为：获取dq坐标系下的第三电压参考值，并获取所述第一电容采样电压和所述第二电容采样电压的累加值。根据所述第三电压参考值和所述累加值的差值得到所述第一电流参考值。
12.在一些实施例中，电流环计算模块包括第一pi控制电路、第一解耦电路、第二pi控制电路和第二解耦电路，其中：第一pi控制电路，被配置为根据第一电流参考值与三相交流电源的采样电流进行电流跟随控制，得到dq坐标系下的d轴对应的第四电压参考值。第一解耦电路，被配置为根据第四电压参考值、三相交流电源的采样电流以及作为前馈的三相交流电源的采样电压进行解耦计算，得到第一电压参考值。第二pi控制电路，被配置为根据第二电流参考值与三相交流电源的采样电流进行电流跟随控制，得到dq坐标系下的q轴对应的第五电压参考值。第二解耦电路，被配置为根据第五电压参考值、三相交流电源采样电流以及作为前馈的三相交流电源的采样电压进行解耦计算，得到第二电压参考值。
13.在一些实施例中，坐标转换模块，还被配置为根据第一电压参考值、第二电压参考值和电压调整值进行坐标反变换，并根据坐标反变换后的结果转换为电压交流量，将电压交流量作为电压控制量输出至脉宽调制模块。脉宽调制模块，还被配置为根据电压控制量确定三相vienna拓扑电路中的开关管的占空比，根据占空比向三相vienna拓扑电路发出脉冲宽度调制信号，以控制三相vienna拓扑电路中的开关管。其中，坐标变换包括从abc坐标系变换为αβ坐标系，再从αβ坐标系变换为dq坐标系。所述坐标反变换包括从dq坐标系反变换为αβ坐标系。
14.第二方面，本技术提供一种空调电源的控制方法，该方法用于空调电源系统，所述空调系统包括电源电路、采样电路和控制器，所述采样电路和所述控制器至少与电源电路中的整流器耦接，所述整流器为三相vienna拓扑电路，所述采样电路还至少与所述控制器耦接。所述方法包括：对所锁定向所述电源电路供电的电网电压的相位，根据锁定的所述电网电压的相位对所述三相交流电源采样电压和所述三相交流电源采样电流进行坐标转换，根据坐标转换后的所述三相交流电源采样电压、所述三相交流电源采样电流以及所述采样电容电压得到电压控制量，所述电压控制量用于对所述三相vienna拓扑电路的整流电路中的开关管的占空比进行控制。
15.第二方面的有益效果可以参见第一方面的说明。
16.在一些实施例中，所述电容包括第一电容和第二电容。所述采样电容电压包括与
所述第一电容对应的第一电容采样电压和与所述第二电容对应的第二电容采样电压。所述锁相模块被配置为锁定所述电网电压的相位。所述坐标转换模块用于根据锁定的电网电压的相位对abc坐标系下的所述三相交流电源的采样电压、所述三相交流电源采样的电流以及第一电容采样电压和第二电容采样电压的差值进行abc坐标系到dq坐标系的坐标转换。所述电压环计算模块，用于对所述第一电容采样电压和所述第二电容采样电压进行电压平衡控制，得到dq坐标系下的d轴对应的第一电流参考值。所述电流环计算模块，用于根据所述第一电流参考值进行电流跟随控制，得到dq坐标系下的d轴对应的第一电压标准值，并根据dq坐标系下预设的q轴对应的第二电流参考值进行电流跟随控制，得到dq坐标系下的q轴对应的第二电压参考值。
17.所述脉宽调制模块，用于根据所述第一电压参考值、所述第二电压参考值和所述第一电容采样电压和第二电容采样电压的电压偏差量得到所述电压控制量。
附图说明
18.图1为本技术提供的一种三相空调电源的电源电路示意图；
19.图2为本技术提供的一种空调电源系统示意图；
20.图3为本技术提供的一种空调电源系统示意图；
21.图4为本技术提供的一种空调电源系统示意图；
22.图5为本技术提供的一种空调电源系统示意图；
23.图6为本技术提供的一种二阶广义积分器的软件锁相环的示意图；
24.图7为本技术提供的一种二阶广义二阶积分器示意图；
25.图8为本技术提供的一种d(s)和q(s)闭环传递函数的伯德图；
26.图9为本技术提供的一种空调电源系统示意图；
27.图10为本技术提供的一种控制器内部结构示意图；
28.图11为本技术提供的一种空调电源控制方法示意图。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
30.在本发明的描述中，需要理解的是术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“耦接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，在对管线或者通道进行描述时，本技术中所用“相连”、“耦接”则具有进行导通的意义。具体意义需结合上下文进行理解。
