專利名稱：通過利用移動數(shù)據(jù)窗口來平滑可再生功率輸送系統(tǒng)的輸入電流的制作方法
通過利用移動數(shù)據(jù)窗口來平滑可再生功率輸送系統(tǒng)的輸入電流
背景技術(shù)：
本申請公開了 一種發(fā)明，該發(fā)明大致以及在各種實施例中涉及用于 平滑輸入到具有再生能力的功率輸送系統(tǒng)的輸入電流的方法。
例如交流電機驅(qū)動器的功率輸送系統(tǒng)通?？捎米骰蛘咄耆偕?統(tǒng)或者不可再生系統(tǒng)。在不可再生系統(tǒng)的情況下，輸入功率從輸入功率 源流到負載，而負載產(chǎn)生的功率被阻止回饋到輸入功率源。在完全再生 系統(tǒng)中，輸入功率從輸入功率源流到負載，而負載產(chǎn)生的功率可以回饋 到輸入功率源。
本領(lǐng)域眾所周知，這種完全再生系統(tǒng)包括有源前端以便控制再生電 流。然而，有源前端會導(dǎo)致輸入交流功率出現(xiàn)一定程度的失真。為了減 小這種失真以及平滑每路交流輸入的輸入電流，可以在每路交流輸入端 采用線路感應(yīng)器，這也是公知常識。然而，用于解決失真問題的這種線 路感應(yīng)器比較大且昂貴。
對于許多應(yīng)用場合而言，為了進行制動等目的，僅僅需要一部分由 負載產(chǎn)生的功率。對于這些應(yīng)用場合，再生系統(tǒng)通奮會提供比所需大得 多的再生能力。因此，對于所需再生能力有限的應(yīng)用場合而言，大多數(shù) 再生系統(tǒng)的成本效率不是很高。
為了實現(xiàn)具有有限再生能力的驅(qū)動器，可以用再生和不可再生單元
(non-regenerative)組合來構(gòu)造驅(qū)動器，這是公知常識。例如，美國專 利申請No.11/419，064 ('064，號申請)公開了這樣一種驅(qū)動器。'064，號 申請所公開的這種驅(qū)動器具有可變等級的再生能力，它通過改變驅(qū)動器 中再生單元和不可再生單元的比例來實現(xiàn)這種可變等級，其中每個再生 功率單元可包括有源前端，該有源前端包括由脈寬調(diào)制控制的開關(guān)裝 置。雖然'064，號申請公開的這種驅(qū)動器為需要有限再生能力的應(yīng)用場合 提供了成本高效的解決方案，但是采用線路感應(yīng)器來減小有源前端導(dǎo)致 的失真，與此同時地會不必要地增大系統(tǒng)的大小和成本。

發(fā)明內(nèi)容
在一個基本方面中，本申請公開了 一種用于平滑輸入到具有再生能力的功率輸送系統(tǒng)的輸入電流的方法。4艮據(jù)不同實施例，該方法包括評 估在第 一基本周期中輸入到功率輸送系統(tǒng)的輸入轉(zhuǎn)換器的輸入電流，然 后在第 一基本周期之后相對于輸入電壓的波形移動窗口 。該方法還包括 評估在第二基本周期中輸入到輸入轉(zhuǎn)換器的輸入電流，以及確定第二基
本周期的輸入電流是否比第一基本周期的輸入電流更平滑。該方法還包 括，如果第二基本周期的輸入電流比第一基本周期的輸入電流更平滑， 則沿在第一基本周期之后窗口移動的相同方向移動窗口 ，以及如果第二 基本周期的輸入電流不比第一基本周期的輸入電流更平滑，則沿在第一 基本周期之后窗口移動的相反方向移動窗口。
本發(fā)明的各方面可以通過計算裝置和/或存儲在計算機可讀介質(zhì)上 的計算機程序來實現(xiàn)。計算機可讀介質(zhì)包括磁盤、裝置和/或傳播信號。
附圖的簡短說明 ， 參照附圖，通過示例方式，在此說明本發(fā)明的不同實施例。


圖1示出功率輸送系統(tǒng)的不同實施例；
圖2示出圖1的功率輸送系統(tǒng)的功率單元(powercell)的輸入轉(zhuǎn)換器 的不同實施例；
圖3示出在圖2的輸入轉(zhuǎn)換器接收的、示例性線到中性點電壓波形； 圖4示出在圖2的輸入轉(zhuǎn)換器接收的、示例性線間電壓波形； 圖5示出用于平滑輸入到具有再生能力的功率輸送系統(tǒng)的輸入電流 的方法的不同實施例；以及
