CN107612402B - 功率变换电路谐振抑制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种功率变换电路谐振抑制方法及装置，涉及变频驱动技术领域。该方法及装置通过接收输入的母线电压、输入至电机的相电流等参数，确定三相输出脉宽，接着基于预设定的载波频率标准值、预设定的载波频率变化量及预建立的随机数发生模型确定载波频率，从而基于三相输出脉宽及载波频率确定了脉宽调制信号；由于脉宽调制信号的载波频率是随机的，因此功率变换电路中逆变电路的开关周期不固定，从而避免了与谐振频率或者谐振频率的倍数相等形成较大谐振，整机电流文波小，电感发热少，增强了功率变换电路的稳定性。

Description

功率变换电路谐振抑制方法及装置

技术领域

本发明涉及变频驱动技术领域，具体而言，涉及一种功率变换电路谐振抑制方法及装置。

背景技术

压缩机是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械，而压缩机工作需要电机的带动。

在现有技术中，直流母线设置的电容较小，供电回路上设置有电感及多个电容，逆变电路运行时开关过程激励导致电感与电容谐振，当开关频率等于电感与电容谐振的谐振频率或者等于谐振频率成倍数关系时，谐振达到最大，整机电流纹波大，导致电流谐波增大电感发热。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功率变换电路谐振抑制装置，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种功率变换电路谐振抑制方法，所述功率变换电路谐振抑制方法包括：

接收输入的母线电压、输入至电机的相电流；

基于所述母线电压、所述输入至电机的相电流计算q轴电压给定量及d轴电压给定量；

基于所述q轴电压给定量、所述d轴电压给定量及所述母线电压确定脉宽调制信号的三相输出脉宽；

基于预设定的载波频率标准值、预设定的载波频率变化量及预建立的随机数发生模型确定所述脉宽调制信号的载波频率。

第二方面，本发明实施例还提供了一种功率变换电路谐振抑制装置，所述功率变换电路谐振抑制装置包括：

参数接收单元，用于接收输入的母线电压、输入至电机的相电流；

计算单元，用于基于所述母线电压、所述输入至电机的相电流计算q轴电压给定量及d轴电压给定量；

输出脉宽确定单元，用于基于所述q轴电压给定量、所述d轴电压给定量及所述母线电压确定脉宽调制信号的三相输出脉宽；

载波频率确定单元，用于基于预设定的载波频率标准值、预设定的载波频率变化量及预建立的随机数发生模型确定所述脉宽调制信号的载波频率。

本发明实施例提供的功率变换电路谐振抑制方法及装置，通过接收输入的母线电压、输入至电机的相电流等参数，确定三相输出脉宽，接着基于预设定的载波频率标准值、预设定的载波频率变化量及预建立的随机数发生模型确定载波频率，从而基于三相输出脉宽及载波频率确定了脉宽调制信号；由于脉宽调制信号的载波频率是随机的，因此功率变换电路中逆变电路的开关周期不固定，从而避免了与谐振频率或者谐振频率的倍数相等形成较大谐振，整机电流文波小，电感发热少，增强了功率变换电路的稳定性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的功率变换电路谐振抑制系统的电路结构框图。

图2示出了本发明实施例提供的功率变换电路谐振抑制系统的电路图。

图3示出了本发明实施例提供的功率变换电路谐振抑制方法的流程图。

图4示出了图3中步骤S202的子步骤流程图。

图5示出了图3中步骤S203的子步骤流程图。

图6示出了图3中步骤S204的子步骤流程图。

图7示出了本发明实施例提供的功率变换电路谐振抑制装置的功能模块框图。

图标：100-功率变换电路谐振抑制系统；110-电路参数采集模块；120-驱动模块；122-电源电路；124-整流电路；126-逆变电路；130-电机；140-脉宽调制模块；150-控制模块；160-转速设定模块；170-载波频率计算模块；200-功率变换电路谐振抑制装置；210-参数接收单元；220-计算单元；230-脉宽调制信号生成单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图1，示出了本发明实施例提供的功率变换电路谐振抑制系统100的电路结构框图。该功率变换电路谐振抑制系统100包括电路参数采集模块110、驱动模块120、控制模块150、载波频率计算模块170、脉宽调制模块140、转速设定模块160以及电机130。控制模块150分别与电路参数采集模块110、驱动模块120、脉宽调制模块140、转速设定模块160电连接，载波频率计算模块170与脉宽调制模块140电连接。

