CN115902401B - 功率单元的相位检测方法及相关设备和介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了功率单元的相位检测方法及相关设备和介质，应用于级联型高压变频器，级联型高压变频器包括移相变压器和多个功率单元，上述相位检测方法包括：采集第一电压信号和第二电压信号；根据第一电压信号计算第一矢量角，根据第二电压信号计算第二矢量角，根据第一矢量角和第二矢量角计算角度差；根据第一矢量角和角度差确定功率单元的相位角，本发明可以获得准确的相位值，避免了功率单元中谐波的干扰引起相位检测不准确的问题，防止发生不正常过流跳闸故障。

Description

功率单元的相位检测方法及相关设备和介质

技术领域

本发明涉及高压变频器技术领域，尤其涉及的是一种功率单元的相位检测方法、相位检测装置、智能终端及计算机可读存储介质。

背景技术

级联型高压变频器是高压电机变频驱动系统的关键设备，广泛应用于高压电机的节能运行控制和工艺调速控制，例如，高压电机利用高压变频器实现无级调速，满足生产工艺过程中对电机调速控制的要求，以提高产品的产量和质量。功率单元在电机发电状态时，把单元母线过高的电压进行脉冲宽度调制整流，经移相变压器回馈到电网，保持变频器工作稳定。为了实现电能可靠、高效的流动，各个功率单元的整流环节必须可靠地工作在主动整流的状态下，这就需要获取到准确的输入端电压相位。

现有技术中，级联型高压变频器的输入相位检测是在移相变压器之后，各功率单元各自检测对应输入绕组的相位，当电机运行状态发生转变时，功率单元的脉冲宽度调制（Pulse width modulation，PWM）整流侧的谐波加大，引起电压波形畸变，影响功率单元的相位检测，造成检测相位不准确，回馈电流过大，从而导致整流侧出现过流跳闸故障。

因此，现有技术还有待改进和发展。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种功率单元的相位检测方法、相位检测装置、智能终端及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中当电机运行状态发生转变时，PWM整流侧的低次谐波加大，影响功率单元的相位检测，造成检测相位不准确，回馈电流过大，从而导致整流侧出现过流跳闸故障的技术问题。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种功率单元的相位检测方法，应用于级联型高压变频器，级联型高压变频器包括移相变压器和多个功率单元，相位检测方法包括：采集第一电压信号和第二电压信号，其中，第一电压信号为移相变压器三相电源输入端的电压信号或者为移相变压器辅助绕组三相输出端的电压信号，第二电压信号为移相变压器的副边绕组输出到功率单元输出端的电压信号；根据第一电压信号计算第一矢量角，根据第二电压信号计算第二矢量角，根据第一矢量角和第二矢量角计算角度差；根据第一矢量角和角度差确定功率单元的相位角。

可选的，相位检测方法还包括：根据相位角确定功率单元整流侧的驱动信号。

可选的，根据第一电压信号计算第一矢量角，根据第二电压信号计算第二矢量角，根据第一矢量角和第二矢量角计算角度差，具体包括：根据当前时刻的第一矢量角和当前时刻的第二矢量角计算当前时刻的矢量角度差；根据矢量角度差和上一时刻的矢量角度差计算角度差平均值；将角度差平均值确定为角度差。

可选的，根据第一矢量角和角度差确定功率单元的相位角，具体包括：将第一矢量角和角度差的和确定为功率单元的相位角。

本申请实施例第二方面提供了一种功率单元的相位检测装置，应用于级联型高压变频器，级联型高压变频器包括移相变压器和多个功率单元，相位检测装置包括：采集模块，用于采集第一电压信号和第二电压信号，其中，第一电压信号为移相变压器三相电源输入端的电压信号或者为移相变压器辅助绕组三相输出端的电压信号，第二电压信号为移相变压器的副边绕组输出到功率单元输出端的电压信号；计算模块，用于根据第一电压信号计算第一矢量角，根据第二电压信号计算第二矢量角，根据第一矢量角和第二矢量角计算角度差；检测模块，用于根据第一矢量角和角度差确定功率单元的相位角。

