CN113162515A - 一种母线电容电流谐振抑制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种母线电容电流谐振抑制方法及系统，母线电容电流谐振抑制方法包括以下步骤：标定母线电容组的谐振频率；将标定所得的谐振频率点发送至一控制模块；将母线电容组与开关组件连接，基于开关组件的开关频率及与逆变器匹配的电机的当前转速，控制模块计算母线电容的电流频率分布；控制模块减少或增大开关频率，使得电流频率分布绕开母线电容组的固有谐振频率中的谐振峰。采用上述技术方案后，可利用低成本的方式降低了母线电容发热的不均衡，提高了母线电容的系统寿命，避免了过设计。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种母线电容电流谐振抑制方法及系统。
背景技术
在用于新能源车辆的车载驱动器或其他变频器中，电池包的直流电作为输入电源，需要通过直流母线与变频器连接，其中所用的连接电容称之为母线电容或者支撑电容或者DC-Link电容。由于电机控制器从电池包得到有效值或者峰值很高的脉冲电流的同时，会在直流支撑上产生很高的脉冲电压使得电机控制器难以承受，所以需要选择母线电容来连接。
母线电容常根据实际情况采用多电容并联。由于母线电容与交流电源侧的母排存在寄生电感，所组成的电路在高频处会产生谐振点。当驱动器或其他变频器的开关进行高频开关动作时，会在母线电容与寄生电感上产生高频的开关电流。当开关电流的频率接近直流电容组的谐振频率时，母线电容组的部分电容会由于谐振点的存在而通过过大的电流，这会降低电容组的寿命，严重时导致电容的过热损坏。为避免这一问题的发生，工程上常常采用更大的电容，这提高了产品的成本并降低了功率密度。
因此，需要一种母线电容电流调节方法及系统，可调整电容组电流的频率分布，避免了部分电容由于谐振点而电流过大。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种母线电容电流谐振抑制方法及系统，采可利用低成本的方式降低了母线电容发热的不均衡，提高了母线电容的系统寿命，避免了过设计。
一种母线电容电流谐振抑制方法，包括以下步骤：
标定母线电容组的谐振频率；
将标定所得的谐振频率点发送至一控制模块；
将母线电容组与开关组件连接，基于开关组件的开关频率及与逆变器匹配的电机的当前转速，控制模块计算母线电容的电流频率分布；
控制模块减少或增大开关频率，使得电流频率分布绕开母线电容组的固有谐振频率中的谐振峰。
优选地，标定母线电容组的谐振频率的步骤包括：
将母线电容的接口连接至一离线的测量设备；
测量设备向母线电容发送测量信号以标定母线电容组的谐振频率，或
仿真标定母线电容组的谐振频率。
优选地，将母线电容组与开关组件连接，基于开关组件的开关频率及与逆变器匹配的电机的当前转速，控制模块计算母线电容的电流频率分布的步骤包括：
将母线电容与母排连接形成母线电容组，且母线电容连接开关组件，开关组件连接电机，母线电容的另一侧连接直流供电；
运行电机及交流电源，控制模块接收开关组件的开关频率和电机转速，并基于开关频率计算母线电容的电流频率的各次峰值；
控制模块基于开关频率和输出基波频率计算母线电容电流的时域分布和频域分布的边带频率。
优选地，控制模块减少或增大开关频率，使得电流频率分布绕开母线电容的谐振频率中的谐振峰的步骤包括：
控制模块内预设一调整频率，并基于调整频率增加或减少开关频率，使得电流频率与母线电容的谐振频率中的谐振峰分隔。
本发明还公开了一种母线电容电流谐振抑制系统，包括互相电连接的母线电组、开关组件，还包括：
测量设备，标定母线电容组的谐振频率；
控制模块，自测量设备接收谐振频率，基于开关组件的开关频率及与逆变器匹配的电机的当前转速计算母线电容的电流频率分布，且控制模块减少或增大开关频率，使得电流频率分布绕开母线电容组的固有谐振频率中的谐振峰。
