CN105450060B - 逆变器的死区补偿方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种逆变器的死区补偿方法及装置。所述逆变器的死区补偿方法包括：获取逆变器输出的交流电流；根据所述交流电流确定补偿电压；根据所述补偿电压和所述逆变器的基波输出电压进行脉冲调制，生成脉冲调制信号，进而根据所述脉冲调制信号对所述逆变器进行死区补偿控制。通过本发明的逆变器的死区补偿方法及装置，实现了准确、动态地对死区电压进行补偿，减小逆变器输出电流畸变可能性，提升电能质量。

Description

逆变器的死区补偿方法及装置

技术领域

本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种逆变器的死区补偿方法及装置。

背景技术

电压脉宽调制类型的逆变器广泛应用于各种控制场合，为了防止逆变器同一桥臂上下两个功率器件直通毁坏逆变器，需要人为地在控制信号中加入死区时间，在死区时间内两个功率器件均截止。此外，在逆变器工作时，开关时间存在延迟，并且关断时间通常延迟更长，这些都导致了实际得到的电压值与理论值之间存在差异，这些效应被称为死区。死区的累积效应最终会导致相电压和相电流畸变、零电流箝位效应以及转矩和转速脉动，系统性能降低。

通常，现有的死区补偿方法是判断电流的过零点，在过零点附近对死区进行开环补偿。具体地，将电流通过3/2变换到旋转坐标系下，用低通滤波器滤除畸变的谐波，然后通过2/3反变换到3相坐标下，再判断电流的过零点，然后进行开环补偿。然而，上述方式中，如何准确确定相电流的过零点是关键点，一旦过零点的判断不够准确，导致死区补偿效果不佳，也就无法避免逆变器输出电流畸变，降低了电能质量。

发明内容

本发明实施例的目的在于，提供一种逆变器的死区补偿方法及装置，以实现准确、动态地对死区电压进行补偿，减小逆变器输出电流畸变的可能性，从而提升电能质量。

为实现上述发明目的，本发明的实施例提供了一种逆变器的死区补偿方法，所述方法包括：获取逆变器输出的交流电流；根据所述交流电流确定补偿电压；根据所述补偿电压和所述逆变器的基波输出电压进行脉冲调制，生成脉冲调制信号，进而根据所述脉冲调制信号对所述逆变器进行死区补偿。

本发明的实施例还提供了一种逆变器的死区补偿装置，所述装置包括：电流获取模块，用于获取逆变器输出的交流电流；补偿电压确定模块，用于根据所述交流电流确定补偿电压；信号生成模块，用于根据所述补偿电压和所述逆变器的基波输出电压进行脉冲调制，生成脉冲调制信号；补偿处理模块，用于根据所述脉冲调制信号对所述逆变器进行死区补偿控制。

本发明实施例提供的逆变器的死区补偿方法及装置，通过获取逆变器输出的交流电流，并根据该交流电流确定补偿电压，进一步根据补偿电压和逆变器的基波输出电压进行脉冲调制，生成对逆变器进行死区补偿控制的脉冲调制信号，实现了准确、动态地对死区电压进行补偿，减小逆变器输出电流畸变的可能性，从而提升了电能质量。

附图说明

图1为本发明实施例一的逆变器的死区补偿方法的流程示意图；

图2为使用本发明实施例一的逆变器的死区补偿方法的逆变器的控制器的伯德图；

图3为未使用本发明实施例一的逆变器的死区补偿方法时逆变器输出电流的波形图；

图4为未使用本发明实施例一的逆变器的死区补偿方法时逆变器输出电流的频谱图；

图5为使用了本发明实施例一的逆变器的死区补偿方法时逆变器输出电流的波形图；

图6为使用了本发明实施例一的逆变器的死区补偿方法时逆变器输出电流的频谱图；

图7为本发明实施例二的逆变器的死区补偿装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例逆变器的死区补偿方法及装置进行详细描述。

实施例一

图1为本发明实施例一的逆变器的死区补偿方法的流程示意图，如图1所示，可在例如逆变器的控制器上执行所述方法，逆变器的死区补偿方法包括：

步骤110：获取逆变器输出的交流电流。

在实际应用中，可将三相电流传感器设置在逆变器的输出位置，采集逆变器输出的交流电流，进而将采集到的交流电流传输给逆变器的控制器，由此，逆变器的控制器就可获取到逆变器输出的交流电流。