圖6示出用于評估功率單元的輸入電流的方法的不同實施例。
詳細4苗述
可以理解，本發(fā)明的至少一些附圖和說明進行了簡化，以便將注意 集中于對于清楚理解本發(fā)明來說重要的部件，同時為了清楚起見，省略 了一些其他部件，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會理解這些其他部件也構(gòu)成本 發(fā)明的一部分。然而，因為這些部件是本領(lǐng)域公知的，并且它們未必有 助于更好地理解本發(fā)明，所以在此不再說明這些部件。
圖1示出功率輸送系統(tǒng)IO的不同實施例。功率輸送系統(tǒng)IO可以是 具有再生能力的功率輸送系統(tǒng)。所述再生能力可以是完全的或有限的。 例如，功率輸送系統(tǒng)10可以包括'064，號申請所公開的功率輸送系統(tǒng)，它包括至少一個再生功率單元12和至少一個不可再生功率單元14。在 圖1中，沒有標(biāo)明是再生功率單元或不可再生功率單元的每個功率單元 可以是其中任一類型。每個再生功率單元12可以和Aiello等人申請的 美國專利No.6,301,13(H '130號專利)中公開的再生功率單元之一類似， 每個不可再生功率單元14可以和Hammond申請的美國專利 No.5,625，545( '545號專利)公開的不可再生功率單元之一類似。上述'064 號專利、'130號專利和'545號專利的內(nèi)容都整個通過參考被結(jié)合在此。
圖2示出再生功率單元12的輸入轉(zhuǎn)換器20。輸入轉(zhuǎn)換器20接收三 相交流功率，其中各相電壓波形之間在時間上大致偏移120度，如圖3 所示。三相的電壓波形可以標(biāo)為Va，Vb和Vc。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理 解，在圖4所示的這種系統(tǒng)中，存在六個不同的線間電壓。這六個線間 電壓可以標(biāo)為Vab,Vac,Vba,Vbc,Vca和Vcb。在給定基本周期中，會出 現(xiàn)六次兩個線間電壓具有相同幅度的情況。此外，在每個基本周期中， 有六個獨立的60度區(qū)間，在每個區(qū)間中，不同的那個線間電壓比另一 個線間電壓幅度更大。例如，在給定60度區(qū)間中，電壓Vab的幅度大 于另一個線間電壓的幅度，在下一個60度區(qū)間中，電壓Vac的幅度大 于另一個線間電壓的幅度，在下一個60度區(qū)間中，電壓Vbc的幅度大 于另一個線間電壓的幅度，依此類推?？偲饋碚f，這六個獨立的60度 區(qū)間可被稱為窗口 。
輸入轉(zhuǎn)換器20包括開關(guān)裝置A+、 A-、 B+、 B_、 C +和C-。 這些開關(guān)裝置可以實現(xiàn)為絕緣柵極雙極性晶體管(IGBT)或者任何其他 合適類型的開關(guān)裝置。三相交流功率的第一端(leg) (A相)連接到開 關(guān)裝置A +和A-,第二端(B相)連接到開關(guān)裝置B +和B-,以及 第三端(C相)連接到開關(guān)裝置C +和C-?？偲饋碚f，開關(guān)裝置A+、 A-、 B + 、 B-、 C +和C-形成橋結(jié)構(gòu)，其中開關(guān)裝置A+、 B +和C +構(gòu)成該橋結(jié)構(gòu)的上半部分，開關(guān)裝置A-、 B-和C-構(gòu)成該橋結(jié)構(gòu) 的下半部分。開關(guān)裝置A+、 A-、 B + 、 B-、 C +和C-可以通過脈 寬調(diào)制(PWM)方法來進行控制。根據(jù)不同實施例，栽波頻率可以是基 頻的大約25倍的數(shù)量級。例如，如果基頻為60赫茲，則載波頻率是大 約1500赫茲的數(shù)量級。
在任意給定時間點，流過輸入轉(zhuǎn)換器20的電流基于交流功率的三 相中的兩相、該橋結(jié)構(gòu)上半部分的一個開關(guān)裝置以及該橋結(jié)構(gòu)的下半部