优选地，母线电容的接口连接至一离线的测量设备；
测量设备向母线电容发送测量信号以标定母线电容组的谐振频率。
优选地，母线电容与母排连接形成母线电容组，且母线电容连接开关组件，开关组件连接电机，母线电容的另一侧连接直流供电；
运行电机及交流电源，控制模块接收开关组件的开关频率和电机转速，并基于开关频率的整数倍计算母线电容的电流频率的各次峰值；
控制模块基于开关频率和输出基波频率计算母线电容电流的时域分布和频域分布的边带频率。
优选地，控制模块内预设一调整频率，并基于调整频率增加或减少开关频率，使得电流频率与母线电容的谐振频率中的谐振峰分隔。
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.避免了母线电容热不均衡而导致的部分电容过热损坏，提高了母线电容的寿命；
2.在高功率密度要求的场合下，可避免母线电容的过设计，提高了变流器的功率密度。
附图说明
图1为符合本发明一优选实施例中母线电容的电连接示意图；
图2为符合本发明一优选实施例中母线电容随不同频率的分布情况示意图；
图3a为符合本发明一优选实施例中母线电容的电流时域频率分布；
图3b为符合本发明一优选实施例中母线电容的电流频域频率分布；
图4为符合本发明一优选实施例中母线电容电流调节方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
参阅图1，母线电容采用多电容并联的方式，与开关组件连接，并连接一寄生电容和与交流电源连接。为实现对母线电容电流调节，参阅图4，具体调节方法包括以下步骤：
S100：标定母线电容组的谐振频率；
在该步骤中，使用一测量设备，例如阻抗分析仪，标定母线电容组的谐振频率或用相关软件仿真得出谐振频率点，如图2所示，峰值部分表示母线电容的谐振频率中谐振峰，则当开关组件的开关频率接近母线电容的谐振峰时，母线电容的部分电容将通过过大的电流。
可以理解的是，在含有电容和电感的电路中，如果电容和电感并联，可能出现在某个很小的时间段内，电容的电压逐渐升高，而电流却逐渐减少。与此同时电感的电流却逐渐增加，电感的电压却逐渐降低。而在另一个很小的时间段内，电容的电压逐渐降低，而电流却逐渐增加，与此同时电感的电流却逐渐减少，电感的电压却逐渐升高。电压的增加可以达到一个正的最大值，电压的降低也可达到一个负的最大值，同样电流的方向在这个过程中也会发生正负方向的变化，由此称为电路发生电的振荡。由于电路振荡现象可能逐渐消失，也可能持续不变地维持着。当震荡持续维持时，则称之为等幅振荡，也称为谐振。谐振时间电容或电感两端电压变化一个周期的时间称为谐振周期，谐振周期的倒数称为谐振频率。谐振频率与电容C和电感L的参数有关，即：f＝1/(2*π*√LC)，相应的角频率w＝2*π*f＝1/√LC。
S200：将标定所得的谐振频率点发送至一控制模块；
测量设备标定所得的标定信息或仿真所得的谐振频率点将发送至控制模块，例如软件控制程序中。
S300：将母线电容与开关组件连接，基于开关组件的开关频率及与母线电容电连接的电机的当前转速，控制模块计算母线电容的电流频率分布；
在电机、驱动器或变频器运行时，控制模块，也即软件控制程序可根据接收到的开关组件的开关频率及电机的当前转速，计算得到母线电容的电流频率分布。该实施例中，开关频率是指开关组件中如IGBT，MOSFET等电子元件，每秒可以完全导通、断开的次数。开关频率也就是说变频器输出的电压其实是一系列的脉冲，脉冲的宽度和间隔均不相等。其值大小就取决于制波和载波的交点。开关频率越高，一个周期内脉冲的个数就越多，电流波形的平滑性就越好，但是对其它设备的干扰也越大。
S400：控制模块减少或增大开关频率，使得电流频率分布绕开母线电容组的固有谐振频率中的谐振峰