32.在本技术实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比
其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
33.在家电领域中，电网通常通过整流器向加家用电器的电子装置进行供电。其中，常见的整流器是由二极管和电感电容组成的一个非线性电路，在实际供电过程中，电路中会产生无法满足标准要求的谐波和无功污染，增大了电路的损耗，导致家用电器的功率因数低下。
34.目前，在使用单相交流电源的空调系统中，电源电路中通常会通过功率因数校正(power factor correction，pfc)电路抑制电路中产生的无法满足标准要求的谐波。然而，在使用三相交流电源的空调系统中，没有能够有效降低三相空调系统中三相交流电源产生的不满足标准要求的电流谐波的pfc电路。
35.因此，本技术提供了一种在三相空调电源系统的电源电路中通过三相维也纳(vienna)整流器，降低三相交流电源产生的不满足要求的谐波。
36.图1为本技术提供的一种三相空调电源的电源电路示意图，该电源电路包括：三相交流电源、电阻r1、r2和r3、电感l1、l2和l3和整流器101。其中，三相交流电源的三相电压分别是ea、eb和ec，整流器101包括：二极管d1、d2和d3、d4、d5和d6、开关管q1、q2、q3、q4、q5和q6和电容c1和c2。
37.三相交流电源由三个频率相同、电势振幅相等、相位差互差120度角的交流电路组成，用于整流器101的电源输入。
38.二极管d1、d2和d3、d4、d5和d6组成了电源电路的不控整流部分，用于将三相交流电源输出的交流电转换为直流电。
39.电阻r1、r2和r3、电感l1、l2和l3以及电容c1和c2组成了电源电路的无源部分。
40.开关管q1、q2、q3、q4、q5和q6组成了电路中的有源部分。
41.如图2所示，为本技术提供的一种空调电源系统示意图，该空调电源系统包括：采样电路201、控制器202和电源电路203。采样电路201和控制器202至少与电源电路203中的整流器101耦接，整流器101为三相vienna拓扑电路，采样电路201还至少与控制器202耦接。
42.可以理解，整流器101可以为三相vienna拓扑电路，本技术不做限定，其中，电源电路203的内部结构如图1所示。
43.在一些实施例中，采样电路201，被配置为对电源电路203中三相交流电源的电压和电流进行采样，得到三相交流电源的采样电压和三相交流电源的采样电流，并对三相vienna拓扑电路中电容的电压进行采样，得到采样电容电压。其中三相vienna拓扑电路中的电容包括至少与开关管耦合的第一电容和第二电容。采样电容电压包括与第一电容对应的第一电容采样电压和与第二电容对应的第二电容采样电压。
44.这里的第一电容可以理解为图1中的电容c1，第二电容可以理解为图1中的电容c2。与第一电容对应的第一电容采样电压为图1中的v
dcp
，与第二电容对应的第二电容采样电压为图1中的v
dcn
。
45.即采样电路201对电源电路203中的三相交流电源输出的电压进行采样得到三相交流电源采样电压ea、eb和ec。对电源电路203中三相交流电源输出的三相交流电流进行采样得到三相交流电源的采样电流ia、ib和ic。对第一电容c1的电压进行采样得到v
dcp
，对第二电容c2的电压进行采样得到v
dcn
。其中，采样电路201采样得到的三相交流采样电压ea、eb和
ec和三相交流采样电流ia、ib和ic是交流量，v
dcp
和v
dcn
是直流量，三相交流采样电压ea、eb和ec、采样电流ia、ib和ic、v
dcp
和v
dcn
输出给控制器202进行处理。
46.在一些实施例中，控制器202，被配置为锁定向电源电路203供电的电网电压的相位，根据锁定的电网电压的相位对三相交流电源的采样电压(ea、eb和ec)和三相交流电源的采样电流(ia、ib和ic)进行坐标转换，根据坐标转换后的三相交流电源的采样电压(ea、eb和ec)、三相交流电源采样的电流(ia、ib和ic)以及采样电容电压(v
dcp
和v
dcn
)得到电压控制量，电压控制量用于对三相vienna拓扑电路中的开关管的占空比进行控制。这里的电网电压用于给三相交流电源进行供电。电网电压是交流电，大小和方向是随时间变化的。示例性，正弦交流电压在三角函数中的公式可以描述为u＝usin2πft。在三角函数中2πft相当于角度，因此把2πft叫做电压相位。
