CN109387701B - 三相变流装置及电容估算方法 - Google Patents

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Abstract

一种电容估算方法，应用于三相变流装置中。三相变流装置包含三相变流器与处理器，并由处理器执行以下步骤：(a)输出非基频信号至三相变流器中，使三相变流器的母线电压产生非基频波动；(b)取得三相变流器的母线电压；(c)根据母线电压、母线电容估计值、输入功率及三相变流器的输出功率得到母线电压估计值；(d)母线电压及母线电压估计值经过滤波环节，分别输出与非基频波动对应的第一交流分量和第二交流分量；以及(e)依据第一交流分量、第二交流分量及母线电容初始值，估算母线电容值。

Description

三相变流装置及电容估算方法
技术领域
本发明是关于一种变流装置与变流装置内部元件参数值的估算方法，且特别是有关于一种三相变流装置及三相变流装置的电容估算方法。
背景技术
于三相系统中(诸如变流器、变频器等系统中)，直流母线电容的大小对系统稳定运行有一定的影响，需要快速、准确地在线检测直流母线电容的数值，从而对电容寿命进行合理评估，必要时提出警告，及时进行维修养护，保护系统稳定运行。
目前检测三相系统的直流母线电容的数值有若干方式，诸如可采用独立检测装置，直接接入电容两端，以计算得到母线电容，不依赖三相系统，独立供电和控制。例如在交流侧添加大电感，利用电感与电容之间的谐振效应计算得到母线电容数值。然而，若采用上述方式进行检测，则需外接设备，成本较高。
此外，若基于三相变流器本身来进行检测，一般而言其检测方式会与产品应用场合相结合而不利于推广运用，如某电梯公司将对于直流侧电容的估算与电梯轿箱位置信息结合在一起。再者，同样基于三相变流器本身来进行检测，例如在三相变流器直流母线预充电过程中对电容数值进行估算，则可能导致以下缺点：1.电容数值的检测只能在预充电时检测一次，稳定运行时电容数值变化无法检测到；2.通过功率预计电容所携带的能量可能估计不准，影响电容数值估计的准确性。另外，同样基于三相变流器本身来进行检测，在三相变流器运行过程中采集母线电压的纹波电压，并根据电容特性直接估计电容数值，则可能导致以下缺点：高频纹波不易准确检测，影响电容估算精度。
由此可见，上述现有的方式，显然仍存在不便与缺陷，而有待改进。为了解决上述问题，相关领域莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来仍未发展出适当的解决方案。
发明内容
发明内容旨在提供本揭示内容的简化摘要，以使阅读者对本揭示内容具备基本的理解。此发明内容并非本揭示内容的完整概述，且其用意并非为指出本发明实施例的重要/关键元件或界定本发明的范围。
为达上述目的，本发明揭示一种电容估算方法，应用于三相变流装置中。三相变流装置包含三相变流器与处理器，并由处理器执行以下步骤：(a)输出非基频信号至三相变流器中，使三相变流器的母线电压产生非基频波动；(b)取得三相变流器的母线电压；(c)根据母线电压、母线电容估计值、输入功率及三相变流器的输出功率得到母线电压估计值；(d)母线电压及母线电压估计值经过滤波环节，分别输出与非基频波动对应的第一交流分量和第二交流分量；以及(e)依据第一交流分量、第二交流分量及母线电容初始值，估算母线电容值。
在一实施例中，于步骤(a)中，非基频信号为二倍频信号，使母线电压产生二倍频波动。
在另一实施例中，步骤(c)包含：步骤(c1)：对母线电压估计值进行闭环控制，母线电压与母线电压估计值的差值，经过调节后与母线电容估计值相乘，得到输入功率；步骤(c2)：根据三相变流器的输出电压和输出电流，计算输出功率，且输入功率与输出功率相减得到母线电容功率；以及步骤(c3)：根据母线电容功率，母线电容估计值及母线电压的平均值，计算母线电压估计值。
于再一实施例中，滤波环节包含一第一带通滤波器用以输出第一交流分量；及一第二带通滤波器，用以输出第二交流分量；其中第一交流分量与母线电压相关，第二交流分量与母线电压估计值相关。