分别具有各实际产品中的母线电容的谐振频率及电流的频率分布后，不同于现有技术中增加电容值的方式，本实施例中，控制模块增加或减少开关组件的开关频率，使得电流频率分布的峰值不与母线电容的谐振频率的谐振峰重叠，从而从根本上规避母线电容组(由母线电容及母排形成)的部分电容通过过大电流的情况发生。
通过上述配置，母线电容的部分电容不再通过过大电流后，避免了母线电容热不均衡(例如现有技术中部分电容不通过过大电流，与通过过大电流部分的热不均)而导致的电容过热损坏，从而提高母线电容的寿命。
一优选实施例中，标定母线电容组的谐振频率的步骤S100包括：
S110：将母线电容的接口连接至一离线的测量设备；
为对母线电容的谐振频率离线仿真或离线标定，通过向母线电容的接口连接如电力电子器件的测量设备采集信号可得。
S120：测量设备向母线电容发送测量信号以标定母线电容组的谐振频率
具体采样时，测量设备向母线电容发送测量信号，例如图2中不同频率的测量信号(测量信号可由仿真生成或试验环境下实现)，在不同测量信号下，母线电容的电性表现将被采集以标定，从而得到母线电容的谐振频率。
或，S110’：仿真标定母线电容组的谐振频率。
将母线电容与开关组件和寄生电感电连接，基于开关组件的开关频率及与母线电容电连接的电机的当前转速，控制模块计算母线电容的电流频率分布的步骤S300包括：
S310：将母线电容与母排连接形成母线电容组，且母线电容连接开关组件，开关组件连接电机，母线电容的另一侧连接直流供电。该实施例中，母线电容可能采取多电容芯子并联，寄生电感主要为母排的寄生电感；
S320：运行电机及交流电源，控制模块接收开关组件的开关频率和电机转速，并基于开关频率的整数倍计算母线电容的电流频率的各次峰值；
控制模块接收到开关组件的开关频率和电机转速后，在开关频率的整数倍上计算母线电容的电流频率的各次峰值，也即表示谐波较大的频率段被计算所得，作为需要避开的对象。
S330：控制模块基于开关频率和输出基波频率计算母线电容电流的时域分布和频域分布的边带频率。
控制模块基于开关频率和输出基波频率计算母线电容电流的时域分布和频域分布的边带频率，如图3a和图3b所示。可以理解的是，在载波的振幅依照调变信号改变时，将产生调幅载波。这种调幅载波的波形是频率一定，振幅随调变信号变化。同时，在数学上，可以证明除了载波频率外，调幅载波还包含其他频率。这些频率，是由调变程序产生的，并且组成频带，即为边带频率。
又一优选或可选实施例中，控制模块减少或增大开关频率，使得电流频率分布绕开母线电容的谐振频率中的谐振峰的步骤S400包括：
S410：控制模块内预设一调整频率，并基于调整频率增加或减少开关频率，使得电流频率与母线电容的谐振频率中的谐振峰分隔
控制模块内预设一调整频率，该调整频率应当小于开关频率，或不等于开关频率的整数倍，在调整频率的基础上，修改开关频率后，使得开关频率引起的母线电容电流频率的主要分布点避开谐振频率中的谐振峰。可以理解的是，本实施例中，相当于把开关频率的波形前移或后移调整频率，但在实际计算时，可调整频率补偿，以防止其他问题的发生。
本发明还公开了一种母线电容电流谐振抑制系统，包括互相电连接的母线电容组、开关组件，还包括：测量设备，标定母线电容组的谐振频率；控制模块，自测量设备接收谐振频率，基于开关组件的开关频率及与逆变器匹配的电机的当前转速计算母线电容的电流频率分布，且控制模块减少或增大开关频率，使得电流频率分布绕开母线电容组的固有谐振频率中的谐振峰。
一优选或可选实施例中，母线电容的接口连接至一离线的测量设备；测量设备向母线电容发送测量信号以标定母线电容组的谐振频率。
一优选或可选实施例中，母线电容与母排连接形成母线电容组，且母线电容连接开关组件，开关组件连接电机，母线电容的另一侧连接直流供电；运行电机及交流电源，控制模块接收开关组件的开关频率和电机转速，并基于开关频率的整数倍计算母线电容的电流频率的各次峰值；控制模块基于开关频率和输出基波频率计算母线电容电流的时域分布和频域分布的边带频率。