47.在一些实施例中，坐标变换包括从abc坐标系变换为αβ坐标系，再从αβ坐标系变换为dq坐标系。可以理解的是，三相交流电源采样电压(ea、eb和ec)、三相交流电源采样电流(ia、ib和ic)和采样电容电压(vdcp和vdcn)都是基于abc坐标系来描述的。
48.通常用复平面中的矢量表示三相交流电源的电压和电流，这个矢量是一种空间矢量。在矢量(field-oriented control，foc)中有两种坐标变化，一种是从静止abc坐标系变换为静止的αβ坐标系，另一种是从静止的αβ坐标系反变换为旋转的dq坐标系。三相电压ea、eb和ec的空间电压矢量方向可以用静止abc坐标系矢量参考方向来描述。通过对三相电压ea、eb和ec的空间电压矢量求和，合成一个大小不变且匀速旋转的空间合成电压矢量。由于空间合成电压矢量是一个旋转的矢量，用三相静止abc坐标系很难对其进行描述，因此需要引入两相静止αβ坐标系，其中α轴和β轴正交，选定α轴与a方向重合。可以理解此时的空间合成电压矢量在两相静止αβ坐标系中仍然是旋转的。
49.而旋转dq坐标系可以与空间合成电压矢量同步旋转，坐标轴分别为d轴和q轴，其中d轴与q轴正交，将空间合成电压矢量在d轴和q轴的分量分解到α轴和β轴，就可以得到两相静止αβ坐标系到旋转dq坐标系的变换。且空间合成电压矢量在旋转dq坐标系上的分量是一个定值。
50.下面以三相交流电源的三相电压从静止abc坐标系变换成旋转dq坐标系为例进行介绍，三相交流电源的三相电压ea、eb和ec在静止abc坐标系下的数学模型表示如式(1-1)所示：
[0051][0052]
其中，ia、ib和ic可以理解为三相交流电源采样电流ia、ib和ic。
[0053]
r表示图1中的电阻r1、r2和r3。
[0054]van
表示图1中va和n点之间的电压，v
bn
表示图1中vb和n点之间的电压，v
cn
表示图1中vc和n点之间的电压。电源电路203在静止abc坐标系下的三相电压通过坐标变化后得到旋转dq坐标系下三相电压ed和eq的数学模型如式(1-2)所示：
[0055]
[0056]
其中，式(1-2)中的θ为旋转dq坐标系在旋转过程中d轴与两相静止αβ坐标系中α轴的夹角。
[0057]
因为静止abc坐标系的三相vienna拓扑在电源系统中电流是交流量，使得三相vienna拓扑中的(proportional-integral controller，pi)控制器无法消除稳态误差，而且静止abc坐标系下的三相vienna拓扑电路对谐波的抑制效果也有待提高。因此本技术中三相vienna拓扑电路的实现方式主要是基于旋转dq坐标系下进行的。
[0058]
本技术中，控制器202可以根据锁定的电网电压相位对接收到的采样电路201采样得到的静止abc坐标系下的三相交流电源采样电压(ea、eb和ec)三相交流电源采样电流(ia、ib和ic)以及采样电容电压(v
dcp
和v
dcn
)转换为旋转dq坐标系下的三相交流电源采样电压(ed和eq)、三相交流电源采样电流(id和iq)以及采样电容电压(v
dcp
和v
dcn
)。控制器202根据转换后的旋转dq坐标系下的三相交流电源采样电压(ed和eq)、三相交流电源采样电流(id和iq)以及采样电容电压(v
dcp
和v
dcn
)进行运算得到电压控制量，电压控制量对三相vienna拓扑电路中的开关管q1、q2、q3、q4、q5和q6的占空比进行控制。通过坐标转换后的旋转dq坐标系下的三相交流电源采样电压(ed和eq)、三相交流电源采样电流(id和iq)是直流量。这里的占空比可以理解为一个脉冲周期内高电平占整个周期的比例，可以用来控制开关管的导通时间。示例性的，1秒高电平，1秒低电平，占空比就为50％。
[0059]
由此，本技术对三相空调电源系统中电源电路的三相交流电源通过三相vienna拓扑电路进行整流，并将采样得到的静止abc坐标系下的三相交流电源采样电压(ea、eb和ec)、三相交流电源采样电流(ia、ib和ic)转换为旋转dq坐标系下的三相交流电源采样电压(ed和eq)、三相交流电源采样电流(id和iq)。使三相vienna拓扑电路中的交流量转换为直流量，从而更好地滤除三相vienna拓扑电路中产生的谐波，提高了三相vienna拓扑电路的功率因数。
[0060]
如图3所示，为本技术提供的一种空调电源系统示意图，其中控制器202包括：电压环计算模块301、电流环计算模块302、锁相模块303、坐标转换模块304和脉宽调制模块305。
[0061]
其中，锁相模块303，被配置为锁定电网电压的相位θ1。
[0062]