在又一实施例中，第一带通滤波器与第二带通滤波器均为二阶带通滤波器，且第一交流分量与第二交流分量均为二倍频交流分量。
在一实施例中，步骤(e)包含：步骤(e1)：获取第一交流分量的峰值及第二交流分量的峰值，并对峰值进行取倒数运算，分别得到第一信号和第二信号；步骤(e2)：计算第一信号与第二信号的差值，对差值进行调节得到母线电容偏差值；以及步骤(e3)：母线电容偏差值与母线电容初始值相加得到估算的母线电容值。
在另一实施例中，根据估算的母线电容值实时更新母线电容估计值。
在又一实施例中，电容估计值为电容初始值。
于再一实施例中，步骤(e)包含：步骤(e1)：获取第一交流分量的峰值及第二交流分量的峰值，并对峰值进行取倒数运算，分别得到第一信号和第二信号；步骤(e2)：计算第一信号与第二信号的差值，对差值进行下垂控制得到母线电容偏差值；以及步骤(e3)：母线电容偏差值与母线电容初始值相加得到估算的母线电容值。
为达上述目的，本发明还提供一种三相变流装置，其中一非基频信号输入至三相变流器中，使三相变流器的母线电压产生非基频波动，此三相变流装置包含三相变流器、母线电压估测器以及母线电容估测器。母线电压估测器取得三相变流器的母线电压，并根据母线电压、母线电容估计值、输入功率及三相变流器的输出功率得到母线电压估计值。母线电容估测器用以对母线电压及母线电压估计值进行滤波，以分别输出与非基频波动对应的第一交流分量和第二交流分量。母线电容估测器更用以依据第一交流分量，第二交流分量及母线电容初始值，估算母线电容值。
在一实施例中，非基频信号为二倍频信号，使母线电压产生二倍频波动。
在另一实施例中，母线电压估测器用以对母线电压估计值进行闭环控制，母线电压估测器包含第一逻辑模块、第一调节模块、母线电容取得模块、第二逻辑模块以及母线电压估算模块。第一逻辑模块用以取得母线电压与母线电压估计值的差值。第一调节模块用以对母线电压与母线电压估计值的差值进行调节，以取得调节信号。母线电容取得模块用以将调节信号与母线电容估计值相乘，以得到输入功率。第二逻辑模块用以取得输出功率，并将输入功率与输出功率相减得到母线电容功率。母线电压估算模块用以根据母线电容功率、母线电容估计值及母线电压的平均值，以计算母线电压估计值。
于再一实施例中，母线电容估测器包含第一带通滤波器以及第二带通滤波器。第一带通滤波器用以输出第一交流分量。第二带通滤波器用以输出第二交流分量。其中第一交流分量与母线电压相关，第二交流分量与母线电压估计值相关。
在又一实施例中，第一带通滤波器与第二带通滤波器均为二阶带通滤波器，且第一交流分量与第二交流分量均为二倍频交流分量。
在一实施例中，母线电容估测器更包含峰值取得模块、倒数运算模块、第三逻辑模块、第二调节模块、以及第五逻辑模块。峰值取得模块用以获取第一交流分量的峰值及第二交流分量的峰值。倒数运算模块用以对该些峰值进行取倒数运算，分别得到第一信号和第二信号。第三逻辑模块用以计算第一信号与第二信号的差值。第二调节模块用以对第一信号与第二信号的差值进行调节得到母线电容偏差值。第五逻辑模块用以将母线电容偏差值与母线电容初始值相加得到估算的母线电容值。
在另一实施例中，根据估算的母线电容值实时更新母线电容估计值。
于再一实施例中，电容估计值为电容初始值。
在又一实施例中，母线电容估测器更包含峰值取得模块、倒数运算模块、第三逻辑模块、下垂控制模块以及第四逻辑模块。峰值取得模块用以获取第一交流分量的峰值及第二交流分量的峰值。倒数运算模块用以对该些峰值进行取倒数运算，分别得到第一信号和第二信号。第三逻辑模块用以计算第一信号与第二信号的差值。下垂控制模块用以对第一信号与第二信号的差值进行下垂控制得到母线电容偏差值。第四逻辑模块用以将母线电容偏差值与母线电容初始值相加得到估算的母线电容值。
因此，根据本发明的技术内容，本发明实施例藉由提供一种三相变流装置及电容估算方法，藉以改善采用独立检测装置以计算得到三相变流装置的母线电容时，需外接设备且成本较高的问题，并改善基于三相变流器本身来进行检测时，电容的估算与其余信息结合在一起、电容数值的检测只能在预充电时检测一次、利用高频纹波不易准确检测而影响电容估算精度…种种问题。本发明提出的电容估算方法可实现在线实时检测电容值，成本低。