8分的一個開關(guān)裝置。因此，每次僅導(dǎo)通給定半橋結(jié)構(gòu)中的一個開關(guān)裝置。
通常，當(dāng)線間電壓Vab大于其它線間電壓時，開關(guān)A +和B-可以導(dǎo)通； 當(dāng)線間電壓Vac大于其它線間電壓時，開關(guān)A +和C-可以導(dǎo)通；當(dāng)線 間電壓Vbc大于其它線間電壓時，開關(guān)B +和C-可以導(dǎo)通；當(dāng)線間電 壓Vba大于其它線間電壓時，開關(guān)B +和A-可以導(dǎo)通；當(dāng)線間電壓 Vca大于其它線間電壓時，開關(guān)C +和A-可以導(dǎo)通；以及當(dāng)線間電壓 Vbc大于其它線間電壓時，開關(guān)C +和B-可以導(dǎo)通。
用于確定給定線間電壓何時大于其他線間電壓的多種方法是本領(lǐng) 域公知常識。例如，在給定時間點，基于電壓Va的角度可確定電壓Va 的幅度，其中Va的角度是-180度至+ 180度的數(shù)值。通過上述方式來 控制開關(guān)通常被稱為六步控制方法。雖然公知的六步控制方法用于控制 輸入交流功率的整流，但是它們不用于平滑被傳送到輸入轉(zhuǎn)換器20的 輸入電流。
圖5示出用于平滑輸入到具有再生能力的功率輸送系統(tǒng)的輸入電流 的方法30的不同實施例。根據(jù)不同實施例，該方法30可用于控制圖1 的功率輸送系統(tǒng)IO。為了便于說明，該方法30將參照圖1的功率輸送 系統(tǒng)10來說明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，該方法30可以用于 平滑輸入到其他功率輸送系統(tǒng)的輸入電流。該方法30充分平滑輸入到 輸入轉(zhuǎn)換器20的輸入電流，以使得不需要在輸入轉(zhuǎn)換器20前面設(shè)置線 路感應(yīng)器。通常，為了平滑輸入電流，上述窗口 (也就是，圖4所示的 六個60度區(qū)間)可以相對于電壓波形Va、 Vb和Vc向前或向后移動。
方法30在塊32開始，其中，輸入到驅(qū)動器的功率單元的輸入電流 在基本周期中進行評估。該單元輸入電流可以處于任何合適的頻率(例 如，60赫茲或50赫茲)。在60赫茲的頻率下，每l/60秒為一個基本 周期。根據(jù)不同實施例，該單元輸入電流可以在輸入頻率的每個基本周 期中進4亍評估。因此，在60赫茲的頻率下，可以每1/60秒評估一次該 單元輸入電流。用于評估單元輸入電流的方法的不同實施例如在圖6中 所示。
該過程從塊32進行到塊34,在塊34，確定在給定基本周期(也就 是，第三基本周期)中單元輸入電流是否比前一基本周期(也就是，第 二基本周期)中的單元輸入電流更平滑。根據(jù)不同實施例，在第一基本 周期之后，該窗口相對于電壓波形Va、 Vb和Vc任意向前或向后移動。該過程從塊34進行到塊36或塊38。如果給定基本周期中的單元輸 入電流比前一基本周期中的單元輸入電流更平滑，則該過程從塊34進 行到塊36。在塊36,該窗口的移動方向和前一基本周期中窗口的移動 方向相同。該過程從塊36回到塊32,然后該過程如上所述繼續(xù)進行。
如果給定基本周期中的單元輸入電流不比前一基本周期中的單元 輸入電流更平滑，則該過程從塊34進行到塊38。在塊38，該窗口的移 動方向和前一基本周期中窗口被移動的方向相反。該過程從塊38回到 塊32,然后該過程如上所述繼續(xù)進行。
窗口在塊36或塊38的移動會影響到輸入轉(zhuǎn)換器20的哪一個開關(guān) 裝置在給定時間導(dǎo)通。例如，在電壓Va的給定角度，開關(guān)裝置B +和A -可以導(dǎo)通，或者開關(guān)裝置C +和A-可以導(dǎo)通，具體情況根據(jù)移動總 量而定。如上所述從塊32至36的過程可以在每個基本周期中重復(fù)，并 且可以重復(fù)任何次數(shù)。根椐不同實施例，窗口的每次移動可以是大約半 度的數(shù)量級的較小移動，并且所述移動的總體范圍可以是大約四至五度 的數(shù)量級。