在一些实施例中，锁相模块303采用二阶广义积分器(second-order general integrator,sogi)的软件锁相环(phase-locked loop，pll)对电网电压的相位进行锁定。在电网电压不平衡时，通常会产生谐波，sogi可以对电源电路203输入的电压信号实现90度相角偏移并且可以滤除电网不平衡时产生的高次谐波，因此即使在电网电压不平衡时，pll也可以稳定的对电网电压的相位θ1进行锁定。
[0063]
坐标转换模块304，被配置为根据锁定的电网电压的相位对abc坐标系下的三相交流电源的采样电压(ea、eb和ec)、三相交流电源的采样电流(ia、ib和ic)进行abc坐标系到dq坐标系的坐标转换。
[0064]
在一些实施例中，坐标转换模块304可以根据锁定的电网电压相位对三相交流电源采样电压(ea、eb和ec)和三相交流电源采样电流(ia、ib和ic)进行坐标转换。
[0065]
电压环计算模块301，被配置为对第一电容采样电压(v
dcp
)和第二电容采样电压(v
dcn
)进行电压跟随控制，得到dq坐标系下的d轴对应的第一电流参考值。
[0066]
在一些实施例中，电压环计算模块301控制电源电路203输出电压稳定，输出第一电流参考值id*到电流环计算模块302。可以理解的是，第一电流参考值id*是作为电流环计
算模块302有功分量的参考值。
[0067]
电流环计算模块302，被配置为根据所述第一电流参考值id*进行电流跟随控制，得到所述dq坐标系下的d轴对应的第一电压标准值vd**，并根据dq坐标系下预设的q轴对应的第二电流参考值iq*进行电流跟随控制，得到所述dq坐标系下的q轴对应的第二电压参考值vq**。
[0068]
在一些实施中，电流环计算模块302可以控制电源电路203的幅值和相位，进而对电源电路203的输入功率因数进行校正。示例性的，对电源电路203的输入功率进行因数校正时，电流环计算模块302中d轴的输入分量为第一电流参考值id*，q轴的输入分量一般为0。经过电流环计算模块302控制计算之后会得到第一电压参考值vd**和第二电压参考值vq**。
[0069]
脉宽调制模块305，被配置为根据第一电压参考值vd**、的第二电压参考值和vq**第一电容采样电压(v
dcp
)和第二电容采样电压(v
dcn
)的电压偏差量得到电压控制量。
[0070]
在一些实施例中，脉宽调制模块305根据接收到的第一电压参考值vd**和第二电压参考值vq**以及电压偏差量，通过坐标转换模块304进行坐标法变换得到电压控制量，电压控制量控制三相vienna拓扑电路中开关管的占空比。关于电压控制量对三相vienna拓扑电路的整流电路中的开关管的占空比进行控制在下文进行介绍。
[0071]
如图4所示，为本技术提供的一种空调电源系统示意图，基于图3的基础上，控制器202还包括电压平衡模块401。
[0072]
电压平衡模块401，被配置为根据abc坐标系下的第一电容采样电压(v
dcp
)和第二电容采样电压(v
dcn
)得到abc坐标系下的第一电容采样电压和第二电容采样电压的电压偏差量。对abc坐标系下的第一电容采样电压和第二电容采样电压的电压偏差量进行电压均衡校正，得到电压调整值，电压调整值用于得到电压控制量。
[0073]
在一些实施例中，电容c1和c2由于寄生参数不一致、输入电压的不平衡会导致电容c1和c2输出的电压不平衡。输出电压不平衡将导致电容c1和c2的应力不同，导致开关管q1、q2、q3、q4、q5和q6承受的应力增加，超出一定范围时会导致三相vienna拓扑电路的开关管失效。电压平衡模块401通过pi控制器进行线性计算对第一电容采样电压(v
dcp
)和第二电容采样电压(v
dcn
)进行均衡校正，使第一电容采样电压(v
dcp
)和第二电容采样电压(v
dcn
)的差值(v
dcp-v
dcn
)处于一个正常范围内。从而得到一个电压调整值v0，电压调整值v0传输给坐标转换模块304进行坐标反变换。
[0074]
如图5所示，为本技术提供的一种空调电源系统示意图，在图4的基础上，锁相模块303包括锁相环501和二阶广义积分器502。
[0075]
锁相环501，被配置为获取电网输出的电压角频率。二阶广义积分器502，被配置为根据电压角频率提取电网电压的正序分量。锁相环501，还被配置为根据所述三相交流电源电压的正序分量锁定电网电压的相位。
[0076]
这里的锁相环501可以理解为上文所说的pll，二阶广义积分器502可以理解为上文所说的sogi。
[0077]
