CN109586639A

CN109586639A - 一种变频器矢量控制方法、系统及装置

Info

Publication number: CN109586639A
Application number: CN201811640111.3A
Authority: CN
Inventors: 沈文; 王二峰; 吴轩钦
Original assignee: Shenzhen Invt Electric Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Invt Electric Co Ltd
Priority date: 2018-12-29
Filing date: 2018-12-29
Publication date: 2019-04-05

Abstract

本申请公开了一种变频器矢量控制方法，应用于通过LC输出滤波器向电机输出电能的变频器，包括：获取变频器输出电流；根据变频器输出电流、所述LC输出滤波器的电气参数和所述变频器的参考电压，得到对应滤波电容的电流的补偿电流值；根据所述补偿电流值，获取变频器控制参数；利用所述变频器控制参数控制所述变频器。利用本发明中通过变频器输出电流、LC输出滤波器的电气参数和变频器的参考电压得到的补偿电流值，进一步获取变频器控制参数，从而控制变频器能够输出较为理想的电流，调整了变频器输出的无功电流、降低了变频器的输出电压，达到减小电机输入电流、降低电机损耗的效果。本申请还相应公开了一种变频器矢量控制系统和装置。

Description

一种变频器矢量控制方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及电气设备控制技术领域，特别涉及一种变频器矢量控制方法、系统及装置。

背景技术

随着新能源技术、节能技术、高端装备制造等技术的发展，高速离心机、空压机的应用越来越广泛，对变频器的输出频率要求越来越高。但是变频器受限于功率模块的开关频率，利用输出电能直接驱动电机时，电机电流谐波很大，电机发热严重，严重影响电机的性能和使用寿命。

为了减小电机的电流谐波，通常在变频器和电机之间串联LC输出滤波器，将变频器的高频谐波滤除，从而降低电机的发热。现有的大部分角度和转速估计的方法多基于电机本身的数学模型，LC输出滤波器的串入，改变了系统的固有模型。传统只依据纯电机模型的转子位置和速度估计方法，在带LC输出滤波器的系统中出现了一系列的问题。一方面，电流在电感上的压降太大，影响母线电压的利用率，需要提高变频器的输出电压来弥补电感压降的影响；另一方面，滤波器电容上的无功电流注入到电机绕组中，导致电机的输入电流变大，功率因数降低，电机的损耗增加，发热不仅没有因为谐波降低而减少，反而有所增加。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种变频器矢量控制方法、系统及装置，以便控制变频器，降低电流谐波，减弱对电机的影响。其具体方案如下：