圖6示出用于評估單元輸入電流的方法40的不同實施例。該過程 從塊42開始，其中周期性確定單元輸入電流的絕對值及其平方值。根 據(jù)不同實施例，在多個時間周期的每個時間周期中確定單元輸入電流的 絕對值及其平方值。例如，在載波頻率的每半個周期中可確定單元輸入 電流的絕對值及其平方值。因此，對于1500赫茲的載波頻率，可以在 每個1/3000秒確定單元輸入電流的絕對值及其平方值。在塊42的上述 步驟可以通過控制器來實施，以及可以在輸入頻率的整個基本周期中被 重復(fù)。因此，對于1500赫茲的載波頻率和60赫茲的輸入頻率，塊42 的所述過程可以在基本周期期間重復(fù)50次。該控制器可以存儲任意數(shù) 量的基本周期中的各個數(shù)值。
根據(jù)不同實施例(例如，對于1500赫茲的栽波頻率和60赫茲的輸
入頻率)，該控制器在第二區(qū)間的第一個1/3000秒確定單元輸入電流的 絕對值及其平方，然后存儲所確定的值。然后該控制器在第二區(qū)間的第 二個1/3000秒確定單元輸入電流的絕對值及其平方，將針對第二區(qū)間的 絕對值加到針對第 一區(qū)間的絕對值，將針對第二區(qū)間的平方值加到針對 第一區(qū)間的平方值，然后存儲相應(yīng)的所述絕對值總和和平方值的總和。 然后該控制器在第二區(qū)間的第三個1/3000秒確定單元輸入電流的絕對值及其平方，將針對第三區(qū)間的絕對值加到針對第 一和第二區(qū)間的絕對 值之和，將針對第三區(qū)間的平方值加到針對第 一和第二區(qū)間的平方值之 和，然后存儲相應(yīng)的絕對值的總和和平方值的總和。該過程在整個基本 周期繼續(xù)進行。因此，在整個基本周期結(jié)束時，單元輸入電流的絕對值 的存儲值由五十個絕對值之和代表，而平方值的存儲值由五十個平方值 之和代表。
該過程從塊42進行到塊44,其中確定是否經(jīng)歷了 一個基本周期。 該過程從塊44進行到塊46或回到塊42。如果還未經(jīng)歷 一個基本周期， 則該過程回到塊42,其中該過程如上所迷繼續(xù)進行。如果已經(jīng)經(jīng)歷一個 基本周期，則該過程從塊44進行到塊46，其中單元輸入電流的平均值 和單元輸入電流的RMS值在最近基本周期中確定。根據(jù)不同實施例， 單元輸入電流的平均值可以通過將單元輸入電流的絕對值的存儲值(例 如，五十個絕對值之和)除以加在一起形成該存儲值的絕對值的個數(shù)(例 如，五十)來獲得。單元輸入電流的RMS值可以例如通過將平方值的 存儲值(例如，五十個平方值之和)除以加在一起形成該存儲值的平方 值的個數(shù)(例如，五十)，然后再取平方根來獲得。該控制器可以存儲 任何數(shù)量的基本周期中平均值和RMS值的相應(yīng)數(shù)值。
該過程從塊46進行到塊48，其中確定最近基本周期的平均值和 RMS值的比值。根據(jù)不同實施例，該比值可以通過將在塊46確定的平 均值除以在塊46確定的RMS值來確定。該控制器可以存儲任意數(shù)量基 本周期的比值。
該過程從塊48進行到塊50,其中與最近基本周期(例如，第三基 本周期)相關(guān)的比值和與前一基本周期(例如，第二基本周期)相關(guān)的 比值進行比較。
該過程從塊50進行到塊52或塊54。如果在塊50的比較步驟中確 定和最近基本周期相關(guān)的比值大于和前一基本周期相關(guān)的比值，則該過 程從塊50進行到塊52,其中最近基本周期的單元輸入電流被認為比前 一基本周期的單元輸入電流更為平滑。如果在塊50的比較步驟中確定 和最近基本周期相關(guān)的比值小于和前一基本周期相關(guān)的比值，則該過程 從塊50進行到塊54,其中最近基本周期的單元輸入電流被認為不比前 一基本周期的單元輸入電流更平滑。在塊52/54將單元輸入電流認為更 平滑/不更平滑，可以為在上述方法30的塊34進行的確定更平滑/不更平滑提供基礎(chǔ)。通常，對于具有相同平均值的兩個波形，具有較低RMS 值的波形比具有較高RMS值的波形失真要小。
