CN111061330A - 一种变频器母线电压修正方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

一种变频器母线电压修正方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及电机控制技术领域，公开了一种变频器母线电压修正方法、装置、电子设备及存储介质。该方法包括：获取母线电压中谐波分量的相位和幅值，根据谐波分量的相位和幅值，获取输出时刻的母线电压相对采样时刻的母线电压的电压误差值，根据电压误差值，修正输出时刻的母线电压实际值。通过上述修正方法使得在母线电容的电容值较小的情况下能预测出更准确的电压输出时刻的母线电压值，从而提高变频器输出电压精度。

Description

一种变频器母线电压修正方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明实施例涉及电机控制技术领域，特别涉及一种变频器母线电压修正方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
变频器通常为三相交流输入，三相交流电压通过整流器之后变成直流电压(母线电压)，经过母线电容后再通过逆变器按照指令输出需要的交流电压，即特定频率和特定幅值的电压。在实际应用中，为了消除母线电压波动对输出电压产生影响，必须根据母线电压信息来计算三相输出占空比，这样逆变器才能输出准确的电压。
但是母线电压存在一定的波动，导致母线电压波动的因素有很多，比如输入电压不稳定、负载变化等都有可能导致母线电压波动。同时，三相电压经过整流器后，会产生频率为300Hz整数倍的谐波，而且母线电容的电容值越小，谐波就越明显。变频器通常采用数字控制器进行控制，电压输出时刻使用的母线电压信息，一般是上个载波周期甚至是上上个载波周期采集到的母线电压信息，也就是说控制器采集的母线电压信息是滞后的。
对于输入电压不稳定、负载变化引起的电压波动，由于变化较慢，短时间(如几个载波周期)内还可以认为没有变化，但对于频率为300Hz整数倍的谐波，由于频率很高，电压输出时刻和采样时刻的母线电压值可能存在较大差别。要想输出准确的交流电压，就必须获得电压输出时刻准确的母线电压。然而，发明人发现，相关技术中无法得到准确的电压输出时刻的母线电压值，从而无法保证变频器输出电压的精度。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种变频器母线电压修正方法、装置、电子设备及存储介质，使得在母线电容的电容值较小的情况下能预测出更准确的电压输出时刻的母线电压值，从而提高变频器输出电压精度。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种变频器母线电压修正方法，包括以下步骤：获取母线电压中谐波分量的相位和幅值，根据谐波分量的相位和幅值，获取输出时刻的母线电压相对采样时刻的母线电压的电压误差值，根据电压误差值，修正输出时刻的母线电压实际值。
本发明的实施方式还提供了一种变频器母线电压修正装置，包括：第一获取模块，用于获取母线电压中谐波分量的相位和幅值；第二获取模块，用于根据谐波分量的相位和幅值，获取输出时刻的母线电压相对采样时刻的母线电压的电压误差值；修正模块，用于根据电压误差值，修正输出时刻的母线电压实际值。
本发明的实施方式还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述的变频器母线电压修正方法。
本发明的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行上述的变频器母线电压修正方法。
本发明实施方式相对于现有技术而言，通过上述修正方法使得在母线电容的电容值较小的情况下，先计算出母线电压中谐波分量的相位和幅值，然后根据谐波分量的相位和幅值计算出母线电压误差值，再将母线电压误差值叠加到采样得到的母线电压实际值上，以此获取出更准确的电压输出时刻的母线电压值，从而提高变频器输出电压精度。
另外，采样时刻的母线电压估算值为：
Figure BDA0002346530520000021
输出时刻的母线电压估算值为：
Figure BDA0002346530520000022
其中，M为谐波分量的幅值，
Figure BDA0002346530520000023
为谐波分量的相位，td为输出时刻和所述采样时刻的时间差；电压误差值Uerr＝Uep-Ue。提供了具体的母线电压误差的计算方式，其中M有误差时，Uep和Ue都受到M误差的影响，因此Uep-Ue可以尽量降低M误差的影响，即Uerr受M误差的影响会更小，从而因此可以提高估计的精度。
另外，获取母线电压中谐波分量的相位和幅值，具体包括：获取母线电压中谐波分量的正余弦分量；对正余弦分量进行滤波，获取滤波后的正余弦分量；根据滤波后的正余弦分量，获取谐波分量的相位和幅值。以此方式具体提供了一种获取母线电压中谐波分量的相位和幅值的方法。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定。
图1是根据第一实施方式的变频器母线电压修正方法的具体流程图；
图2是根据第一实施方式的母线电压波形图；
图3是根据第一实施方式的母线电压的采样及输出时间轴；
图4是根据第二实施方式的变频器母线电压修正方法的具体流程图；
图5是根据第二实施方式的低通滤波器前后变量关系示意图；
图6是根据第三实施方式的变频器母线电压修正装置的示意图；