由上述元件设计或操作方式，使其成为适应性广泛的双向功率变换装置，而得以适应很宽的电池电压范围和电网电压范围，并且具有转换效率高及输入端与输出端之间的安全隔离。
在参阅下文实施方式后，本发明所属技术领域中具有通常知识者当可轻易了解本发明的基本精神及其他发明目的，以及本发明所采用的技术手段与实施态样。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：
图1为依照本发明一实施例绘示一种电容估算方法的流程示意图。
图2为依照本发明一实施例绘示一种三相变流装置的示意图。
图3为依照本发明另一实施例绘示一种如图2所示的三相变流装置的部分电路的控制框图。
图4为依照本发明再一实施例绘示一种如图2所示的三相变流装置的部分电路的控制图。
图5为依照本发明又一实施例绘示一种如图2所示的三相变流装置的部分电路的控制框图。
其中附图标记为：
100：电容估算方法 110～150：步骤
200：三相变流装置 201：第一逻辑模块
202：第一调节模块 201A～201B：第一逻辑模块
202A～202B：第一调节模块 208：峰值取得模块
203：母线电容取得模块 209：倒数运算模块
203A～203B：母线电容取得模块 210：三相变流器
204：第二逻辑模块 205：母线电压估算模块
204A～204B：第二逻辑模块 205A～205B：母线电容取得模块
206：第一带通滤波器 231:网侧变换器
207：第二带通滤波器 232:电感-电容滤波器
207A～207B：第二带通滤波器 233:交流保险丝
222：母线电压估测器 234:网端主连接器
224：母线电容估测器 235:软启电路
212：下垂控制模块 211：第三逻辑模块
213：第二调节模块 214：第四逻辑模块
900电网 215：第五逻辑模块
根据惯常的作业方式，图中各种特征与元件并未依比例绘制，其绘制方式是为了以最佳的方式呈现与本发明相关的具体特征与元件。此外，在不同图式间，以相同或相似的元件符号来指称相似的元件/部件。
具体实施方式
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的具体实施例进行了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以构建与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其他具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
除非本说明书另有定义，此处所用的科学与技术词汇的含义与本发明所属技术领域中具有通常知识者所理解与惯用的意义相同。此外，在不和上下文冲突的情形下，本说明书所用的单数名词涵盖该名词的复数型；而所用的复数名词时亦涵盖该名词的单数型。
另外，关于本文中所使用的“耦接”，可指二或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，亦可指二或多个元件相互操作或动作。
图1为依照本发明一实施例绘示一种电容估算方法100的流程示意图。如图所示，电容估算方法100包含以下步骤：
步骤110：输出非基频信号至三相变流器中，使三相变流器的母线电压产生非基频波动；
步骤120：取得三相变流器的母线电压；
步骤130：根据母线电压、母线电容估计值、输入功率及三相变流器的输出功率得到母线电压估计值；
步骤140：母线电压及母线电压估计值经过滤波环节，分别输出与非基频波动对应的第一交流分量和第二交流分量；以及
步骤150：依据第一交流分量、第二交流分量及母线电容初始值，估算母线电容值。