雖然在此通過示例方式說明了本發(fā)明的若干實施例，但是本領(lǐng)域技 術(shù)人員將會理解，可以實現(xiàn)多種變型、改變和適變，而不會脫離由權(quán)利 要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于平滑輸入到具有再生能力的功率輸送系統(tǒng)的輸入電流的方法，該方法包括評估在第一基本周期中輸入到功率輸送系統(tǒng)的輸入轉(zhuǎn)換器的輸入電流；在第一基本周期之后相對于輸入電壓的波形移動窗口；評估在第二基本周期中輸入到輸入轉(zhuǎn)換器的輸入電流；確定第二基本周期的輸入電流是否比第一基本周期的輸入電流更平滑；如果第二基本周期的輸入電流比第一基本周期的輸入電流更平滑，則沿在第一基本周期之后窗口移動的相同方向移動窗口；以及如果第二基本周期的輸入電流不比第一基本周期的輸入電流更平滑，則沿在第一基本周期之后窗口移動的相反方向移動窗口。
2. 根椐權(quán)利要求1所述的方法，其中評估第一基本周期中的輸入 電流包括確定在第一基本周期上該輸入電流的平均值；以及 確定在第一基本周期上該輸入電流的RMS值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中確定在第一基本周期上該輸 入電流的平均值包括確定多個時間周期的每個時間周期中該輸入電流的絕對值；對所述多個時間周期的每個時間周期中確定的絕對值進行求和；以及將所述絕對值之和除以時間周期的數(shù)量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中確定在第一基本周期中該輸 入電流的RMS值包括確定多個時間周期的每個時間周期中該輸入電流的絕對值的平方值；對所述多個時間周期的每個時間周期中確定的平方值進行求和； 將所迷平方值之和除以時間周期的數(shù)量；以及 確定將平方值之和除以時間周期的數(shù)量所得結(jié)果的平方根。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在第一基本周期之后移動窗 口包括相對于該波形向前移動窗口。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在第一基本周期之后移動窗 口包括相對于該波形向后移動窗口。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所迷的方法，其中評估第二基本周期中的輸入 電流包括確定在第二基本周期上該輸入電流的平均值；以及 確定在第二基本周期上該輸入電流的RMS值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中確定在第二基本周期上該輸 入電流的平均值包括確定多個時間周期的每個時間周期中該輸入電流的絕對值； 對所述多個時間周期的每個時間周期中確定的絕對值進行求和；以及將該絕對值之和除以時間周期的數(shù)量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中確定在第二基本周期上該輸 入電流的RMS值包括確定多個時間周期的每個時間周期中該輸入電流的絕對值的平方值；對所述多個時間周期的每個時間周期中確定的平方值進行求和； 將平方值之和除以時間周期的數(shù)量；以及 確定將平方值之和除以周期的數(shù)量所得結(jié)果的平方根。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定第二基本周期的輸入電 流是否比第一基本周期的輸入電流更平滑包括確定在第 一基本周期中該輸入電流的平均值和該輸入電流的RMS 值的比值；確定在第二基本周期中該輸入電流的平均值和該輸入電流的RMS 值的比值；以及比較第 一基本周期的比值和第二基本周期的比值。