在一些实施例中，如图6所示为本技术提供的一种二阶广义积分器的软件锁相环的示意图。其中，k表示阻尼系数，ω0表示二阶广义积分器的谐振频率，这里的ω0可以理解为pll获取的电网输出的电压角频率。可以理解的是电网输出的电压角频率是实时变换的。
[0078]
采样电路201采样得到的静止abc坐标系下的三相交流电源电压(ea、eb和ec)，转换为两相静止αβ坐标系后，得到正交输出信号eα和eβ。正交输出信号eα和eβ经过sogi线性组合后可以得到电网电压中的正序分量eα+和eβ+，正序分量eα+和eβ+经过单同步锁相就可以得到锁定后的电网电压相位θ1。即使在电网电压发生畸变的情况下，sogi系统仍具有较好的稳态性能和动态性能，而且还可以对输入信号进行滤波。可以理解电网电压相位θ1和式(1-2)中θ的角度是一样的。
[0079]
下面将对二阶广义二阶积分器进行介绍。
[0080]
如图7所示，为本技术提供的一种二阶广义二阶积分器示意图。其中图7中的闭环传递函数为式(1-3)：
[0081][0082]
这里的s可以理解为原函数是通过拉普拉斯变换后的表达式。
[0083]
结合图8所示，为本技术提供的一种d(s)和q(s)闭环传递函数的伯德图。
[0084]
可以理解d(s)为带通滤波器，q(s)为低通滤波器，通过二阶广义积分器得到e
α*
,e
α*
移相90
°
后可以得到qe
α
，因此sogi具有一定的滤波特性。
[0085]
在一些实施例中，电压环计算模块，被配置为：获取dq坐标系下的第三电压参考值v
dc
*，并获取第一电容采样电压和第二电容采样电压的累加值。根据第三电压参考值和累加值的差值经过pi控制器得到第一电流参考值id*。
[0086]
即第一电流参考值id*＝(v
dc
*-(vdcp+vdcn))*(kp+ki/s)。其中kp表示pi控制器的比例调节，ki表示pi控制器的积分调节。
[0087]
如图9所示为本技术提供的一种空调电源系统示意图，电流环计算模块302包括第一pi控制电路901、第一解耦电路902、第二pi控制电路903和第二解耦电路904。
[0088]
这里的第一pi控制电路901和第二pi控制电路903可以理解为pi控制器。
[0089]
第一pi控制电路901，被配置为根据第一电流参考值与dq坐标系下的d轴对应的三相交流电源采样电流进行电流均衡控制，得到d轴对应的第四电压参考值。
[0090]
在一些实施例中，第一电流参考值id*与三相交流电源采样电流id的差值，经过第一pi控制电路901得到d轴对应的第四电压参考值vd*。第四电压参考值vd*输入给第一解耦电路902。
[0091]
第一解耦电路902，被配置为根据第四电压参考值、q轴对应的三相交流电源采样电流iq以及作为前馈的d轴对应的三相交流电源采样电压ed进行解耦计算，得到第一电压参考值vd**，第一电压参考值vd**传输给坐标转换模块304进行坐标转换。
[0092]
在一些实施例中，三相交流电源采样电压e
d-(第四电压参考值vd*+iq×
ωl)＝第一电压参考值vd**。ω可以理解为是一个常数，根据具体情况而定，l可以理解为是图1中电感l1、l2和l3的电感。
[0093]
第二pi控制电路903，被配置为根据第二电流参考值与dq坐标系下的q轴对应的三相交流电源采样电流进行电流均衡控制，得到q轴对应的第五电压参考值。
[0094]
在一些实施例中，第二电流参考值iq*与三相交流电源采样电流iq的差值，经过第二pi控制电路903得到q轴对应的第四电压参考值vq*。第五电压参考值vq*输入给第二解耦
电路904。
[0095]
第二解耦电路904，被配置为根据第五电压参考值vq*、d轴对应的三相交流电源采样电流id以及作为前馈的q轴对应的三相交流电源采样电压eq进行解耦计算，得到第二电压参考值vq**，第二电压参考值vq**传输给坐标转换模块304进行坐标转换。
[0096]
在一些实施例中，三相交流电源采样电压e
q-(第五电压参考值vq*+id
×
ω)＝第二电压参考值vq**。在一些实施中，坐标转换模块304，还被配置为根据第一电压参考值vd**、第二电压参考值vq**和电压调整值v0进行坐标反变换，并根据坐标反变换后的结果转换为电压交流量，将电压交流量作为电压控制量输出至脉宽调制模块305。坐标反变换包括从dq坐标系反变换为αβ坐标系。
[0097]