为使电容估算方法100的步骤易于理解，请一并参阅图2，其为依照本发明一实施例绘示一种三相变流装置200的示意图。如图所示，三相变流装置200包含三相变流器210、母线电压估测器222以及母线电容估测器224。于结构上，母线电压估测器222及母线电容估测器224皆耦接于三相变流器210，另外，母线电压估测器222与母线电容估测器224耦接。
此外，三相变流器210包含网侧变换器231、电感-电容滤波器232、交流保险丝233、电网端主连接器234及软启电路235。电感-电容滤波器232耦接于网侧变换器231用以对其输出进行滤波，交流保险丝233耦接于电感-电容滤波器232与电网端主连接器234之间，电网端主连接器234用以与电网连接，软启电路235耦接于网侧变换器231与电感-电容滤波器232。
请参阅步骤110，输出非基频信号至三相变流器210中，使三相变流器210的母线电压产生非基频波动。于步骤120中，可藉由母线电压估测器222以取得三相变流器210的母线电压。
为使步骤130易于理解，请一并参阅图3，其为依照本发明另一实施例绘示一种如图2所示的三相变流装置200的部分电路的控制框图。于步骤130中，可藉由母线电压估测器222根据母线电压Vbus、母线电容估计值Cdc_est、输入功率Pin_est及三相变流器210的输出功率Pout得到母线电压估计值Vbus_est。
于步骤140中，可藉由母线电容估测器224以对母线电压Vbus及母线电压估计值Vbus_est进行滤波，以分别输出与非基频波动对应的第一交流分量
Figure BDA0001368405400000071
和第二交流分量
Figure BDA0001368405400000072
于步骤150中，可藉由母线电容估测器224以依据第一交流分量
Figure BDA0001368405400000073
第二交流分量
Figure BDA0001368405400000074
及母线电容初始值Cdc0，估算母线电容值。
在一些实施例中，上述非基频信号为二倍频信号，使母线电压Vbus产生二倍频波动。
在另一实施例中，上述步骤130包含以下流程：
步骤132：对母线电压估计值进行闭环控制，母线电压与母线电压估计值的差值，经过调节后与母线电容估计值相乘，得到输入功率；
步骤134：根据三相变流器的输出电压和输出电流，计算输出功率，且输入功率与输出功率相减得到母线电容功率；以及
步骤136：根据母线电容功率，母线电容估计值及母线电压的平均值，计算母线电压估计值。
请参阅步骤132，可藉由母线电压估测器222对母线电压估计值Vbus_est进行闭环控制，并藉由母线电压估测器222的第一逻辑模块201计算母线电压Vbus与母线电压估计值Vbus_est的差值，再藉由母线电压估测器222的第一调节模块202进行调节后得到调节信号，又藉由母线电容取得模块203将调节信号与母线电容估计值Cdc_est相乘，以得到输入功率Pin_est。其中第一调节模块202为比例积分调节器，但不以此为限，其中比例系数kp2与积分系数ki2可由下文的计算公式得到。第一调节模块202与母线电容取得模块203构成输入功率计算环节。
于步骤134中，根据三相变流器210的输出电压和输出电流，计算输出功率Pout，并藉由母线电压估测器222的第二逻辑模块204将输入功率Pin_est与输出功率Pout相减得到母线电容功率Pc_est。
于步骤136中，可藉由母线电压估计模块205根据母线电容功率Pc_est，母线电容估计值Cdc_est及母线电压Vbus的平均值Vbus_ave，计算母线电压估计值Vbus_est。
于再一实施例中，母线电容估测器224的滤波环节包含第一带通滤波器206及第二带通滤波器207。第一带通滤波器206用以对母线电压Vbus进行滤波并输出第一交流分量
Figure BDA0001368405400000081
第二带通滤波器207用以对母线电压估计值Vbus_est进行滤波并输出第二交流分量
Figure BDA0001368405400000082
在又一实施例中，第一带通滤波器206与第二带通滤波器207均为二阶带通滤波器，且第一交流分量