其中，电路参数采集模块110用于采集母线电压以及输入至电机130的相电流，并将母线电压、相电流传输至控制模块150。

转速设定模块160用于计算电机转速实际值ω_r。

控制模块150用于依据母线电压、输入至电机130的相电流确定脉宽调制信号的脉冲宽度。

载波频率计算模块170用于计算脉宽调制信号的载波频率。

脉宽调制模块140用于依据脉宽调制信号的脉冲宽度及载波频率控制逆变电路126的开关导通状态，从而实现对电机130的控制。

请参阅图2，本发明实施例提供的功率变换电路谐振抑制系统100的电路图。其中，电源电路122为电路提供交流电；整流电路124用于将交流电变换为直流电；薄膜电容用于过滤经整流电路124整流后仍然存在的交流电；逆变电路126与控制模块150电连接，用于在脉宽调制信号的控制下，输出电压至电机130，实现对电机130的控制。

第一实施例

本发明实施例提供了一种功率变换电路谐振抑制方法，用于避免开关频率与谐振频率或者谐振频率的倍数相等而形成较大谐振。请参阅图3，为本发明实施例提供的功率变换电路谐振抑制方法的流程图。该方法应用于功率变换控制系统，功率变换电路谐振抑制方法包括：

步骤S201：接收母线电压、输入至电机130的相电流。

需要说明的是，在本实施例中，输入至电机130的相电流包括u相电流i_u以及v相电流i_v。

步骤S202：基于输入的母线电压、输入至电机130的相电流计算三相输出脉宽。

请参图阅图4，为步骤S202的子步骤流程图。步骤S202包括：

子步骤S2021：接收输入的母线电压、输入至电机130的相电流。

首先接收输入的计算q轴电压指令值以及d轴电压指令值所需的参数。此外，需要说明的是，在本实施例中，输入至电机130的相电流包括u相电流i_u以及v相电流i_v。

子步骤S2022：基于母线电压、述输入至电机130的相电流计算q轴电压给定量及d轴电压给定量。

首先通过u相电流i_u以及v相电流i_v计算w相电流i_w：

i_w＝-i_u-i_v

接着通过u相电流i_u、v相电流i_v以及w相电流i_w计算α轴电流及β轴电流，公式如下所示：

i_α＝i_u

则q轴转矩电流的计算公式为：

i_q＝i_βcosθ-i_αsinθ

d轴转矩电流的计算公式为：

i_d＝i_αcosθ+i_βsinθ

其中，θ为电机130转子永磁体磁链的角度，可通过传统的位置估算算法得出，其计算过程如下：

首先依据下述公式计算反电动势的d轴分量和q轴分量：

其中，估算角度与实际角度的误差

则电机130转子永磁体磁链的角度由以下算式计算：

θ(n)＝θ(n-1)+Δθ

接着依据电机130转子永磁体磁链的角度计算电机转速实际值ω_r：

从而，输入电流峰值参考值i_{q_Ref_peak}可依据电机转速实际值ω_r以及预设定的电机转速参考值计算，其计算公式如下：

i_{q_Ref_peak}＝K_p1*(ω_{r_Ref}-ω_r)+K_i1*∫(ω_{r_Ref}-ω_r)dt

其中，ω_{r_Ref}为电机转速参考值，ω_r为电机转速实际值，K_p1为预设定的第一比例系数，K_i1为预设定的第一积分系数。

接着依据母线电压计算输入电流波形参考i_{q_waveform_Ref}，其计算公式如下：

其中，u_dc为母线电压，k为任意大于零的数。

依据输入电流波形参考i_{q_waveform_Ref}及输入电流峰值参考值i_{q_Ref_peak}计算q轴电流参考值，其计算公式如下：

i_{q_Ref}＝i_{q_waveform_Ref}*i_{q_Ref_peak}

最后依据算式u_q＝K_p2*(i_{q_Ref}-i_q)+K_i2*∫(i_{q_Ref}-i_q)dt计算q轴电流参考值u_q；其中，K_p2为预设定的第二比例系数，K_i2为预设定的第二积分系数。