一种变频器矢量控制方法，应用于通过LC输出滤波器向电机输出电能的变频器，包括：

获取变频器输出电流；

根据所述变频器输出电流、所述LC输出滤波器的电气参数和所述变频器的参考电压，得到对应所述LC输出滤波器的滤波电容的电流的补偿电流值；

根据所述补偿电流值，获取变频器控制参数；

利用所述变频器控制参数控制所述变频器。

优选的，所述根据所述变频器输出电流、所述LC输出滤波器的电气参数和所述变频器的参考电压，得到对应所述滤波电容的电流的补偿电流值的过程，具体包括：

根据补偿计算公式求解，得到所述补偿电流值，所述补偿计算公式具体为：

其中，u_md和u_mq分别为所述电机的输入电压的d轴分量和q轴分量；

ud^*和ud^*分别为所述变频器的当前参考电压的d轴分量和q轴分量；

i_d和i_q分别为所述变频器输出电流的d轴分量和q轴分量；

ω为所述电机的电角速度，LC输出滤波器的电气参数包括所述LC输出滤波器的滤波电感L_f和滤波电容C_f；i_cd为所述补偿电流值。

优选的，所述根据所述补偿电流值，获取变频器控制参数的过程，具体包括：

根据所述补偿电流值、所述变频器输出电流和所述变频器的当前参考电流，更新当前参考电压；

根据当前参考电压，获取所述变频器控制参数。

优选的，所述获取变频器输出电流的过程，具体包括：

获取所述变频器的三相输出电流；

对所述三相输出电流作Clark变换，得到两相电流分量；

根据所述两相电流分量和当前参考电压进行无速度估计，得到所述电机的转子位置角和运行频率；

根据所述转子位置角和所述三相输出电流，得到所述变频器输出电流的d 轴分量和q轴分量。

优选的，所述变频器的当前参考电流具体包括：

根据所述运行频率和参考频率得到的当前参考电流的q轴分量；

根据当前参考电压和所述电机的预设电压得到的当前参考电流的d轴分量。

优选的，所述根据当前参考电压，获取所述变频器控制参数的过程，具体包括：

根据所述转子位置角，对当前参考电压进行极坐标转换，得到所述变频器控制参数，所述变频器控制参数具体包括当前参考电压的参考电压幅值和电压矢量角。

优选的，利用所述变频器控制参数控制所述变频器的过程，具体包括：

利用所述变频器控制参数进行SVPWM调制，以控制所述变频器。

优选的，所述电机为：

永磁同步电机或异步电机或直流无刷电机。

相应的，本发明还公开了一种变频器矢量控制系统，应用于通过LC输出滤波器向电机输出电能的变频器，包括：

获取模块，用于获取变频器输出电流；

计算模块，用于根据所述变频器输出电流、所述LC输出滤波器的电气参数和所述变频器的参考电压，得到对应所述LC输出滤波器的滤波电容的电流的补偿电流值；

补偿模块，用于根据所述补偿电流值，获取变频器控制参数；

控制模块，用于利用所述变频器控制参数控制所述变频器。

相应的，本发明还公开了一种变频器矢量控制装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文所述变频器矢量控制方法的步骤。

本发明公开了一种变频器矢量控制方法，应用于通过LC输出滤波器向电机输出电能的变频器，包括：获取变频器输出电流；根据所述变频器输出电流、所述LC输出滤波器的电气参数和所述变频器的参考电压，得到对应所述LC输出滤波器的滤波电容的电流的补偿电流值；根据所述补偿电流值，获取变频器控制参数；利用所述变频器控制参数控制所述变频器。利用本发明中通过变频器输出电流、LC输出滤波器的电气参数和变频器的参考电压得到的补偿电流值，进一步获取变频器控制参数，从而控制变频器能够输出较为理想的电流，调整了变频器输出的无功电流、降低了变频器的输出电压，达到减小电机输入电流、降低电机损耗的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种变频器矢量控制方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例中一种主电路拓扑结构图；

图3为本发明实施例中一种具体的变频器矢量控制方法的矢量控制框图；

图4为本发明实施例中一种变频器矢量控制系统的结构分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

本发明实施例公开了一种变频器矢量控制方法，应用于通过LC输出滤波器向电机M输出电能的变频器，参见图1所示，包括：

S1：获取变频器输出电流；

S2：根据所述变频器输出电流、所述LC输出滤波器的电气参数和所述变频器的参考电压，得到对应所述LC输出滤波器的滤波电容的电流的补偿电流值；

可以理解的是，变频器、LC输出滤波器和电机各自的运行参数具有关联性，根据变频器输出电流和原本LC输出滤波器的电气参数，再结合原本变频器的参考电压，就能够计算得出变频器从当前输出电压到参考电压需要的补偿电流值。

S3：根据所述补偿电流值，获取变频器控制参数；

S4：利用所述变频器控制参数控制所述变频器。

进一步的，利用所述变频器控制参数控制所述变频器的过程，具体包括：

利用所述变频器控制参数进行SVPWM调制(space vector pulse widthmodulation空间矢量脉宽调制)，以控制所述变频器。当然，除了利用SVPWM 调制外，还可以使用其他方法调制，向变频器输入PWM控制信号。

具体的，所述电机可以为永磁同步电机或异步电机或直流无刷电机。

本发明公开了一种变频器矢量控制方法，应用于通过LC输出滤波器向电机输出电能的变频器，包括：获取变频器输出电流；根据所述变频器输出电流、所述LC输出滤波器的电气参数和所述变频器的参考电压，得到对应所述 LC输出滤波器的滤波电容的电流的补偿电流值；根据所述补偿电流值，获取变频器控制参数；利用所述变频器控制参数控制所述变频器。利用本发明中通过变频器输出电流、LC输出滤波器的电气参数和变频器的参考电压得到的补偿电流值，进一步获取变频器控制参数，从而控制变频器能够输出较为理想的电流，调整了变频器输出的无功电流、降低了变频器的输出电压，达到减小电机输入电流、降低电机损耗的效果。