一优选或可选实施例中，控制模块内预设一调整频率，并基于调整频率增加或减少开关频率，使得电流频率与母线电容的谐振频率中的谐振峰分隔。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种母线电容电流谐振抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
标定母线电容组的谐振频率；
将标定所得的谐振频率点发送至一控制模块；
将母线电容组与开关组件连接，基于所述开关组件的开关频率及与逆变器匹配的电机的当前转速，所述控制模块计算所述母线电容的电流频率分布；
所述控制模块减少或增大开关频率，使得所述电流频率分布绕开所述母线电容组的固有谐振频率中的谐振峰。
2.如权利要求1所述的母线电容电流谐振抑制方法，其特征在于，
标定母线电容组的谐振频率的步骤包括：
将所述母线电容的接口连接至一离线的测量设备；
所述测量设备向所述母线电容发送测量信号以标定所述母线电容的谐振频率，或仿真标定母线电容组的谐振频率。
3.如权利要求1所述的母线电容电流谐振抑制方法，其特征在于，
将母线电容组与开关组件连接，基于所述开关组件的开关频率及与逆变器匹配的电机的当前转速，所述控制模块计算所述母线电容的电流频率分布的步骤包括：
将母线电容与母排连接形成母线电容组，且母线电容连接开关组件，开关组件连接电机，母线电容的另一侧连接直流供电；
运行所述电机及交流电源，所述控制模块接收所述开关组件的开关频率和电机转速，并基于所述开关频率计算所述母线电容的电流频率的各次峰值；
所述控制模块基于所述开关频率和输出基波频率计算母线电容电流的时域分布和频域分布的边带频率。
4.如权利要求1所述的母线电容电流谐振抑制方法，其特征在于，
所述控制模块减少或增大开关频率，使得所述电流频率分布绕开所述母线电容的谐振频率中的谐振峰的步骤包括：
所述控制模块内预设一调整频率，并基于所述调整频率增加或减少所述开关频率，使得所述电流频率与母线电容的谐振频率中的谐振峰分隔。
5.一种母线电容电流谐振抑制系统，包括互相电连接的母线电组、开关组件，其特征在于，还包括：
测量设备，标定母线电容组的谐振频率；
控制模块，自所述测量设备接收所述谐振频率，基于所述开关组件的开关频率及与逆变器匹配的电机的当前转速计算所述母线电容的电流频率分布，且所述控制模块减少或增大开关频率，使得所述电流频率分布绕开所述母线电容组的固有谐振频率中的谐振峰。
6.如权利要求1所述的母线电容电流谐振抑制系统，其特征在于，
所述母线电容的接口连接至一离线的测量设备；
所述测量设备向所述母线电容发送测量信号以标定所述母线电容的谐振频率。
7.如权利要求1所述的母线电容电流谐振抑制系统，其特征在于，
母线电容与母排连接形成母线电容组，且母线电容连接开关组件，开关组件连接电机，母线电容的另一侧连接直流供电；
运行所述电机及交流电源，所述控制模块接收所述开关组件的开关频率和电机转速，并基于所述开关频率的整数倍计算所述母线电容的电流频率的各次峰值；
所述控制模块基于所述开关频率和输出基波频率计算母线电容电流的时域分布和频域分布的边带频率。
8.如权利要求1所述的母线电容电流谐振抑制系统，其特征在于，
所述控制模块内预设一调整频率，并基于所述调整频率增加或减少所述开关频率，使得所述电流频率与母线电容的谐振频率中的谐振峰分隔。
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| Title |
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| 应婷 等: "直流母线支撑电容纹波电流研究", 《大功率变流技术》 * |
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