CN114216244A - 压缩机母线电压调整方法、装置和压缩机 - Google Patents

Abstract

提供了一种压缩机母线电压调整方法，包括：确定压缩机电流是否满足第一预设条件，并确定压缩机的转速是否满足第二预设条件；当所述第一预设条件和第二预设条件有一者满足时，确认压缩机处于异常状态；当压缩机处于异常状态时，根据所述压缩机的电流和转速对所述压缩机的直流母线电压的目标值进行调整。本发明的方案不增加任何硬件成本的情况下，通过提取压缩机有失控风险时的状态特征，提前对PFC电压环进行调整，能有效避免由于压缩机故障停机而导致母线电压过冲进而导致主芯片复位甚至损伤器件的情况，同时避免对压缩机正常高频运行产生不利影响。

Description

压缩机母线电压调整方法、装置和压缩机

技术领域

本发明涉及永磁同步压缩机控制领域，更具体地涉及永磁同步电机低速运行控制方法、装置、永磁同步电机和压缩机。

背景技术

目前，变频空调外机控制器的主流方案为市电输入经无控整流、功率因数校正(PFC)再逆变以实现对压缩机的驱动控制，其中功率因数校正电路使用的是升压斩波电路(Boost Chopper)。在机组正常运行时，压缩机处于电动状态，消耗直流母线电容上的电能存储，拉低母线电压；而PFC电路则抬高母线电压，在母线电压控制环路设计合理的情况下，二者动态平衡，母线电压维持在一定区间内。现有技术需要一种压缩机母线电压有效调整的解决方案。

上述在背景部分公开的信息仅用于对本发明的背景做进一步的理解，因此它可以包含对于本领域普通技术人员已知的不构成现有技术的信息。

发明内容

本发明提供了一种压缩机母线电压调整方法、装置和压缩机。本发明通过提取压缩机有失控风险但还未异常停机时的状态特征，提前对PFC电压环进行调整，增大母线电压目标值与过电压保护阈值之间的裕量，同时避免对压缩机正常高频运行产生不利影响。

本发明的第一方面提供了一种压缩机母线电压调整方法，包括：确定压缩机电流是否满足第一预设条件，并确定压缩机的转速是否满足第二预设条件；当所述第一预设条件和第二预设条件有一者满足时，确认压缩机处于异常状态；当压缩机处于异常状态时，根据所述压缩机的电流和转速对所述压缩机的直流母线电压的目标值进行调整。

根据本发明的一个实施例，其中，所述确定压缩机电流是否满足第一预设条件包括：通过检测预设周期内从压缩机内逆变桥流回母线电容负极的负电流占比即变化情况来判断所述压缩机是否处于异常状态。

根据本发明的一个实施例，确定压缩机的转速是否满足第二预设条件包括：通过给定转速与估算转速的差值大小及其变化速度来判断压缩机是否处于异常运行状态。

根据本发明的一个实施例，其中所述第一预设条件为：构建存储逆变桥电流采样值的n维数组，并且定义负电流因子μ与负电流计数值m，其中

并且设置m初始值为0，μ初始值为0，其中m∈[0,n]，μ∈[0,1]；在压缩机处于运行状态且功率因数校正开启时，每次电流采样完成后将所述数组中的第1个元素舍去，其余元素整体向前移1位，并将最新采集的电流数据存放在所述数组的最后1位；在每次数组更新中，如果舍去的元素符号为正，并且新增的元素符号为正，则负电流计数值m保持不变；如果舍去的元素符号为正，新增的元素符号为负，则负电流计数值m＝m+1；如果舍去的元素符号为负，新增的元素符号为正，则负电流计数值m＝m-1；如果舍去的元素符号为负，新增的元素符号为负，则负电流计数值m维持不变；其中，定义负电流预设阈值μ_th，μ_th∈(0,1)，当μ≥μ_th时，则确定压缩机处于异常状态。