Figure BDA0001368405400000083
与第二交流分量
Figure BDA0001368405400000084
均为二倍频交流分量。
在一实施例中，上述步骤150包含以下步骤：
步骤152：获取第一交流分量的峰值及第二交流分量的峰值，并对峰值进行取倒数运算，分别得到第一信号
Figure BDA0001368405400000085
和第二信号
Figure BDA0001368405400000086
步骤154：计算第一信号与第二信号的差值，对差值进行调节得到母线电容偏差值，如比例积分调节，但不以此为限，其中比例积分调节中的比例系数kp3和积分系数ki3可根据实际情况自行设定和调整，如经过多次实验得到；以及步骤156：母线电容偏差值与母线电容初始值相加得到估算的母线电容值。
请参阅步骤152，可藉由母线电容估测器224的峰值取得模块208获取第一交流分量
Figure BDA0001368405400000087
的峰值及第二交流分量
Figure BDA0001368405400000088
的峰值，再藉由母线电容估测器224的倒数运算模块209对峰值进行取倒数运算，分别得到第一信号
Figure BDA0001368405400000089
和第二信号
Figure BDA00013684054000000810
请参阅步骤154，可藉由母线电容估测器224的第三逻辑模块211计算第一信号
Figure BDA00013684054000000812
与第二信号
Figure BDA00013684054000000811
的差值，再藉由母线电容估测器224的第二调节模块213对差值进行调节得到母线电容偏差值。其中第二调节模块213可为比例积分调节器，但不以此为限。
请参阅步骤156，可藉由母线电容估测器224的第五逻辑模块215将母线电容偏差值与母线电容初始值Cdc0相加得到估算的母线电容值。
在另一实施例中，根据母线电容估测器224估算的母线电容值实时更新母线电压估测器222中的母线电容估计值Cdc_est。直至整个控制环路稳定，最终得到的母线电容值Cdc_est即为估算出的母线电容值。初始化过程中，电容估计值Cdc_est设定为电容初始值Cdc0，后续过程进行实时更新。
上述详细步骤说明，描述方案对应为本发明提出的闭环实施方案，适用于对母线电容在线估计的精度要求较高的场合。本发明还提出了开环实施方案，计算简单，执行速度快，适用于对母线电容在线估计的精度要求较低的场合。
在另一实施例中，为使步骤150易于理解，请一并参阅图4，其为依照本发明另一实施例绘示一种如图2所示的三相变流装置200的部分电路的控制框图。上述步骤150包含以下步骤：
步骤152：获取第一交流分量的峰值及第二交流分量的峰值，并对峰值进行取倒数运算，分别得到第一信号和第二信号；
步骤154：计算第一信号与第二信号的差值，对差值进行下垂控制得到母线电容偏差值；以及
步骤156：母线电容偏差值与母线电容初始值相加得到估算的母线电容值。
请参阅步骤152，可藉由母线电容估测器224的峰值取得模块208获取第一交流分量
Figure BDA0001368405400000091
的峰值及第二交流分量
Figure BDA0001368405400000092
的峰值，再藉由母线电容估测器224的倒数运算模块209对峰值进行取倒数运算，分别得到第一信号
Figure BDA0001368405400000093
和第二信号
Figure BDA0001368405400000094
请参阅步骤154，可藉由母线电容估测器224的第三逻辑模块211计算第一信号
Figure BDA0001368405400000095
与第二信号
Figure BDA0001368405400000096
的差值，再藉由母线电容估测器224的下垂控制模块212对差值进行下垂控制得到母线电容偏差值。其中，下垂控制的系数kdroop可通过下文中的公式得到。
请参阅步骤156，可藉由母线电容估测器224的第四逻辑模块214将母线电容偏差值与母线电容初始值Cdc0相加得到估算的母线电容值。