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中確定第一基本周期的比值 包括確定在第一基本周期上該輸入電流的平均值；以及 確定在第一基本周期上該輸入電流的RMS值。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中確定平均值包括 確定多個時間周期的每個時間周期中該輸入電流的絕對值；對所迷多個時間周期的每個時間周期中確定的絕對值進行求和；以及將絕對值之和除以時間周期的數(shù)量。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法,其中確定RMS值包括確定多個時間周期的每個時間周期中該輸入電流的絕對值的平方值；對所述多個時間周期的每個時間周期中確定的平方值進行求和； 將平方值之和除以時間周期的數(shù)量；以及 確定將平方值之和除以時間周期的數(shù)量所得結(jié)果的平方根。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中確定第二比值包括 確定在第二基本周期上該輸入電流的平均值；以及 確定在第二基本周期上該輸入電流的RMS值。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中確定平均值包括 確定多個時間周期的每個時間周期中該輸入電流的絕對值； 對所述多個時間周期的每個時間周期中確定的絕對值進行求和；以及將絕對值之和除以時間周期的數(shù)量。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中確定RMS值包括:確定多個時間周期的每個時間周期中該輸入電流的絕對值的平方值；對所述多個時間周期的每個時間周期中確定的平方值進行求和；將平方值之和除以時間周期的數(shù)量；以及確定將平方值之和除以時間周期的數(shù)量所得結(jié)果的平方根； 確定第二周期上平均值之和；以及確定第二周期上RMS值之和。
17. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括，如果針對第一基本周 期的比值大于針對第二基本周期的比值，則輸入電流被認為更為平滑。
18. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括，如果針對第一基本周 期的比值小于針對第二基本周期的比值，則輸入電流被認為沒有更平滑。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括 評估在第三基本周期中輸入到輸入轉(zhuǎn)換器的輸入電流；確定第三基本周期的輸入電流是否比第二基本周期的輸入電流更如果第三基本周期的輸入電流比第二基本周期的輸入電流更平滑， 則沿在第二基本周期之后窗口移動的相同方向移動窗口 ；以及如果第三基本周期的輸入電流沒有比第二基本周期的輸入電流更 平滑，則沿在第二基本周期之后窗口移動的相反方向移動窗口。
全文摘要
一種用于平滑輸入到具有再生能力的功率輸送系統(tǒng)的輸入電流的方法。該方法包括評估在第一基本周期中輸入到功率輸送系統(tǒng)的輸入轉(zhuǎn)換器的輸入電流，然后在第一基本周期之后相對于輸入電壓的波形移動窗口。該方法還包括評估在第二基本周期中輸入到輸入轉(zhuǎn)換器的輸入電流，以及確定第二基本周期的輸入電流是否比第一基本周期的輸入電流更平滑。該方法還包括，如果第二基本周期的輸入電流比第一基本周期的輸入電流更平滑，則沿在第一基本周期之后窗口移動的相同方向移動窗口，以及如果第二基本周期的輸入電流不比第一基本周期的輸入電流更平滑，則沿在第一基本周期之后窗口移動的相反方向移動窗口。
文檔編號H02M7/66GK101517875SQ200780035998
公開日2009年8月26日 申請日期2007年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月28日
發(fā)明者璇 張 申請人:西門子能量及自動化公司