根据本发明的一个实施例，其中，所述第二预设条件为：计算压缩机给定即给定转速n_ref与估计转速n_est之差n_err＝n_ref-n_est，并将所述n_err经过数字低通滤波后获得离散的转速差值n_error(n)，其中给定转速n_ref通过系统制冷容量进行设定，估计转速n_est通过观测器获取；计算所述离散的转速差值的变化量△n_error＝n_error(n)-n_error(n-1)；设置sign＝n_error(n)*△n_error；当sign>0时，

其中k为循环计数值，k_max为最大计数值；当sign≤0时，

定义阈值k_th，当k≥k_th时，确定压缩机处于异常状态，其中0<k_th≤k_max。

根据本发明的一个实施例，其中，在根据所述压缩机的电流和转速对所述压缩机的直流母线电压的目标值进行调整中，所述压缩机电流的判断优先级高于转速的判断。

根据本发明的一个实施例，其中，根据所述压缩机的电流和转速对所述压缩机的直流母线电压的目标值进行调整包括：设定直流母线电压最小目标值U_min；调整后的直流母线电压目标值U_ref′＝U_ref-△U，其中U_ref为直流母线电压目标值，ΔU为直流母线电压目标值调整量；其中，当所述负电流因子μ≥μ_th时，△U＝μ·(U_ref-U_min)；当所述负负电流因子μ<μ_th且压缩机转速计数值k≥k_th时，

当

且

时，△U＝0。

本发明的第二方面提供了一种压缩机母线电压调整装置，包括了存储器和处理器，存储器用于存储计算机指令，所述处理器用于：当执行所述计算机程序时，实现的上述压缩机母线电压调整方法。

本发明的第三方面提供了一种压缩机，其采用述压缩机母线电压调整方法或包括述压缩机母线电压调整装置。

本发明的方案在不增加任何硬件成本的情况下，通过提取压缩机有失控风险时的状态特征，提前对PFC电压环进行调整，能有效避免由于压缩机故障停机而导致母线电压过冲进而导致主芯片复位甚至损伤器件的情况，同时避免对压缩机正常高频运行产生不利影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图进行简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。

图1是根据本发明的示例性实施例的压缩机母线电压调整方法流程图。

图2是根据本发明的示例性的实施例的电流符号判断压缩机运行状态流程图。

图3是根据本发明的示例性的实施例的转速判断压缩机运行状态流程图。

图4是根据本发明的示例性的实施例的直流母线电压目标值修正流程图。

具体实施例

如在本文中所使用的，词语“第一”、“第二”等可以用于描述本发明的示例性实施例中的元件。这些词语只用于区分一个元件与另一元件，并且对应元件的固有特征或顺序等不受该词语的限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术或科学术语)具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的含意相同的含意。如在常用词典中定义的那些术语被解释为具有与相关技术领域中的上下文含意相同的含意，而不被解释为具有理想或过于正式的含意，除非在本发明中被明确定义为具有这样的含意。

本领域的技术人员将理解的是，本文中描述的且在附图中说明的本发明的装置和方法是非限制性的示例性实施例，并且本发明的范围仅由权利要求书限定。结合一个示例性实施例所说明或描述的特征可与其他实施例的特征组合。这种修改和变化包括在本发明的范围内。

下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。在附图中，省略相关已知功能或配置的详细描述，以避免不必要地遮蔽本发明的技术要点。另外，通篇描述中，相同的附图标记始终指代相同的电路、模块或单元，并且为了简洁，省略对相同电路、模块或单元的重复描述。

此外，应当理解一个或多个以下方法或其方面可以通过至少一个控制单元或控制器执行。术语“控制单元”，“控制器”,“控制模块”或者“主控模块”可以指代包括存储器和处理器的硬件设备，术语“空调”可以指代类似于空调的设备。存储器或者计算机可读存储介质配置成存储程序指令，而处理器具体配置成执行程序指令以执行将在以下进一步描述的一个或更多进程。而且，应当理解，正如本领域普通技术人员将意识到的，以下方法可以通过包括处理器并结合一个或多个其他部件来执行。