步骤120：根据交流电流确定补偿电压。

根据本发明示例性的实施例，步骤120可包括：对交流电流进行3/2变换，得到同步旋转坐标系下的电流分量；根据电流分量进行谐波控制得到补偿电压。

具体地，上述对交流电流进行3/2变换，得到同步旋转坐标系下的电流分量的处理可根据下式(1)和下式(2)，计算同步旋转坐标系下的电流分量：

其中，i_a、i_b、i_c分别为三相交流电流中每相的电流值，i_α,i_β为静止坐标下的电流分量，i_d,i_q为同步旋转坐标下的电流分量，θ为电网电角度。

计算出电流分量之后，上述根据电流分量进行谐波控制得到补偿电压的处理可根据下式(3)计算补偿电压U_comp：

其中，k_r为谐振项系数，ω_res6为6次谐波的角频率，ω_res12为12次谐波的角频率，s为拉普拉斯算子，I_fdb为同步旋转坐标系下的电流分量，I_{ref_6}为6次谐波电流，I_{ref_12}为12次谐波电流，I_{ref_6}、I_{ref_12}均为预设值。在实际应用中，该预设值可以为0，或者为较小的数值。

在具体的实现方式中，可在逆变器的控制器中设置谐波控制器，将前述经过3/2变换后得到的同步旋转坐标系下的电流分量I_fdb，输入到6次和12次谐波控制器中。谐波控制器可例如，但不限于，比例谐振控制器。上述式3中包含了6次比例谐振控制器的传递函数和12次比例谐振控制器的传递函数。

其中，6次比例谐振控制器的传递函数由下式(4)实现：

其中，G_res6(s)为6次比例谐振控制器的传递函数，k_r为谐振项系数，ω_res6为6次谐波的角频率，s为拉普拉斯算子。

12次比例谐振控制器的传递函数由下式(5)实现：

其中，G_res12(s)为12次比例谐振控制器的传递函数，k_r为谐振项系数，ω_res12为12次谐波的角频率，s为拉普拉斯算子。

由于6次和12次谐波分量主要是由死区电压产生的，因此，将电流分量输入谐波控制器的目的是将同步旋转坐标系下的6次和12次谐波电流控制为0，从而计算出补偿电压。

步骤130：根据补偿电压和逆变器的基波输出电压进行脉冲调制，生成脉冲调制信号，进而根据脉冲调制信号对逆变器进行死区补偿控制。

根据本发明优选实施例，步骤130可包括：将补偿电压和基波输出电压进行叠加，得到补偿控制电压；根据补偿控制电压进行脉冲调制，生成脉冲调制信号。在实际应用中，可将叠加得到的补偿控制电压输入逆变器的控制器中的PMW脉冲调制模块进行脉冲调制，以输出脉冲调制信号。其中，将补偿电压和基波输出电压进行叠加的处理可根据下式(6)计算补偿控制电压：

U_out＝U_comp+U_ref…………………………………………………式(6)

其中，U_comp为补偿电压，U_ref为基波输出电压，U_out为补偿控制电压。

为了获得前述步骤130中的逆变器的基波输出电压，相应地，在根据补偿电压和逆变器的基波输出电压进行脉冲调制的步骤之前，逆变器的死区补偿方法还可包括：获取输入逆变器的直流电压，获取主控系统发送的直流电压给定值；根据直流电压的给定值对直流电压进行PI调节，得到电流给定值；根据电流给定值对电流分量进行PI调节，得到基波输出电压。在实际应用中，上述输入逆变器的直流电压可通过直流电压传感器进行采集。

在具体的实现方式中，首先，根据主控系统发送的直流电压给定值和通过直流电压传感器采集到的实际的直流电压值作为电压环PI调节器的输入，输出电流给定值，这里，可根据下式(7)计算电流给定值：

其中，I_ref为电流给定值，u_{dc_ref}为主控系统发送的直流电压给定值，u_{dc_fdb}为采集到的实际的直流电压值，k_{p_udc}为电压环PI调节器的比例参数，k_{i_udc}为电压环PI调节器的积分参数，s为拉普拉斯算子。

其次，将上述计算得到的电流给定值和同步旋转坐标系下的电流分量作为电流环PI调节器的输入，输出基波输出电压，这里，可根据下式(8)计算基波输出电压：

其中，U_ref为基波输出电压，I_ref为电流给定值，I_fdb为同步旋转坐标系下的电流分量，k_{p_i}为电流环PI调节器的比例参数，k_{i_i}为电流环PI调节器的积分参数，s为拉普拉斯算子。