依据算式u_d＝K_p3*(i_{d_Ref}-i_d)+K_i3*∫(i_{d_Ref}-i_d)dt计算d轴电流参考值u_d；其中，K_p3为预设定的第三比例系数，K_i3为预设定的第三积分系数。

子步骤S2023：基于q轴电压给定量及d轴电压给定量计算三相输出脉宽。

u_α＝u_d cosθ-u_q sinθ

u_β＝u_d sinθ+u_q cosθ

u_u＝u_α

步骤S203：基于预设定的载波频率标准值、预设定的载波频率变化量及预建立的随机数发生模型计算载波频率。

请参图阅图5，为步骤S203的子步骤流程图。步骤S203包括：

子步骤S2031：基于预建立的随机数发生模型生成随机数。

需要说明的是，通过预建立的随机数发生模型生成的随机数大于等于-1且小于等于1。

子步骤S2032：基于预设定的载波频率标准值、载波频率变化量及随机数计算载波频率。

具体地，通过算式F＝f_set+Δf*N计算载波频率，其中，F为载波频率，f_set为预设定的载波频率标准值，Δf为预设定的载波频率变化量，N为随机数。

可以理解地，载波频率F的范围为：f_set-Δf≤F≤f_set+Δf。

步骤S204：基于三相输出脉宽、载波频率及母线电压生成脉宽调制信号。

请参图阅图6，为步骤S204的子步骤流程图。步骤S204包括：

子步骤S2041：基于三相输出脉宽及母线电压分别计算U、V、W三相的目标电压值。

具体地，U、V、W三相的目标电压值分别通过以下算式计算：

其中，U_U-N、U_V-N、U_U-N分别为U、V、W三相的目标电压值。

子步骤S2042：基于U、V、W三相的目标电压值及预设定的三角波幅值分别计算U、V、W三相的比较值。

具体地，通过以下算式对U、V、W三相的比较值进行计算：

CompU＝A*u_U-N/u_dc

CompV＝A*u_V-N/u_dc

CompW＝A*u_W-N/u_dc

其中，CompU、CompV、CompW分别为U、V、W三相的比较值，A为预设定的三角波幅值。

子步骤S2043：分别判断U、V、W三相的比较值是否大于三角波幅值，如果是，则执行子步骤S2044；如果否，则执行子步骤S2045。

CompU>A

CompV>A

即判断CompU、CompV、CompW是否满足CompW>A。

子步骤S2044：确定脉宽调制信号对应相的值为1。

例如，当满足CompU>A时，PWM_U＝1；当满足CompV>A时，PWM_V＝1；当满足CompW>A时，PWM_W＝1。

其中，PWM_U、PWM_V及PWM_W分别为脉宽调制信号U、V、W三相的输出。

子步骤S2045：确定脉宽调制信号对应相的值为0。

例如，当满足CompU≤A时，PWM_U＝0；当满足CompV≤A时，PWM_V＝0；当满足CompW≤A时，PWM_W＝0。

第二实施例

本发明实施例提供的一种功率变换电路谐振抑制装置200，用于避免开关频率与谐振频率或者谐振频率的倍数相等而形成较大谐振。需要说明的是，本实施例所提供的功率变换电路谐振抑制装置200，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。

请参阅图7，为本发明实施例提供的功率变换电路谐振抑制装置200的功能模块图。功率变换电路谐振抑制装置200包括：参数接收单元210、计算单元220及脉宽调制信号生成单元230。