当压缩机出现异常停机时(例如失步)，由于压缩机的故障检测存在滞后，母线电压控制环路也存在一定滞后，此时PFC电路在抬高母线电压，压缩机由于处于回馈制动状态也会抬高母线电压。为了实现较高转速下的平稳运行，PFC升压值通常设的较高，母线电压目标值与过电压保护阈值之间的裕量较小，因此压缩机在高PFC升压值、高运行转速下出现异常停机时，母线电压会直接超过过电压保护阈值，导致开关电源保护、主芯片复位，甚至对母线电解电容造成不可逆损伤。

针对上述问题，本发明通过提取压缩机有失控风险但还未异常停机时的状态特征，提前对PFC电压环进行调整，增大母线电压目标值与过电压保护阈值之间的裕量，同时避免对压缩机正常高频运行产生不利影响。

根据本发明的一个或多个实施例，提出两种压缩机异常运行状态特征的提取方法：

(1)以从逆变桥流回母线电容负极的方向为电流正方向，通过检测一定周期内负电流的占比及变化情况来判断压缩机是否处于异常运行状态；

(2)通过给定转速与估算转速的差值大小及其变化速度来判断压缩机是否处于异常运行状态。

另外本发明的方案能够在压缩机有失控风险时防止母线电压过冲。

图1是根据本发明的示例性实施例的压缩机母线电压调整方法流程图。

如图1所示，在步骤S1中，确定压缩机电流是否满足第一预设条件，并确定压缩机的转速是否满足第二预设条件；

在步骤S2中，当所述第一预设条件和第二预设条件有一者满足时，确认压缩机处于异常状态；

在步骤S3中，当压缩机处于异常状态时，根据所述压缩机的电流和转速对所述压缩机的直流母线电压的目标值进行调整。

图2是根据本发明的示例性的实施例的电流符号判断压缩机运行状态流程图。

如图2所示，以从逆变桥流回母线电容负极的方向为电流正方向，在压缩机正常平稳运行过程中，电机工作于电动状态，从母线电容流向逆变桥的电流始终为正。建立1个n维数组，用于存放逆变桥电流采样值，其中，n是数组长度，n的大小决定了压缩机运行状态检测的响应速度，n越小，响应速度越快。定义负电流因子μ与负电流计数值m，其中

且m初始值为0，则μ初始值也为0。在压缩机处于运行状态且PFC开启时，每次电流采样完成后将数组的第1个元素舍去，其余元素整体前移1位，并将最新采样的电流数据存放于数组最后1位(此处理方式类似于滑动平均滤波的数组处理方式，但此处不是做滤波处理)。在每一次数组更新中，若舍去的元素符号为正，新增的元素符号为正，则m维持不变；若舍去的元素符号为正，新增的元素符号为负，则m＝m+1；若舍去的元素符号为负，新增的元素符号为正，则m＝m-1；若舍去的元素符号为负，新增的元素符号为负，则m维持不变。显然m∈[0,n]，μ∈[0,1]。定义阈值μ_th，μ_th∈(0,1)，当μ≥μ_th时，则认为压缩机运行状态异常，有失控风险。μ_th∈(0,1)，μ_th根据实际调试结果选取，μ_th越小，故障状态检测越迅速，但容易出现误检测。

图3是根据本发明的示例性的实施例的转速判断压缩机运行状态流程图。

如图3所示，在压缩机正常运行过程中，对于启动阶段或者制冷容量有变化时，给定转速会按一定速度增加或减小，压缩机随之升频或降频。显然，对于压缩机正常运行状态，在压缩机升频过程中，给定转速大于实际转速，且给定转速与实际转速之差在不断减小；在压缩机降频过程中，给定转速小于实际转速，且实际转速与给定转速之差在不断减小，从而确保转速的收敛。计算转速偏差n_err＝n_ref-n_est，即给定转速n_ref与估计转速n_est之差，将n_err经低通滤波之后存入n_error(n)。转速偏差在时域上是离散信号，离散时间间隔为算法执行周期，这里低通滤波采用的是数字滤波器。其中，压缩机给定转速通过系统制冷容量进行设定，估计转速通过观测器获取。计算转速偏差变化量△n_error＝n_error(n)-n_error(n-1)，即当前转速偏差n_error(n)与上一时刻转速偏差n_error(n-1)之差。令sign＝n_error(n)*△n_error，当sign>0时，