可选的，相位检测装置还包括：确定模块，用于根据相位角确定功率单元整流侧的驱动信号。

可选的，计算模块具体用于：根据当前时刻的第一矢量角和当前时刻的第二矢量角计算当前时刻的矢量角度差；根据矢量角度差和上一时刻的矢量角度差计算角度差平均值；将角度差平均值确定为角度差。

可选的，检测模块具体用于：将第一矢量角和角度差的和确定为功率单元的相位角。

本申请第三方面提供了一种智能设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的功率单元的相位检测程序，功率单元的相位检测程序被处理器执行时实现上述功率单元的相位检测方法的步骤。

本申请实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有功率单元的相位检测程序，功率单元的相位检测程序被处理器执行时实现上述功率单元的相位检测方法的步骤。

由上可见，本申请实施例提供了一种功率单元的相位检测方法，包括：采集第一电压信号和第二电压信号，根据第一电压信号计算第一矢量角，根据第二电压信号计算第二矢量角，根据第一矢量角和第二矢量角计算角度差；根据第一矢量角和角度差确定功率单元的相位角，本发明可以在高压变频器停机时取得高压电源矢量角与移相变压器各个输出绕组的矢量角，且测量它们之间的相位差，并把角度差存储在各个功率单元中，当高压变频器工作时，测量第一矢量角，并读取保存的角度差，将第一矢量角与角度差的和作为功率单元的相位角，获得准确的相位值，从而避免了功率单元中谐波的干扰引起相位检测不准确的问题，防止发生不正常过流跳闸故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本申请实施例提供的一种功率单元的相位检测方法的实施例流程示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种级联型移相变压器的实施例结构示意图；

图3为本申请实施例提供的再一种级联型移相变压器的实施例结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种功率单元的实施例结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种功率单元的相位检测装置的实施例结构示意图；

图6是是本申请实施例提供的一种智能设备的实施例结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况下，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当…时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似的，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述的条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

下面结合本发明实施例的附图，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的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

高压变频器运行时，功率单元的输入电压（即变压器副边主绕组的输出电压）中含有大量谐波，谐波造成电压相位检测不准确，影响功率单元可控整流器工作的可靠性，严重时造成功率单元输入侧过流或整流器损坏。

现有技术中通常采用硬件或软件滤波的方式来检测功率单元输入电压的基波相位，现有技术的问题在于当工作电流大、谐波大时，相位检测不准确影响功率单元的可靠性，且通过滤波带来的与实际相位的滞后偏差会影响功率单元的控制性能。

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供一种功率单元的相位检测方法，请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种功率单元的相位检测方法的实施例的流程示意图，上述方法应用于级联型高压变频器，本实施例中所描述的相位检测方法，包括以下步骤：

步骤S10，采集第一电压信号和第二电压信号。

其中，第一电压信号为移相变压器三相电源输入端的电压信号或者为移相变压器辅助绕组三相输出端的电压信号，第二电压信号为移相变压器的副边绕组输出到功率单元输出端的电压信号。

需要说明的是，级联型高压变频器包括移相变压器101、3N个功率单元102、电源相位检测电路103和相位分发电路104，其中，相位分发电路104发给各个功率单元102的第一矢量角与功率单元102受控命令信号共享一个光纤通道，功率单元102包括相位检测电路、相位计算模块、控制模块和整流及逆变主回路，移相变压器101包括移相变压器的三相电源输入端、移相变压器辅助绕组的三相电源输出端和移相变压器副边绕组的三相输出端；每N个功率单元102串联在一起，构成一相变频变压电源，3N个功率单元102组成三个单相变频变压电源，将三个单相变频变压电源连接成星型，构成三相输出的变频变压电源，具有高电压输出能力，可用于控制高压电机运行。