本发明实施例公开了一种具体的变频器矢量控制方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。

具体的，根据图2的主电路拓扑结构图，变频器通过LC输出滤波器向电机输出电能，可以得到同步旋转坐标系下LC输出滤波器中滤波电感上电压的瞬态数学模型：

式中，L_f为滤波电感的电感值，id和iq为变频器的输出电流的d轴分量和 q轴分量，u_Ld和u_Lq为滤波电感的压降的d轴分量和q轴分量，ω为电机的同步转速。

同时，得到LC输出滤波器的滤波电容上电流的瞬态数学模型：

式中，C_f为滤波电容的电容值，u_md、u_mq为电机的输入电压的d轴分量和 q轴分量，icd、icq为滤波电容上的电流的d轴分量和q轴分量。

以永磁同步电机PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)为例，结合电机的数学模型可以得到：

式中，i_md、i_md为电机的输入电流的d轴分量和q轴分量。

结合(1)～(3)式，忽略其中的微分项，结合图2，可得如图3所示LC 输出滤波器和电机的稳态运行相量图。

首先确定电机运行相量图：

式中，和分别为电机的输入电流i_md和i_mq的相量，和分别为电机输入电压u_md和u_mq的相量。

再考虑LC输出滤波器的滤波电感压降和滤波电容电流：

式中，为滤波电感电压u_Ld、u_Lq的相量，为变频器输出电流i_d、i_q的相量。

式中，为电机的输入电压u_md、u_mq的相量，为滤波电容电流i_cd、i_cq的相量。

图2中，为变频器输出电压的相量和，为变频器输出电流的相量和，为变频器输出电压的相量和，为滤波电容电流的相量和。

根据(1)～(3)式，结合图2，得到变频器端的电压方程为：

变频器输出电流方程为：

图中，电机端的电压无法直接得到，需要通过变频器端的电压和滤波电感的压降推算得到，

综上，滤波电容的电流预估计方法如下：

式中，u_d ^*和u_q ^*分别为变频器的当前参考电压的d轴分量和q轴分量。

根据式(10)～(11)，结合矢量控制框图，通过预估计滤波电容的电流，调整无功电流的注入，构建如图4所示的矢量控制框图。

由图2和式(10)～(11)可知，通过对滤波电容上电流的预估，可以有效降低变频器端的输出电压，达到降低滤波电感压降的目的，同时通过在变频器侧注入了负的容性无功电流，实现滤波电容与变频器无功电流的补偿交换。电机端因为少了LC输出滤波器的滤波电容的无功电流注入，电机的输入电流也减小了，电机损耗和电机发热都降低了。

因此，根据上文的分析，并矢量控制框图，本实施例中执行变频器矢量控制方法的详细步骤如下文：

步骤S1所述获取变频器输出电流的过程，具体包括：

获取所述变频器的三相输出电流i_sa、i_sb和i_sc；

对所述三相输出电流作Clark变换，得到两相电流分量i_α和i_β；

根据所述两相电流分量和当前参考电压u_d ^*和u_q ^*进行无速度估计，得到电机的转子位置角θ和运行频率f；

根据所述转子位置角和所述三相输出电流，得到所述变频器输出电流的d 轴分量i_d和q轴分量i_q。

进一步的，步骤S2中所述根据所述变频器输出电流、所述LC输出滤波器的电气参数和所述变频器的参考电压，得到对应所述滤波电容的电流的补偿电流值的过程，具体包括：

u_d ^*和u_d ^*分别为所述变频器的当前参考电压的d轴分量和q轴分量；

i_d和i_q分别为所述变频器输出电流的d轴分量和q轴分量；

进一步的，步骤S4所述根据所述补偿电流值，获取变频器控制参数的过程，具体包括：

根据所述补偿电流值i_cd、所述变频器输出电流i_d和i_q、以及所述变频器的当前参考电流i_d ^*和i_q ^*，更新当前参考电压u_d ^*和u_q ^*；

根据当前参考电压u_d ^*和u_q ^*，获取所述变频器控制参数。

其中，所述变频器的当前参考电流具体包括：

根据所述变频器的频率f和参考频率f^*得到的当前参考电流的q轴分量 i_q ^*；根据当前参考电压和所述电机的预设电压V_mref得到的当前参考电流的d轴分量i_d ^*。