其中k_max为最大计数值；当sign≤0时，

定义阈值k_th，当k≥k_th时，则认为压缩机运行状态异常，有失控风险。其中，0<k_th≤k_max，k_th与k_max通过调试结果决定，k_th越小，响应速度越快，但也越容易出现误检测。

图4是根据本发明的示例性的实施例的直流母线电压目标值修正流程图。

如图4所示，当上述两个阈值条件满足任意一个时，对直流母线电压目标值U_ref进行调整。设定直流母线电压最小目标值U_min，此值根据实际测试进行调整，确保当直流母线电压为U_min时，即使压缩机在高频下异常停机，直流母线电压也不会飙升至过压保护点以上。修正后的直流母线电压目标值U_ref′＝U_ref-△U，当电流条件满足即μ≥μ_th时，△U＝μ·(U_ref-U_min)；当电流条件不满足且转速条件满足时，即μ<μ_th且k≥k_th时，

当

且

时，△U＝0，直流母线电压目标值恢复正常状态。其中，因为压缩机转速是通过观测器获取的，并且加了低通滤波，有一定的滞后，而电流是实时采样获取的，故而将电流的判断优先级设置得高于转速。

根据本发明的一个或多个实施例，还提供了一种压缩机母线电压调整装置，包括了存储器和处理器，存储器用于存储计算机指令，所述处理器用于：当执行所述计算机程序时，实现的上述压缩机母线电压调整方法。

根据本发明的一个或多个实施例，还提供了一种压缩机，其采用述压缩机母线电压调整方法或包括述压缩机母线电压调整装置。

本发明通过逆变器电流方向及压缩机运行转速偏差值的大小及变化速度来进行状态判断，可在压缩机异常停机前便识别风险状态并通过相应动作来进行预保护。根据不同状态对直流母线电压目标值进行修正或恢复可避免影响到压缩机正常运行时的效率。

根据本发明的一个或多个实施例，本发明的方法中的控制逻辑可以使用存储在非暂时性计算机和/或机器可读介质(例如硬盘驱动器、闪存、只读存储器、光盘、数字多功能磁盘、高速缓存、随机存取存储器和/或任何其他存储设备或存储磁盘)上的编码的指令(例如，计算机和/或机器可读指令)来实现如本发明以上所述方案的处理，在非暂时性计算机和/或机器可读介质中存储任何时间期间(例如，延长的时间段、永久的、短暂的实例、临时缓存和/或信息高速缓存)的信息。如本文所使用的，术语“非暂时性计算机可读介质”被明确定义为包括任何类型的计算机可读存储设备和/或存储盘，并且排除传播信号并排除传输介质。

根据本发明的一个或多个实施例，本发明的方法或设备的控制电路、(控制逻辑、主控系统或控制模块)可以包含一个或多个处理器，也可以在内部包含有非暂时性计算机可读介质。具体地，在设备或装置中(主控系统或控制模块)可以包括微控制器MCU，其布置在空调中，用于自动实现本发明的操作和实施多种功能。用于实现本发明的方案的处理器可以诸如但不限于一个或多个单核或多核处理器。(一个或多个)处理器可包括通用处理器和专用处理器(例如，图形处理器、应用处理器等)的任何组合。处理器可与其耦接和/或可包括计存储器/存储装置，并且可被配置为执行存储在存储器/存储装置中的指令，以实现在本发明中控制器上运行的各种应用和/或操作系统。