在一些实施例中，如图2所示，图2为本申请实施例提供的一种级联型高压变频器的实施例结构示意图，如图2可知，第一电压信号可以为移相变压器三相电源输入端的电压信号。

在一些实施例中，如图3所示，图3为本申请实施例提供的另一种级联型高压变频器的实施例结构示意图，如图3可知，第一电压信号可以为移相变压器辅助绕组三相输出端的电压信号。

在一些实施例中，相位检测方法还包括：根据相位角确定功率单元整流侧的驱动信号。即将相位角输入三相可控整流桥PWM调制电路，三相可控整流桥PWM调制电路输出三相可控整流桥的驱动信号。具体地，当电机工作时，将相位角输入到功率单元的整流侧，输出功率单元整流侧的驱动信号。即当电机工作时，读取第一矢量角与角度差，将第一矢量角与角度差的和作为功率单元的相位角，从而避免了功率单元中谐波的干扰引起相位检测不准确的问题，如此，提高级联型高压变频器运行的稳定性。

在一些实施例中，相位检测方法还包括：

步骤S20，在级联型高压变频器停机时，根据第一电压信号计算第一矢量角，根据第二电压信号计算第二矢量角，根据第一矢量角和第二矢量角计算角度差，并将角度差存储在功率单元的储存器中；

在一些实施例中，步骤S20具体包括以下步骤：

根据当前时刻的第一矢量角和当前时刻的第二矢量角计算当前时刻的矢量角度差，并将矢量角度差存储在功率单元的储存器中；

根据矢量角度差和上一时刻的矢量角度差计算角度差平均值；

将角度差平均值确定为角度差。

在一些实施例中，将角度差存储在功率单元作为功率单元的运行常数。

在一些实施例中，通过虚拟磁链锁相环节对第一电压信号进行锁相，得到第一矢量角；通过虚拟磁链锁相环节对第二电压信号进行锁相，得到第二矢量角。

上述方法中使用的锁相环需满足以下条件：

其中，是/>静止坐标系的/>轴电压分量，/>是/>静止坐标系的/>轴电压分量，是平角直角坐标系的/>轴电压分量，/>是平角直角坐标系的/>轴电压分量，/>是平角直角坐标系的/>轴电压分量。

其中，是/>同步旋转坐标系的/>轴电压分量，/>是/>同步旋转坐标系的/>轴电压分量。

其中，是输入电网电压矢量角，/>是同步旋转坐标系矢量角，即/>同步旋转坐标系的初始角，/>是电网角频率，/>是同步旋转坐标系角频率，/>是采集第一电压信号和第二电压信号的预设周期，/>是相位差。

如此，可以在电网电压不平衡、电压跌落、频率突变或多次谐波的情况下准确获取电网电压正序分量的频率和相位信息。

步骤S30，在级联型高压变频器运行期间，根据第一矢量角和（已经存储的）角度差确定功率单元的相位角。

由于电网的电源功率大于移相变压器功率，电网电源输入阻抗高于移相变压器输出阻抗，因此高压电网容量大相位稳定，通过第一电压信号得到的第一矢量角不易受到变频器谐波的影响，在一些实施例中，将第一矢量角和移项变压器原副边角度差的和作为功率单元的相位角。

举例说明，如图4所示，图4为本申请实施例提供的一种功率单元的实施例结构示意图，通过功率单元的相位检测电路采集第二电压信号并得到第二矢量角，相位计算模块根据高压变频器的相位分发电路发送来的第一矢量角和功率单元的相位检测电路发来的第二矢量角，计算出角度差，在高压变频器停止期间保存该角度差，在高压变频器运行期间求取该角度差与相位分发电路发送过来的第一矢量角相加，得到本功率单元的相位角，用于空调管制整流器可靠工作。

需要说明的是，高压变频器上电后运行前，会将根据第一矢量角和第二矢量角计算得到的角度差存储在功率单元内部作为运行常数，当高压变频器正常运行时，只需要根据第一矢量角和角度差（也就是运行常数）得到功率单元的运行矢量角，而不再需要第二矢量角。由于移相变压器的原边绕组和副边辅助绕组的谐波含量很低，本申请通过原边绕组或副边辅助绕组的电源相位重构功率单元的相位可以避免功率单元中谐波的干扰引起相位检测不准确的问题。