即第一电压参考值vd**和第二电压参考值vq**输出给坐标转换模块304。坐标转换模块304根据接受到的第一电压参考值vd**、第二电压参考值vq**和第一电容采样电压(vdcp)和第二电容采样电压(vdcn)的差值(vdcp-vdcn)进行坐标反变换，将dq坐标系下的第一电压参考值vd**、第二电压参考值vq**和第一电容采样电压(vdcp)和第二电容采样电压(vdcn)的差值(vdcp-vdcn)变换为两相静止αβ坐标系下的参考电压vα和vβ。坐标转换模块304将两相静止αβ坐标系下的参考电压vα和vβ传输给脉宽调制模块305。这里的功率因数可以理解为有效功率与视在功率的比值。
[0098]
坐标反变换从dq坐标系反变换为αβ坐标系的数学模型如式(1-4)所示：
[0099][0100]
如图10所示为本技术提供的一种控制器202内部结构示意图。
[0101]
在一些实施例中，脉宽调制模块305，还被配置为根据电压控制量(v
α
、v
β
)确定三相vienna拓扑电路中的开关管的占空比，根据占空比向三相vienna拓扑电路发出脉冲宽度调制信号，以控制三相vienna拓扑电路中的开关管。
[0102]
脉宽调制模块305可以理解为空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation，svpwm)。脉冲宽度调制信号可以理解为一个高低电平的驱动信号。开关管的占空比可以理解为开关管导通的时间与工作周期之比。
[0103]
示例性的，脉宽调制模块305根据接收到的电压控制量v
α
和v
β
，向三相vienna拓扑电路中的开关管q1、q2、q3、q4、q5和q6分别发出驱动信号pwm1-pwm6，用来控制开关管q1、q2、q3、q4、q5和q6的开关和闭合，当驱动信号是高电平时，开关管导通，当驱动信号是低电平时，开关管闭合。
[0104]
基于上述本技术提供的空调电源系统20，下面对本技术实施例进行介绍。
[0105]
如图11所示，为本技术提供的一种空调电源控制方法示意图，该方法包括：
[0106]
1101、控制器202对电源电路中三相交流电源的电压和电流进行采样，得到三相交流电源的采样电压和三相交流电源的采样电流，并对三相vienna拓扑电路中电容的电压进行采样，得到采样电容电压。
[0107]
关于对电源电路中三相交流电源的电压和电流进行采样以及对三相vienna拓扑电路中电容的电压进行采样，前文已进行描述，这里不再赘述。
[0108]
1102、控制器202锁定向电源电路供电的电网电压的相位，根据锁定的电网电压的相位对三相交流电源的采样电压和三相交流电源的采样电流进行坐标转换，根据坐标转换
后的三相交流电源的采样电压、三相交流电源采样的电流以及采样电容电压得到电压量，电压控制量用于对三相vienna拓扑电路中的开关管的占空比进行控制。即控制器202根据锁定的电网电压的相位，将步骤1101采集到的abc坐标系下的三相交流电源的三相交流电压和三相交流电流以及对三相vienna拓扑电路中电容的电压转换为dq坐标系下的三相交流电源的电压和电流以及对三相vienna拓扑电路中电容的电压。控制器202根据转换后的dq坐标系下的三相交流电源的三相交流电压和三相交流电流以及对三相vienna拓扑电路中电容的电压得到电压控制量用于对三相vienna拓扑电路的整流电路中的开关管的占空比进行控制。
[0109]
关于电压控制量用于对三相vienna拓扑电路的整流电路中的开关管的占空比进行控制前文已进行介绍，这里不在赘述。
[0110]
由此，本技术对三相空调电源系统中电源电路的三相交流电源通过三相vienna拓扑电路进行整流，并将采样得到的静止abc坐标系下的三相交流电源采样电压(ea、eb和ec)、三相交流电源采样电流(ia、ib和ic)转换为旋转dq坐标系下的三相交流电源采样电压(ed和eq)、三相交流电源采样电流(id和iq)。使三相vienna拓扑电路中的交流量转换为直流量，从而更好地滤除三相vienna拓扑电路中产生的谐波，提高了三相vienna拓扑电路的功率因数。
[0111]
在一些实施例中，步骤1102的实现方式可以通过如下方式进行：控制器202锁定三相vienna拓扑电路的供电的电网电压的相位。根据锁定的电网电压相位将abc坐标系下的三相交流电源采样电压变换dq坐标系下的三相交流电源采样电压，以及将三相交流电源采样电流变换为dq坐标系下的三相交流电源采样电压，并将abc坐标系下的第一电容采样电压(v
dcp
)和abc坐标系下的第二电容采样电压(v
dcn
)的电压偏差量(v
dcp-v
dcn
)变换为dq坐标系下的第一电容采样电压和第二电容采样电压的电压偏差量(v
dcp-v
dcn
)。根据dq坐标系下的第一电容采样电压(v
dcp