作为本发明示例的上文涉及的附图和本发明的详细描述，用于解释本发明，但不限制权利要求中描述的本发明的含义或范围。因此，本领域技术人员可以很容易地从上面的描述中实现修改。此外，本领域技术人员可以删除一些本文描述的组成元件而不使性能劣化，或者可以添加其它的组成元件以提高性能。此外，本领域技术人员可以根据工艺或设备的环境来改变本文描述的方法的步骤的顺序。因此，本发明的范围不应该由上文描述的实施例来确定，而是由权利要求及其等同形式来确定。

尽管本发明结合目前被认为是可实现的实施例已经进行了描述，但是应当理解本发明并不限于所公开的实施例，而相反的，意在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同配置。

Claims (9)

1.一种压缩机母线电压调整方法，包括：

确定压缩机电流是否满足第一预设条件，并确定压缩机的转速是否满足第二预设条件；

当所述第一预设条件和第二预设条件有一者满足时，确认压缩机处于异常状态；

当压缩机处于异常状态时，根据所述压缩机的电流和转速对所述压缩机的直流母线电压的目标值进行调整。

2.根据权利要求1所述的方法，所述确定压缩机电流是否满足第一预设条件包括：

通过检测预设周期内从压缩机内逆变桥流回母线电容负极的负电流占比即变化情况来判断所述压缩机是否处于异常状态。

3.根据权利要求1所述的方法，确定压缩机的转速是否满足第二预设条件包括：

通过给定转速与估算转速的差值大小及其变化速度来判断压缩机是否处于异常运行状态。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一预设条件为：

构建存储逆变桥电流采样值的n维数组，并且定义负电流因子μ与负电流计数值m，其中

并且设置m初始值为0，μ初始值为0，其中m∈[0,n]，μ∈[0,1]；

在压缩机处于运行状态且功率因数校正开启时，每次电流采样完成后将所述数组中的第1个元素舍去，其余元素整体向前移1位，并将最新采集的电流数据存放在所述数组的最后1位；

在每次数组更新中，

如果舍去的元素符号为正，并且新增的元素符号为正，则负电流计数值m保持不变；

如果舍去的元素符号为正，新增的元素符号为负，则负电流计数值m＝m+1；

如果舍去的元素符号为负，新增的元素符号为正，则负电流计数值m＝m-1；

如果舍去的元素符号为负，新增的元素符号为负，则负电流计数值m维持不变；

其中，定义负电流预设阈值μ_th，μ_th∈(0,1)，当μ≥μ_th时，则确定压缩机处于异常状态。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二预设条件为：

计算压缩机给定即给定转速n_ref与估计转速n_est之差n_err＝n_ref-n_est，并将所述n_err经过数字低通滤波后获得离散的转速差值n_error(n)，其中给定转速n_ref通过系统制冷容量进行设定，估计转速n_est通过观测器获取；

计算所述离散的转速差值的变化量△n_error＝n_error(n)-n_error(n-1)；

设置sign＝n_error(n)*△n_error；

当sign>0时，

其中k为循环计数值，k_max为最大计数值；

当sign≤0时，

定义阈值k_th，当k≥k_th时，确定压缩机处于异常状态，其中0<k_th≤k_max。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在根据所述压缩机的电流和转速对所述压缩机的直流母线电压的目标值进行调整中，所述压缩机电流的判断优先级高于转速的判断。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，根据所述压缩机的电流和转速对所述压缩机的直流母线电压的目标值进行调整包括：

设定直流母线电压最小目标值U_min；

调整后的直流母线电压目标值U_ref′＝U_ref-△U，其中U_ref为直流母线电压目标值，ΔU为直流母线电压目标值调整量；其中，

当所述负电流因子μ≥μ_th时，△U＝μ·(U_ref-U_min)；

当所述负负电流因子μ<μ_th且压缩机转速计数值k≥k_th时，

当

且

时，△U＝0。

8.一种压缩机母线电压调整装置，包括了存储器和处理器，存储器用于存储计算机指令，所述处理器用于：当执行所述计算机程序时，实现根据权利要求1-7任一项所述的方法。

9.一种压缩机，其采用根据权利要求1-7任一项所述的方法或包括权利要求8所述的装置。

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