与闭环实施方案相比，在开环实施方案中，母线电压估测器222中的母线电容估计值保持为电容初始值Cdc0，其余的计算控制方法与闭环实施方案类似，此处不再赘述。直至整个控制环路稳定，最终得到的母线电容值Cdc_est即为估算出的母线电容值。
在又一实施例中，可在母线电容估测器224中加入前馈调节，以加快响应速度。具体如图5所示，前馈调节由下垂控制模块212实现，下垂控制模块212的输入为第一信号
Figure BDA0001368405400000101
和根据第二母线电压估计值Vbus_est1的交流分量获得的第三信号
Figure BDA0001368405400000102
其中，在母线电压估测器222中增加第二母线电压估计模块，即根据电容初始值Cdc0得到第二母线电压估计值Vbus_est1，详细过程已在上文中叙明，此处不再赘述。下垂控制模块212的输出为偏差量信号，叠加在PI调节器213的输出上，得到母线电容偏差值。图5的其余环节与图3基本类似，此处不再赘述。
举例而言，注入负序电流至三相变流器后，产生了负序功率，将会在母线电压上产生二倍频的波动(如图1所示的步骤110)。根据母线电压波动的幅度来估算母线电容的值。电压的二倍频波动可以通过电容的容抗-电流-电压模型和功率的关系式进行计算。公式如下：
Figure BDA0001368405400000103
其中ωn＝2πrad/s。
本发明的设计思想如后：实际母线电压包含直流分量和交流分量两部分，估算的母线电压也包含直流分量和交流分量两部分。因此，可采用以下方式逐步计算所需结果：
1.利用二阶低通滤波器提取实际母线电压的直流分量和二倍频交流分量，见式(2)：
Figure BDA0001368405400000104
2.利用二阶带通滤波器提取实际母线电压的二倍频交流分量，见式(3)：
Figure BDA0001368405400000105
3.计算总的输出功率，根据式(1)得到估计的母线电压，利用二阶带通滤波器提取估测电压的二倍频交流分量，见式(4)：
Figure BDA0001368405400000106
4.当估测母线电压的二倍频交流分量和实际母线电压的二倍频交流分量能够相消去，则估测的母线电压和实际母线电压完全一致；
5.当估测的母线电容和实际的母线电容一致时，估测母线电压的二倍频交流分量和实际母线电压的二倍频交流分量能够相消去。数学模型见式(5)、(6)：
Figure BDA0001368405400000111
Figure BDA0001368405400000112
对式(6)进行整理后，可得到以下式(7)：
Figure BDA0001368405400000113
其中ki1＝1/(Vbus_ave)，kp2＝2ζωnVbus_ave，ki2＝Vbus_aveωn 2。
由上述计算方式可知，对母线电压估计值进行闭环控制，经过比例积分调节器(PI调节器)得到输入功率，与输出功率做差得到电容上的功率，继而得到电容电流，对电流进行积分得到估计的母线电压，完成闭环控制。上述计算流程可整理成如图3和图4所示的电路控制方块图。
再者，闭环控制方案的设计思想如后：注入负序电流，导致电压二倍频波动，功率波动引发电压波动，提取电压波动峰值，根据如下数学模型，对电容进行估算。
Figure BDA0001368405400000114
上述计算公式(8)中采用输出功率Pout代替电容功率，因为两者基本相等，其差值主要是由母线电容的内阻引起的功率损耗，可以忽略不计。理论分析，当估测电容值和实际电容值一致时，注入相同的负序功率，所产生的母线电压二倍基频波动幅值一致。利用二阶带通滤波器提取实测母线电压二倍频分量和估测母线电压二倍频分量，随后提取峰值，取倒数后，按如图3的架构进行闭环运算。其中，取峰值方便进行数字运算。
另一方面，开环控制方案的设计思想如后：注入负序电流至三相变流器，导致电压二倍频波动，功率波动引发电压波动，提取电压波动峰值，根据式(8)数学模型，对电容进行估算。理论分析，利用二阶带通滤波器提取实测母线电压二倍频分量和估测母线电压二倍频分量，随后提取峰值，取倒数后，按如图4的架构进行开环控制。