图7是根据第四实施方式的电子设备的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
本发明的第一实施方式涉及一种变频器母线电压修正方法，包括：获取母线电压中谐波分量的相位和幅值，根据谐波分量的相位和幅值，获取输出时刻的母线电压相对采样时刻的母线电压的电压误差值，根据电压误差值，修正输出时刻的母线电压实际值。具体流程如图1所示。
步骤101：获取母线电压中谐波分量的相位和幅值。
具体地说，三相电压经过整流器后，会产生频率为300Hz的谐波分量，根据傅里叶变换，通过以下公式可以求出母线电压Udc中300Hz谐波分量的正余弦分量的幅值SIN和COS：
Figure BDA0002346530520000031
根据计算的到的谐波分量的正余弦分量的幅值，便可以计算得到谐波分量的相位
Figure BDA0002346530520000047
和幅值M分别为：
Figure BDA0002346530520000041
步骤102：根据谐波分量的相位和幅值，获取输出时刻的母线电压相对采样时刻的母线电压的电压误差值。
具体地说，当母线电容容值很小时，可以忽略母线电容对母线电压的影响，此时母线电压的波形如图2中黑色实线所示，电网三相输入电压为ua、ub、uc，图2中母线电压由uab、uac、ubc、uba、uca和ucb共同组成，且分别代表ua-ub、ua-uc、ub-uc、ub-ua、uc-ua和uc-ub，即三相输入电压的任意两相电压差。三相输入电压的频率为50Hz，可知，母线电压中包含6倍频分量，即300Hz分量。设定uab、uac、ubc、uba、uca和ucb的幅值为Umag，可得母线电压UD为：
Figure BDA0002346530520000042
其中，k为整数，包括本文中其他k值。将UD进行傅里叶分解，进而可以得到300Hz分量的幅值M，如下式所示：
Figure BDA0002346530520000043
反推可以得到
Figure BDA0002346530520000044
根据步骤101中获取的幅值M，将Umag代入母线电压UD公式中，即可得出母线电压计算函数为：
Figure BDA0002346530520000045
设采样延时td为电压采样时刻与电压输出时刻之间的时间差，也就是说，如果取t时刻为电压采样时刻，则t+td即为电压输出时刻，另设Ue为电压采样时刻的母线电压估算值，Uep为电压输出时刻的母线电压估算值，根据母线电压计算函数分别可得：
Figure BDA0002346530520000046
和
Figure BDA0002346530520000051
最后，根据获取的电压采样时刻的母线电压估算值Ue和电压输出时刻的母线电压估算值Uep，可以计算获取输出时刻的母线电压相对采样时刻的母线电压的电压误差值为：
Uerr＝Uep-Ue；
考虑到如果获取的幅值M存在误差，输出时刻的母线电压估算值Uep和采样时刻的母线电压估算值Ue都会受到M误差的影响，Uep-Ue因此会抵消M误差的影响，因此Uerr的误差相对于Uep或Ue受到M误差的影响会更小，以此可以提高估算的精度。
另外，关于采样延时td，如图3所示，在Tn周期进行母线电压补偿计算，使用了t1时刻采样的母线电压值，但电压输出是在Tn+1周期内。电压输出的时刻相当于在Tn+1周期的中心位置，也就是t2时刻，这样一来，采样延时td就等于t2-t1，也就是1.5倍载波周期，在本发明实施例中，载波频率为8000Hz，母线电压补偿也以8000Hz的频率运行，因此载波周期为1/8000Hz，总计1.5倍载波周期为0.0001875s。如果考虑硬件采样电路的延时ts，那么td＝t2-t1+ts。
步骤103：根据电压误差值，修正输出时刻的母线电压实际值。
具体地说，步骤102获取电压误差值Uerr后，再将Uerr叠加在母线电压实际值Udc上，就可以修正电压输出时刻的母线电压实际值Udc，获取准确的母线电压输出值Udcp，如下式所示：
Udcp＝Udc+Uerr。
本发明实施方式首先计算出母线电压中谐波分量的相位和幅值，然后根据谐波分量的相位和幅值计算出母线电压误差值，再将母线电压误差值叠加到采样得到的母线电压实际值上，计算出准确的母线电压输出值。本发明实施方式通过上述修正方法使得在母线电容的电容值较小的情况下能预测出更准确的电压输出时刻的母线电压值，从而提高变频器输出电压精度。
本发明的第二实施方式涉及一种变频器母线电压修正方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，母线电压中谐波分量的相位和幅值通过积分运算计算获得。而在本发明第二实施方式中，为了简化运算，使用低通滤波器来替代积分运算获取母线电压中谐波分量的相位和幅值。
本发明实施方式的变频器母线电压修正方法包括以下步骤：
步骤201：如图4所示，包括以下子步骤：
子步骤2011：获取母线电压中谐波分量的正余弦分量的幅值。
具体地说，三相电压经过整流器后，会产生频率为300Hz的谐波分量，因此对于母线电压中300Hz的谐波分量，可以将母线电压Udc分别乘以sin(600πt)和cos(600πt)，得到A和B：
Figure BDA0002346530520000061
其中，t为时间，sin(600πt)代表频率为300Hz，幅值为1的正弦波，cos(600πt)代表频率为300Hz，幅值为1的余弦波。
对A和B进行滤波，获取正余弦分量的幅值SIN和COS：。
具体地说，低通滤波器有很多种，本实施例采用一阶低通滤波器，但不限于一阶低通滤波器，例如二阶低通滤波器。一阶低通滤波器的传递函数如下所示：