参数接收单元210用于接收母线电压、输入至电机130的相电流。

可以理解地，参数接收单元210可用于执行步骤S201。

计算单元220用于基于输入的母线电压、输入至电机130的相电流计算三相输出脉宽。

可以理解地，计算单元220可用于执行步骤S202、子步骤S2021、子步骤S2022及子步骤S2023。

计算单元220还用于基于预设定的载波频率标准值、预设定的载波频率变化量及预建立的随机数发生模型计算载波频率。

具体地，计算单元220首先基于预建立的随机数发生模型生成随机数。

需要说明的是，通过预建立的随机数发生模型生成的随机数大于等于-1且小于等于1。

计算单元220再基于预设定的载波频率标准值、载波频率变化量及随机数计算载波频率。

具体地，通过算式F＝f_set+Δf*N计算载波频率，其中，F为载波频率，f_set为预设定的载波频率标准值，Δf为预设定的载波频率变化量，N为随机数。

可以理解地，载波频率F的范围为：f_set-Δf≤F≤f_set+Δf。

可以理解地，计算单元220可用于执行步骤S203、子步骤S2031以及子步骤S2032。

脉宽调制信号生成单元230用于基于三相输出脉宽、载波频率及母线电压生成脉宽调制信号。

具体地，脉宽调制信号生成单元230首先基于三相输出脉宽及母线电压分别计算U、V、W三相的目标电压值。

具体地，U、V、W三相的目标电压值分别通过以下算式计算：

其中，U_U-N、U_V-N、U_U-N分别为U、V、W三相的目标电压值。

脉宽调制信号生成单元230再基于U、V、W三相的目标电压值及预设定的三角波幅值分别计算U、V、W三相的比较值。

具体地，通过以下算式对U、V、W三相的比较值进行计算：

CompU＝A*u_U-N/u_dc

CompV＝A*u_V-N/u_dc

CompW＝A*u_W-N/u_dc

其中，CompU、CompV、CompW分别为U、V、W三相的比较值，A为预设定的三角波幅值。

脉宽调制信号生成单元230再分别判断U、V、W三相的比较值是否大于与三角波幅值，并在当U、V、W三相的比较值大于三角波幅值时，确定所述脉宽调制信号对应相的值为1；当U、V、W三相的比较值大于三角波幅值时，确定所述脉宽调制信号对应相的值为0。

可以理解地，脉宽调制信号生成单元230可用于执行步骤S204、子步骤S2041、子步骤S2042、子步骤S2043、子步骤S2044以及子步骤S2045。

综上所述，本发明实施例提供的功率变换电路谐振抑制方法及装置，通过接收输入的母线电压、输入至电机的相电流等参数，确定三相输出脉宽，接着基于预设定的载波频率标准值、预设定的载波频率变化量及预建立的随机数发生模型确定载波频率，从而基于三相输出脉宽及载波频率确定了脉宽调制信号；由于脉宽调制信号的载波频率是随机的，因此功率变换电路中逆变电路的开关周期不固定，从而避免了与谐振频率或者谐振频率的倍数相等形成较大谐振，整机电流文波小，电感发热少，增强了功率变换电路的稳定性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。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、物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、物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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种功率变换电路谐振抑制方法，其特征在于，所述功率变换电路谐振抑制方法包括： 接收母线电压、输入至电机的相电流； 基于输入的母线电压、输入至电机的相电流计算三相输出脉宽； 基于预设定的载波频率标准值、预设定的载波频率变化量及预建立的随机数发生模型计算载波频率； 基于所述三相输出脉宽、所述载波频率及所述母线电压生成脉宽调制信号；

其中，基于输入的母线电压、输入至电机的相电流计算三相输出脉宽具体包括以下步骤：

1）接收输入的母线电压、输入至电机的相电流；

2）基于所述母线电压、所述输入至电机的相电流计算q轴电压给定量及d轴电压给定量，依据母线电压计算输入电流波形参考i _{q_waveform_Ref} ，公式如下：

i _{q_waveform_Ref=} ku ² _dc ，其中u_dc为母线电压，k为任意大于零的数；

依据输入电流波形参考i _{q_waveform_Ref} 及输入电流峰值参考值i_{q_Ref_peak}计算q轴电流参考值；

3）基于q轴电压给定量及d轴电压给定量计算三相输出脉宽。

2.如权利要求1所述的功率变换电路谐振抑制方法，其特征在于，所述基于预设定的载波频率标准值、预设定的载波频率变化量及预建立的随机数发生模型计算载波频率的步骤包括： 基于所述预建立的随机数发生模型生成随机数； 基于所述预设定的载波频率标准值、所述载波频率变化量及所述随机数计算所述载波频率。