以注入2倍频信号为例，简单描述一种信号注入方法。传统三相变流装置的控制策略是母线电压闭环控制和交流侧电流闭环控制的双闭环控制系统，基频有功电流给定为母线电压控制环路的输出，对2倍频交流分量的控制目标是将电流的2倍频分量控制为零，或者将母线电压的2倍频波动控制为零。在一实施例中，将2倍频电流分量加入固定的电流给定，叠加在基频上就是2倍基频波动，从而在交流侧电流中产生2倍频分量，母线上的功率产生2倍频波动，相应的母线电压产生2倍频波动。上述仅是描述了一种非基频信号的注入方法，本发明并不以此为限。
所属技术领域中具有通常知识者当可明白，电容估算方法100中的各步骤依其执行的功能予以命名，仅是为了让本发明的技术更加明显易懂，并非用以限定该步骤。将各步骤予以整合成同一步骤或分拆成多个步骤，或者将任一步骤更换到另一步骤中执行，皆仍属于本揭示内容的实施方式。
由上述本发明实施方式可知，应用本发明具有下列优点。本发明实施例提供一种三相变流装置及电容估算方法，以改善采用独立检测装置以计算得到三相变流装置的母线电容时，需外接设备且成本较高的问题，并改善基于三相变流器本身来进行检测时，电容的估算与其余信息结合在一起、电容数值的检测只能在预充电时检测一次、利用高频纹波不易准确检测而影响电容估算精度…种种问题。
本发明提出的电容估算方法，不依赖外部检测电路或设备，能够实时准确检测直流母线电容数值，完成直流母线电容的在线检测，特别适用于三相变流装置。
虽然上文实施方式中公开了本发明的具体实施例，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不背离本发明的原理与精神的情形下，当可对其进行各种更动与修饰，因此本发明的保护范围当以附随申请专利范围所界定者为准。

Claims (18)

1.一种电容估算方法，应用于一三相变流装置，其特征在于，该三相变流装置包含一三相变流器与一处理器，并由该处理器执行以下步骤，包含：
(a)输出一非基频信号至该三相变流器中，使该三相变流器的一母线电压产生非基频波动；
(b)取得该三相变流器的该母线电压；
(c)根据该母线电压、一母线电容估计值、一输入功率及该三相变流器的一输出功率得到一母线电压估计值；
(d)该母线电压及该母线电压估计值经过一滤波环节，分别输出与该非基频波动对应的一第一交流分量和一第二交流分量；以及
(e)依据该第一交流分量、该第二交流分量及一母线电容初始值，估算一母线电容值。
2.如权利要求1所述的电容估算方法，其特征在于，步骤(a)中，该非基频信号为二倍频信号，使该母线电压产生二倍频波动。
3.如权利要求1或2任一项所述的电容估算方法，其特征在于，步骤(c)包含：
步骤(c1)：对该母线电压估计值进行闭环控制，该母线电压与该母线电压估计值的差值，经过调节后与该母线电容估计值相乘，得到该输入功率；
步骤(c2)：根据该三相变流器的输出电压和输出电流，计算该输出功率，且该输入功率与该输出功率相减得到一母线电容功率；以及
步骤(c3)：根据该母线电容功率，该母线电容估计值及该母线电压的平均值，计算该母线电压估计值。
4.如权利要求3所述的电容估算方法，其特征在于，该滤波环节包含一第一带通滤波器用以输出该第一交流分量；及一第二带通滤波器，用以输出该第二交流分量；其中该第一交流分量与该母线电压相关，该第二交流分量与该母线电压估计值相关。
5.如权利要求4所述的电容估算方法，其特征在于，该第一带通滤波器与该第二带通滤波器均为二阶带通滤波器，且该第一交流分量与该第二交流分量均为二倍频交流分量。
6.如权利要求5所述的电容估算方法，其特征在于，步骤(e)包含：
步骤(e1)：获取该第一交流分量的峰值及该第二交流分量的峰值，并对该峰值进行取倒数运算，分别得到一第一信号和一第二信号；
步骤(e2)：计算该第一信号与该第二信号的差值，对该第一信号与该第二信号的该差值进行调节得到一母线电容偏差值；以及