下面结合多个示例图对本发明实施例逆变器的死区补偿方法带来的技术效果进行详细说明。

图2为使用本发明实施例一的逆变器的死区补偿方法的逆变器的控制器的伯德图，由图2可以看出，逆变器的控制器对直流分量有足够大的增益，用于控制同步旋转坐标系下基波分量。逆变器的控制器在频率为300Hz和600Hz处，也有足够大的增益，用于对同步旋转坐标系下6次和12次谐波分量进行控制。6次和12次谐波分量主要是用死区电压产生的。图3为未使用本发明实施例一的逆变器的死区补偿方法时逆变器输出电流的波形图，图4为未使用本发明实施例一的逆变器的死区补偿方法时逆变器输出电流的频谱图，图4是图3对应的频谱图，参照图3和图4，可以看出逆变器输出电流中含有6n±1次谐波，n＝1,2…。其中5次、7次、11次和12次为主要分量。

相比之下，图5为使用了本发明实施例一的逆变器的死区补偿方法时逆变器输出电流的波形图，图6为使用了本发明实施例一的逆变器的死区补偿方法时逆变器输出电流的频谱图，图6是图5对应的频谱图，参照图3和图4，可以看出逆变器输出电流的5次、7次、11次和13次谐波均得到了抑制，输出电流的总谐波含量得到了降低。采用本发明实施例所述方法，在不需要改变逆变器硬件的基础上，通过增加谐波控制器提取相应谐波分量，并进行动态补偿，实现了对死区造成的谐波进行抑制。

本发明的逆变器的死区补偿方法，通过获取逆变器输出的交流电流，并根据该交流电流确定补偿电压，进一步根据补偿电压和逆变器的基波输出电压进行脉冲调制，生成对逆变器进行死区补偿控制的脉冲调制信号，实现了准确、动态地对死区电压进行补偿，减小了逆变器输出电流畸变的可能性，从而提升了电能质量。

此外，利用谐波控制准确地计算出补偿电压，提升了死区补偿的效果。同时，本发明不依赖于电流过零点的判断，而是将计算出的补偿电压叠加至基波输出电压中，实现了在不影响基波的正常控制下，准确、快速地将死区谐波电流控制为0，从而达到死区补偿的目的，具有较高的灵活性。

实施例二

图7为本发明实施例二的逆变器的死区补偿装置的结构示意图。可用于执行本发明实施例一的逆变器的死区补偿方法步骤。

参照图7，该逆变器的死区补偿装置包括电流获取模块710、补偿电压确定模块720、信号生成模块730和补偿处理模块740。

电流获取模块710用于获取逆变器输出的交流电流。

补偿电压确定模块720用于根据交流电流确定补偿电压。

信号生成模块730用于根据补偿电压和逆变器的基波输出电压进行脉冲调制，生成脉冲调制信号。

补偿处理模块740用于根据脉冲调制信号对逆变器进行死区补偿控制。

本发明的逆变器的死区补偿装置，通过获取逆变器输出的交流电流，并根据该交流电流确定补偿电压，进一步根据补偿电压和逆变器的基波输出电压进行脉冲调制，生成对逆变器进行死区补偿控制的脉冲调制信号，实现了准确、动态地对死区电压进行补偿，避免了逆变器输出电流畸变，从而提升了电能质量。

在上述实施例的基础上，根据本发明示例性的实施例，补偿电压确定模块720可包括：

坐标变换单元(图中未示出)用于对交流电流进行3/2变换，得到同步旋转坐标系下的电流分量；

谐波控制单元(图中未示出)用于根据电流分量进行谐波控制得到补偿电压。

优选地，谐波控制单元可用于根据下式(9)计算补偿电压U_comp：

其中，k_r为谐振项系数，ω_res6为6次谐波的角频率，ω_res12为12次谐波的角频率，s为拉普拉斯算子，I_fdb为同步旋转坐标系下的电流分量，I_{ref_6}为6次谐波电流，I_{ref_12}为12次谐波电流，I_{ref_6}、I_{ref_12}均可以设为0。