)和dq坐标系下的第二电容采样电压(v
dcn
)进行电压平衡控制，得到dq坐标系下的d轴对应的第一电流参考值id*。根据第一电流参考值id*进行电流跟随控制，得到dq坐标系下的d轴对应的第一电压标准值vd**，并根据dq坐标系下预设的q轴对应的第二电流参考值(iq*＝0)进行电流跟随控制，得到dq坐标系下的q轴对应的第二电压参考值vq**。根据d轴对应的第一电压参考值、q轴对应的第二电压参考值vq**和dq坐标系下的第一电容采样电压和第二电容采样电压的电压偏差量得到电压控制量。
[0112]
关于具体实施方式，上文已进行介绍这里不在赘述。
[0113]
尽管在此结合各实施例对本技术进行了描述，然而，在实施所要求保护的本技术过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
[0114]
尽管结合具体特征及其实施例对本技术进行了描述，显而易见的，在不脱离本技术的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本技术的示例性说明，且视为已覆盖本技术范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不
脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
[0115]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种空调电源系统，其特征在于，所述空调电源系统包括采样电路、控制器和电源电路，所述采样电路和所述控制器至少与所述电源电路中的整流器耦接，所述整流器为三相vienna拓扑电路，所述采样电路还至少与所述控制器耦接，所述空调电源系统包括：所述采样电路，被配置为对所述电源电路中三相交流电源的电压和电流进行采样，得到所述三相交流电源的采样电压和所述三相交流电源的采样电流，并对所述三相vienna拓扑电路中电容的电压进行采样，得到采样电容电压；所述控制器，被配置为锁定向所述电源电路供电的电网电压的相位，根据锁定的所述电网电压的相位对所述三相交流电源的采样电压和所述三相交流电源的采样电流进行坐标转换，根据坐标转换后的所述三相交流电源的采样电压、所述三相交流电源采样的电流以及所述采样电容电压得到电压控制量，所述电压控制量用于对所述三相vienna拓扑电路中的开关管的占空比进行控制。2.根据权利要求1所述的空调电源系统，其特征在于，所述电容包括至少与所述开关管耦合的第一电容和第二电容；所述采样电容电压包括与所述第一电容对应的第一电容采样电压和与所述第二电容对应的第二电容采样电压。3.根据权利要求2所述的空调电源系统，其特征在于，所述控制器包括：电压环计算模块、电流环计算模块、锁相模块、脉宽调制模块和坐标转换模块，其中：所述锁相模块，被配置为锁定所述电网电压的相位；所述坐标转换模块，被配置为根据所述锁定的电网电压的相位对abc坐标系下的所述三相交流电源的采样电压、所述三相交流电源的采样电流进行abc坐标系到dq坐标系的坐标转换；所述电压环计算模块，被配置为对所述第一电容采样电压和所述第二电容采样电压进行电压跟随控制，得到所述dq坐标系下的d轴对应的第一电流参考值；所述电流环计算模块，被配置为根据所述第一电流参考值进行电流跟随控制，得到所述dq坐标系下的d轴对应的第一电压标准值，并根据dq坐标系下预设的q轴对应的第二电流参考值进行电流跟随控制，得到所述dq坐标系下的q轴对应的第二电压参考值；所述脉宽调制模块，被配置为根据所述第一电压参考值、所述的第二电压参考值和所述第一电容采样电压和所述第二电容采样电压的电压偏差量得到所述电压控制量。4.根据权利要求3所述的空调电源系统，其特征在于，所述控制器还包括电压平衡模块；所述电压平衡模块，被配置为根据所述第一电容采样电压和所述第二电容采样电压得到所述第一电容采样电压和所述第二电容采样电压的电压偏差量；对所述第一电容采样电压和所述第二电容采样电压的电压偏差量进行电压均衡校正，得到电压调整值，所述电压调整值用于得到所述电压控制量。5.根据权利要求3或4所述的空调电源系统，其特征在于，所述锁相模块包括锁相环和二阶广义积分器；所述锁相环，被配置为获取所述电网输出的电压角频率；所述二阶广义积分器，被配置为根据所述电压角频率提取电网电压的正序分量；所述锁相环，还被配置为根据所述电网电压的正序分量锁定电网电压的相位。