进一步的，所述根据当前参考电压，获取所述变频器控制参数的过程，具体包括：

根据所述转子位置角θ，对当前参考电压u_d ^*和u_q ^*进行极坐标转换，得到所述变频器控制参数，所述变频器控制参数具体包括当前参考电压的参考电压幅值u^*和电压矢量角θ_v。

需要指出的是，因为数字控制节拍的问题，受先后顺序的影响，在无速度估计和补偿电流值的计算中，使用当前参考电压u_d ^*和u_d ^*均是上一时刻更新后的参考电压值；而在根据当前补偿电流值、变频器输出电流、变频器的当前电流更新当前参考电压后，当前参考电压的被更新为新的数值，且可用于下一时刻的无速度估计和补偿电流值的计算中。

本实施例通过估计滤波电容电流，实际上调整变频器的无功输出电流，实现了主电路上多个方面的优化，例如变频器的输出电压降低、滤波电感电压降低、电机输入电流减小、母线电压利用效率提高、变频器输出电压适应范围增大、电机损耗降低、电机效率提升等。

相应的，本发明实施例还公开了一种变频器矢量控制系统，应用于通过 LC输出滤波器向电机输出电能的变频器，参见图4所示，包括：

获取模块01，用于获取变频器输出电流；

计算模块02，用于根据所述变频器输出电流、所述LC输出滤波器的电气参数和所述变频器的参考电压，得到对应所述滤波电容的电流的补偿电流值；

补偿模块03，用于根据所述补偿电流值，获取变频器控制参数；

控制模块04，用于利用所述变频器控制参数控制所述变频器。

可以理解的是，本发明实施例具有与上文实施例中变频器矢量控制方法相同的有益效果，此处不再赘述。

相应的，本发明实施例还公开了一种变频器矢量控制装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

其中，具体有关所述变频器矢量控制方法的内容可以参照上文实施例的相关描述，此处不再赘述。

其中，本发明实施例具有与上文实施例中中变频器矢量控制方法相同的有益效果，此处不再赘述。

最后，还需要说明的是，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。

以上对本发明所提供的一种变频器矢量控制方法、系统及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种变频器矢量控制方法，其特征在于，应用于通过LC输出滤波器向电机输出电能的变频器，包括：

获取变频器输出电流；

根据所述补偿电流值，获取变频器控制参数；

利用所述变频器控制参数控制所述变频器。

2.根据权利要求1所述变频器矢量控制方法，其特征在于，所述根据所述变频器输出电流、所述LC输出滤波器的电气参数和所述变频器的参考电压，得到对应所述滤波电容的电流的补偿电流值的过程，具体包括：

其中，u_md和u_mq分别为电机的输入电压的d轴分量和q轴分量；

i_d和i_q分别为所述变频器输出电流的d轴分量和q轴分量；

3.根据权利要求2所述变频器矢量控制方法，其特征在于，所述根据所述补偿电流值，获取变频器控制参数的过程，具体包括：

根据当前参考电压，获取所述变频器控制参数。

4.根据权利要求3所述变频器矢量控制方法，其特征在于，所述获取变频器输出电流的过程，具体包括：

获取所述变频器的三相输出电流；

对所述三相输出电流作Clark变换，得到两相电流分量；

根据所述转子位置角和所述三相输出电流，得到所述变频器输出电流的d轴分量和q轴分量。

5.根据权利要求4所述变频器矢量控制方法，其特征在于，所述变频器的当前参考电流具体包括：

6.根据权利要求5所述变频器矢量控制方法，其特征在于，所述根据当前参考电压，获取所述变频器控制参数的过程，具体包括：

7.根据权利要求1至6任一项所述变频器矢量控制方法，其特征在于，利用所述变频器控制参数控制所述变频器的过程，具体包括：

8.根据权利要求7所述变频器矢量控制方法，其特征在于，所述电机为：

永磁同步电机或异步电机或直流无刷电机。

9.一种变频器矢量控制系统，其特征在于，应用于通过LC输出滤波器向电机输出电能的变频器，包括：

获取模块，用于获取变频器输出电流；

控制模块，用于利用所述变频器控制参数控制所述变频器。

10.一种变频器矢量控制装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述变频器矢量控制方法的步骤。