进一步地，逆变器的死区补偿装置还可包括：

电压获取模块(图中未示出)用于获取输入逆变器的直流电压；

给定值获取模块(图中未示出)用于获取主控系统发送的直流电压给定值；

调节模块(图中未示出)用于根据直流电压的给定值对采集到的直流电压进行PI调节，得到电流给定值；根据电流给定值对电流分量进行PI调节，得到基波输出电压。

优选地，电压获取模块可包括直流电压传感器。

根据本发明示例性的实施例，信号生成模块730包括：

电压叠加单元(图中未示出)用于将补偿电压和基波输出电压进行叠加，得到补偿控制电压。

脉冲调制单元(图中未示出)用于根据补偿控制电压进行脉冲调制，生成脉冲调制信号。

优选地，电流获取模块710可包括三相电流传感器。

进一步地，逆变器的死区补偿装置可集成在逆变器的控制器中。

综上，本发明还具有如下技术效果：一方面，通过三相电流传感器采集逆变器输出的交流电流，利用谐波控制准确地计算出补偿电压，提升了死区补偿的效果；另一方面，本发明不依赖于电流过零点的判断，而是将计算出的补偿电压叠加至基波输出电压中，实现了在不影响基波的正常控制下，准确、快速地将死区谐波电流控制为0，从而达到死区补偿的目的，具有较高的灵活性。

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。

Claims (7)

1.一种逆变器的死区补偿方法，其特征在于，包括：

获取逆变器输出的交流电流；

根据所述交流电流确定补偿电压；

根据所述补偿电压和所述逆变器的基波输出电压进行脉冲调制，生成脉冲调制信号，进而根据所述脉冲调制信号对所述逆变器进行死区补偿控制；

其中，所述根据所述交流电流确定补偿电压包括：

对所述交流电流进行3/2变换，得到同步旋转坐标系下的电流分量；

根据所述电流分量进行谐波控制得到补偿电压，其中，所述谐波控制包括将同步旋转坐标系下的6次和12次谐波电流控制为0；

其中，所述根据所述电流分量进行谐波控制得到补偿电压包括：

根据

计算补偿电压U_comp，其中，k_r为谐振项系数，ω_res6为6次谐波的角频率，ω_res12为12次谐波的角频率，s为拉普拉斯算子，I_fdb为所述同步旋转坐标系下的电流分量，I_{ref_6}为6次谐波电流，I_{ref_12}为12次谐波电流，I_{ref_6}、I_{ref_12}均为预设值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在根据所述补偿电压和所述逆变器的基波输出电压进行脉冲调制的步骤之前还包括：

获取输入所述逆变器的直流电压；

获取主控系统发送的直流电压给定值；

根据所述直流电压给定值对所述直流电压进行PI调节，得到电流给定值；

根据所述电流给定值对所述电流分量进行PI调节，得到基波输出电压。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述补偿电压和所述逆变器的基波输出电压进行脉冲调制，生成脉冲调制信号包括：

将所述补偿电压和所述基波输出电压进行叠加，得到补偿控制电压；

根据所述补偿控制电压进行脉冲调制，生成所述脉冲调制信号。

4.一种逆变器的死区补偿装置，其特征在于，包括：

电流获取模块，用于获取逆变器输出的交流电流；

补偿电压确定模块，用于根据所述交流电流确定补偿电压；

信号生成模块，用于根据所述补偿电压和所述逆变器的基波输出电压进行脉冲调制，生成脉冲调制信号；

补偿处理模块，用于根据所述脉冲调制信号对所述逆变器进行死区补偿控制；

其中，所述补偿电压确定模块包括：

坐标变换单元，用于对所述交流电流进行3/2变换，得到同步旋转坐标系下的电流分量；

谐波控制单元，用于根据所述电流分量进行谐波控制得到补偿电压，其中，所述谐波控制包括将同步旋转坐标系下的6次和12次谐波电流控制为0，其中，所述根据所述电流分量进行谐波控制得到补偿电压包括：

根据

计算补偿电压U_comp，其中，k_r为谐振项系数，ω_res6为6次谐波的角频率，ω_res12为12次谐波的角频率，s为拉普拉斯算子，I_fdb为所述同步旋转坐标系下的电流分量，I_{ref_6}为6次谐波电流，I_{ref_12}为12次谐波电流，I_{ref_6}、I_{ref_12}均为预设值。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

电压获取模块，用于获取输入所述逆变器的直流电压；

给定值获取模块，用于获取主控系统发送的直流电压给定值；

调节模块，用于根据所述直流电压的给定值对所述直流电压进行PI调节，得到电流给定值；根据所述电流给定值对所述电流分量进行PI调节，得到基波输出电压。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信号生成模块包括：

电压叠加单元，用于将所述补偿电压和所述基波输出电压进行叠加，得到补偿控制电压；

脉冲调制单元，用于根据所述补偿控制电压进行脉冲调制，生成所述脉冲调制信号。

7.根据权利要求4～6中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置集成在设置所述逆变器的控制器中。