6.根据权利要求3所述的空调电源系统，其特征在于，所述电压环计算模块，被配置为：获取dq坐标系下的第三电压参考值，并获取所述第一电容采样电压和所述第二电容采样电压的累加值；根据所述第三电压参考值和所述累加值的差值得到所述第一电流参考值。7.根据权利要求3所述的空调电源系统，其特征在于，所述电流环计算模块包括第一pi控制电路、第一解耦电路、第二pi控制电路和第二解耦电路，其中：所述第一pi控制电路，被配置为根据所述第一电流参考值与所述三相交流电源的采样电流进行电流跟随控制，得到dq坐标系下的d轴对应的第四电压参考值；所述第一解耦电路，被配置为根据所述第四电压参考值、所述三相交流电源的采样电流以及作为前馈的所述三相交流电源的采样电压进行解耦计算，得到所述第一电压参考值；所述第二pi控制电路，被配置为根据所述第二电流参考值与所述三相交流电源的采样电流进行电流跟随控制，得到所述dq坐标系下的q轴对应的第五电压参考值；所述第二解耦电路，被配置为根据所述第五电压参考值、所述三相交流电源采样电流以及作为前馈的所述三相交流电源的采样电压进行解耦计算，得到所述第二电压参考值。8.根据权利要求3所述的空调电源系统，其特征在于，所述坐标转换模块，还被配置为根据所述第一电压参考值、所述第二电压参考值和所述电压调整值进行坐标反变换，并根据坐标反变换后的结果转换为电压交流量，将所述电压交流量作为所述电压控制量输出至所述脉宽调制模块；所述脉宽调制模块，还被配置为根据所述电压控制量确定所述三相vienna拓扑电路中的开关管的占空比，根据所述占空比向所述三相vienna拓扑电路发出脉冲宽度调制信号，以控制所述三相vienna拓扑电路中的开关管；其中，所述坐标变换包括从abc坐标系变换为αβ坐标系，再从αβ坐标系变换为dq坐标系；所述坐标反变换包括从dq坐标系反变换为αβ坐标系。9.一种空调电源的控制方法，其特征在于，所述方法应用于空调电源系统，所述空调系统包括采样电路、控制器和电源电路，所述采样电路和所述控制器至少与电源电路中的整流器耦接，所述整流器为三相vienna拓扑电路，所述采样电路还至少与所述控制器耦接；所述方法包括：对所述电源电路中三相交流电源的电压和电流进行采样，得到所述三相交流电源的采样电压和所述三相交流电源的采样电流，并对所述三相vienna拓扑电路中电容的电压进行采样，得到采样电容电压；锁定向所述电源电路供电的电网电压的相位，根据锁定的所述电网电压的相位对所述三相交流电源的采样电压和所述三相交流电源的采样电流进行坐标转换，根据坐标转换后的所述三相交流电源的采样电压、所述三相交流电源采样的电流以及所述采样电容电压得到电压量，所述电压控制量用于对所述三相vienna拓扑电路中的开关管的占空比进行控制。10.根据权利要求9所述的空调电源的控制方法，其特征在于，所述电容包括至少与所述开关管耦合的第一电容和第二电容；
所述采样电容电压包括与所述第一电容对应的第一电容采样电压和与所述第二电容对应的第二电容采样电压；所述锁定向所述电源电路供电的电网电压的相位，根据锁定的所述电网电压的相位对所述三相交流电源的采样电压和所述三相交流电源的采样电流进行坐标转换，根据坐标转换后的所述三相交流电源的采样电压、所述三相交流电源采样的电流以及所述采样电容电压得到电压控制量包括：锁定所述电网电压的相位；根据所述锁定的电网电压的相位对abc坐标系下的所述三相交流电源的采样电压、所述三相交流电源的采样电流进行abc坐标系到dq坐标系的坐标转换；对所述第一电容采样电压和所述第二电容采样电压进行电压平衡控制，得到所述dq坐标系下的d轴对应的第一电流参考值；根据所述第一电流参考值进行电流跟随控制，得到所述dq坐标系下的d轴对应的第一电压标准值，并根据dq坐标系下预设的q轴对应的第二电流参考值进行电流跟随控制，得到所述dq坐标系下的q轴对应的第二电压参考值；根据所述第一电压参考值、所述的第二电压参考值和所述第一电容采样电压和所述第二电容采样电压的电压偏差量得到所述电压控制量。

技术总结

本发明公开一种空调电源系统和方法，涉及家电技术领域，能够降低空调系统中三相交流电源电流谐波。该系统包括：采样电路，被配置为控制器，被配置为锁定向三相VIENNA拓扑电路供电的电网电压的相位，根据锁定的电网电压相位将abc坐标系下的三相交流电源采样电压变换为dq坐标系下的三相交流电源采样电压，以及将abc坐标系下的三相交流电源采样电流变换为dq坐标系下的三相交流电源采样电压，根据dq坐标系下的三相交流电源采样电压、dq坐标系下的三相交流电源采样电流以及采样电容电压得到电压控制量，电压控制量用于对三相VIENNA拓扑电路的整流电路中的开关管的占空比进行控制。本申请实施例用于控制空调电源。请实施例用于控制空调电源。请实施例用于控制空调电源。