3.如权利要求2所述的功率变换电路谐振抑制方法，其特征在于，所述基于所述预设定的载波频率标准值、所述载波频率变化量及所述随机数计算所述载波频率的步骤包括： 通过算式F＝f_set+Δf*N计算所述载波频率，其中，F为载波频率，f_set为预设定的载波频率标准值，Δf为预设定的载波频率变化量，N为随机数。

4.如权利要求3所述的功率变换电路谐振抑制方法，其特征在于，所述随机数大于等于-1且小于等于1。

5.如权利要求1所述的功率变换电路谐振抑制方法，其特征在于，所述基于所述三相输出脉宽、所述载波频率及所述母线电压生成脉宽调制信号的步骤包括： 基于所述三相输出脉宽及所述母线电压分别计算U、V、W三相的目标电压值； 基于所述U、V、W三相的目标电压值及预设定的三角波幅值分别计算U、V、W三相的比较值； 当U、V、W三相的比较值大于三角波幅值时，确定所述脉宽调制信号对应相的值为1； 当U、V、W三相的比较值小于三角波幅值时，确定所述脉宽调制信号对应相的值为0。

6.一种功率变换电路谐振抑制装置，其特征在于，所述功率变换电路谐振抑制装置包括： 参数接收单元，用于接收母线电压、输入至电机的相电流； 计算单元，用于基于输入的母线电压、输入至电机的相电流计算三相输出脉宽； 所述计算单元还用于基于预设定的载波频率标准值、预设定的载波频率变化量及预建立的随机数发生模型计算载波频率； 脉宽调制信号生成单元，用于基于所述三相输出脉宽、所述载波频率及所述母线电压生成脉宽调制信号；

其中，参数接收单元基于输入的母线电压、输入至电机的相电流计算三相输出脉宽具体包括以下步骤：

1）接收输入的母线电压、输入至电机的相电流；

2）基于所述母线电压、所述输入至电机的相电流计算q轴电压给定量及d轴电压给定量，依据母线电压计算输入电流波形参考i _{q_waveform_Ref} ，公式如下：

i _{q_waveform_Ref=} ku ² _dc ，其中u_dc为母线电压，k为任意大于零的数；

依据输入电流波形参考i _{q_waveform_Ref} 及输入电流峰值参考值i_{q_Ref_peak}计算q轴电流参考值；

3）基于q轴电压给定量及d轴电压给定量计算三相输出脉宽。

7.如权利要求6所述的功率变换电路谐振抑制装置，其特征在于，所述计算单元用于基于所述预建立的随机数发生模型生成随机数； 所述计算单元还用于基于所述预设定的载波频率标准值、所述载波频率变化量及所述随机数确定所述脉宽调制信号的载波频率。

8.如权利要求7所述的功率变换电路谐振抑制装置，其特征在于，所述计算单元用于通过算式F＝f_set+Δf*N计算所述载波频率，其中，F为载波频率，Δf为载波频率变化量，N为随机数，f_set为预设定的载波频率标准值。

9.如权利要求8所述的功率变换电路谐振抑制装置，其特征在于，所述随机数大于等于-1且小于等于1。

10.如权利要求6所述的功率变换电路谐振抑制装置，其特征在于，所述脉宽调制信号生成单元用于基于所述三相输出脉宽及所述母线电压分别计算U、V、W三相的目标电压值；所述脉宽调制信号生成单元还用于基于所述U、V、W三相的目标电压值及预设定的三角波幅值分别计算U、V、W三相的比较值； 所述脉宽调制信号生成单元还用于当U、V、W三相的比较值大于三角波幅值时，确定所述脉宽调制信号对应相的值为1； 所述脉宽调制信号生成单元还用于当U、V、W三相的比较值小于三角波幅值时，确定所述脉宽调制信号对应相的值为0。