Figure BDA0002346530520000062
其中，s为复变量，ωc为低通滤波器截止频率，本发明实施例取1Hz截止频率，也就是ωc＝2π。
如图5所示，对A和B进行低通滤波得到正余弦分量的幅值SIN和COS。根据传递函数关系可知SIN、COS与A、B的关系式为：
Figure BDA0002346530520000063
子步骤2012：根据正余弦分量的幅值，获取所述谐波分量的相位和幅值。
具体地说，根据通过正余弦分量的幅值SIN和COS，可以获取300Hz谐波分量的相位
Figure BDA0002346530520000065
和幅值M为：
Figure BDA0002346530520000064
步骤202：根据谐波分量的相位和幅值，获取输出时刻的母线电压相对采样时刻的母线电压的电压误差值。
步骤203：根据电压误差值，修正输出时刻的母线电压实际值。
步骤202与203第一实施例中的步骤102和103相同，在此不再赘述。
本发明的第二实施方式相对于第一实施方式中利用积分运算求得谐波分量的相位和幅值的方法更加简化，无需繁琐的运算和存储较多的数据，通过低通滤波器便可以获取谐波分量的相位和幅值。本发明实施方式通过上述修正方法使得在母线电容的电容值较小的情况下能预测出更准确的电压输出时刻的母线电压值，从而提高变频器输出电压精度。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明第三实施方式涉及一种变频器母线电压修正装置300，如图6所示，包括：
第一获取模块301，用于获取母线电压中谐波分量的相位和幅值。
第二获取模块302，用于根据谐波分量的相位和幅值，获取输出时刻的母线电压相对采样时刻的母线电压的电压误差值。
修正模块303，用于根据电压误差值，修正输出时刻的母线电压实际值。
不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。
本发明第四实施方式涉及一种电子设备，如图7所示，包括：至少一个处理器401；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器402；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述变频器母线电压修正方法。
其中，存储器和处理器采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器。
处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。
本发明第五实施方式涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种变频器母线电压修正方法，其特征在于，包括：
获取母线电压中谐波分量的相位和幅值；
根据所述谐波分量的相位和幅值，获取输出时刻的母线电压相对采样时刻的母线电压的电压误差值；
根据所述电压误差值，修正所述输出时刻的母线电压实际值。
2.根据权利要求1所述的一种变频器母线电压修正方法，其特征在于，所述根据所述谐波分量的相位和幅值，获取输出时刻的母线电压相对采样时刻的母线电压的电压误差值，具体包括：
获取母线电压计算函数；
根据所述谐波分量的相位和幅值，及所述母线电压计算函数，计算采样时刻的母线电压估算值和输出时刻的母线电压估算值；
根据所述采样时刻的母线电压估算值和所述输出时刻的母线电压估算值，获取所述输出时刻的母线电压相对所述采样时刻的母线电压的电压误差值。
3.根据权利要求1或2所述的一种变频器母线电压修正方法，其特征在于，所述根据所述电压误差值，修正所述输出时刻的母线电压实际值，具体包括：
通过将所述电压误差值叠加到所述采样时刻的母线电压实际值，修正所述输出时刻的母线电压实际值。
4.根据权利要求2所述的一种变频器母线电压修正方法，其特征在于，所述采样时刻的母线电压估算值为：
Figure FDA0002346530510000011
所述输出时刻的母线电压估算值为：
Figure FDA0002346530510000012
其中，k为整数，M为所述谐波分量的幅值，
Figure FDA0002346530510000013
为所述谐波分量的相位，td为所述输出时刻和所述采样时刻的时间差；
所述电压误差值Uerr＝Uep-Ue。
5.根据权利要求4所述的一种变频器母线电压修正方法，其特征在于，所述td还包括硬件电路的延时时间。
6.根据权利要求1中所述的变频器母线电压修正方法，其特征在于，所述获取母线电压中谐波分量的相位和幅值，具体包括：
获取母线电压中谐波分量的正余弦分量的幅值；
根据所述正余弦分量的幅值，获取所述谐波分量的相位和幅值。
7.一种变频器母线电压修正装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取所述母线电压中谐波分量的相位和幅值；
第二获取模块，用于根据所述谐波分量的相位和幅值，获取输出时刻的母线电压相对采样时刻的母线电压的电压误差值；
修正模块，用于根据所述电压误差值，修正输出时刻的母线电压实际值。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至6中任一所述的变频器母线电压修正方法。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的变频器母线电压修正方法。
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