步骤(e3)：该母线电容偏差值与该母线电容初始值相加得到估算的该母线电容值。
7.如权利要求6所述的电容估算方法，其特征在于，根据估算的该母线电容值实时更新该母线电容估计值。
8.如权利要求5所述的电容估算方法，其特征在于，该母线电容估计值为该母线电容初始值。
9.如权利要求8所述的电容估算方法，其特征在于，步骤(e)包含：
步骤(e1)：获取该第一交流分量的峰值及该第二交流分量的峰值，并对该峰值进行取倒数运算，分别得到一第一信号和一第二信号；
步骤(e2)：计算该第一信号与该第二信号的差值，对该第一信号与该第二信号的该差值进行下垂控制得到一母线电容偏差值；以及
步骤(e3)：该母线电容偏差值与该母线电容初始值相加得到估算的该母线电容值。
10.一种三相变流装置，其特征在于，包含：
一三相变流器，其中一非基频信号输入至该三相变流器，使该三相变流器的一母线电压产生非基频波动；
一母线电压估测器，取得该三相变流器的该母线电压，并根据该母线电压、一母线电容估计值、一输入功率及该三相变流器的一输出功率得到一母线电压估计值；以及
一母线电容估测器，用以对该母线电压及该母线电压估计值进行滤波，以分别输出与该非基频波动对应的一第一交流分量和一第二交流分量，其中该母线电容估测器更用以依据该第一交流分量，该第二交流分量及一母线电容初始值，估算一母线电容值。
11.如权利要求10所述的三相变流装置，其特征在于，该非基频信号为二倍频信号，使该母线电压产生二倍频波动。
12.如权利要求10或11任一项所述的三相变流装置，其特征在于，该母线电压估测器用以对该母线电压估计值进行闭环控制，该母线电压估测器包含：
一第一逻辑模块，用以取得该母线电压与该母线电压估计值的差值；
一第一调节模块，用以对该母线电压与该母线电压估计值的该差值进行调节，以取得一调节信号；
一母线电容取得模块，用以将该调节信号与该母线电容估计值相乘，以得到该输入功率；
一第二逻辑模块，用以取得该输出功率，并将该输入功率与该输出功率相减得到一母线电容功率；以及
一母线电压估算模块，用以根据该母线电容功率、该母线电容估计值及该母线电压的平均值，以计算该母线电压估计值。
13.如权利要求12所述的三相变流装置，其特征在于，该母线电容估测器包含：
一第一带通滤波器，用以输出该第一交流分量；以及
一第二带通滤波器，用以输出该第二交流分量；
其中该第一交流分量与该母线电压相关，该第二交流分量与该母线电压估计值相关。
14.如权利要求13所述的三相变流装置，其特征在于，该第一带通滤波器与该第二带通滤波器均为二阶带通滤波器，且该第一交流分量与该第二交流分量均为二倍频交流分量。
15.如权利要求14所述的三相变流装置，其特征在于，该母线电容估测器更包含：
一峰值取得模块，用以获取该第一交流分量的峰值及该第二交流分量的峰值；
一倒数运算模块，用以对该些峰值进行取倒数运算，分别得到一第一信号和一第二信号；
一第三逻辑模块，用以计算该第一信号与该第二信号的差值；
一第二调节模块，用以对该第一信号与该第二信号的该差值进行调节得到一母线电容偏差值；以及
一第五逻辑模块，用以将该母线电容偏差值与该母线电容初始值相加得到估算的该母线电容值。
16.如权利要求15所述的三相变流装置，其特征在于，根据估算的该母线电容值实时更新该母线电容估计值。
17.如权利要求14所述的三相变流装置，其特征在于，该母线电容估计值为该母线电容初始值。
18.如权利要求17所述的三相变流装置，其特征在于，该母线电容估测器更包含：
一峰值取得模块，用以获取该第一交流分量的峰值及该第二交流分量的峰值；
一倒数运算模块，用以对该些峰值进行取倒数运算，分别得到一第一信号和一第二信号；
一第三逻辑模块，用以计算该第一信号与该第二信号的差值；
一下垂控制模块，用以对该第一信号与该第二信号的该差值进行下垂控制得到一母线电容偏差值；以及
一第四逻辑模块，用以将该母线电容偏差值与该母线电容初始值相加得到估算的该母线电容值。
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