由上可见，本申请实施例提供了一种功率单元的相位检测方法，包括：当高压变频器停机时，采集预设周期内的第一电压信号和第二电压信号，根据第一电压信号计算第一矢量角，根据第二电压信号计算第二矢量角，根据第一矢量角和第二矢量角计算角度差；根据第一矢量角和角度差确定功率单元的相位角，本发明可以在高压停机时取得高压矢量角与移相变压器各个输出绕组的矢量角，且测量它们之间的相差，并把角度差存储在各个功率单元中，当高压变频器工作时，读取第一矢量角与角度差，将第一矢量角与角度差的和作为功率单元的相位角，从而避免了功率单元中谐波的干扰引起相位检测不准确的问题，防止发生不正常过流跳闸故障。

与上述一致地，以下为实施上述功率单元的相位检测方法的装置，具体如下：请参阅图5，为本申请实施例提供的一种功率单元的相位检测装置的实施例结构示意图。本实施例中所描述的功率单元的相位检测装置，应用于级联型高压变频器，上述功率单元的相位检测装置包括：

采集模块301，用于采集预设周期内的第一电压信号和第二电压信号，其中，第一电压信号为移相变压器三相电源输入端的电压信号或者为移相变压器辅助绕组三相输出端的电压信号，第二电压信号为移相变压器的副边绕组输出到功率单元输出端的电压信号；

计算模块302，用于根据第一电压信号计算第一矢量角，根据第二电压信号计算第二矢量角，根据第一矢量角和第二矢量角计算角度差；

检测模块303，用于根据第一矢量角和角度差确定功率单元的相位角。

其中，上述采集模块301可用于实现上述步骤S10所描述的方法，上述计算模块302可用于实现上述步骤S20所描述的方法，上述检测模块303可用于实现上述步骤S30所描述的方法。

在一些实施例中，相位检测装置还包括：确定模块，用于根据相位角确定功率单元整流侧的驱动信号。

在一些实施例中，计算模块具体用于：根据多个第一电压信号计算多个第一矢量角，根据多个第二电压信号计算多个第二矢量角；根据多个第一矢量角和多个第二矢量角确定多个矢量角度差；将多个矢量角度差的平均值确定为角度差。

在一些实施例中，检测模块，具体用于：将第一矢量角和角度差的和确定为功率单元的相位角。

与上述一致地，请参阅图6，为本申请实施例提供的一种智能设备的实施例结构示意图。如图所示，该包括处理器、存储器、通信接口以及一个或多个程序，其中，上述一个或多个程序被存储在上述存储器中，并且被配置由上述处理器执行，本申请实施例中，上述程序包括用于执行以下步骤的指令：

采集预设周期内的第一电压信号和第二电压信号；

根据第一电压信号计算第一矢量角，根据第二电压信号计算第二矢量角，根据第一矢量角和第二矢量角计算角度差；

根据第一矢量角和角度差确定功率单元的相位角。

本申请实施例还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时包括上述功率单元的相位检测方法实施例中记载的任何一种功率单元的相位检测方法的部分或全部步骤。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看上述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现上述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机程序存储/分布在合适的介质中，与其它硬件一起提供或作为硬件的一部分，也可以采用其他分布形式，如通过Internet或其它有线或无线电信系统。

本申请是参照本申请实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程信息提醒设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程信息提醒设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程信息提醒设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程信息提醒设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本申请的示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种功率单元的相位检测方法，其特征在于，应用于级联型高压变频器，所述级联型高压变频器包括移相变压器和多个功率单元，所述相位检测方法包括：

采集第一电压信号和第二电压信号，其中，所述第一电压信号为所述移相变压器三相电源输入端的电压信号或者为所述移相变压器辅助绕组三相输出端的电压信号，所述第二电压信号为所述移相变压器的副边绕组输出到所述功率单元输出端的电压信号；

在所述级联型高压变频器停机时，根据所述第一电压信号计算第一矢量角，根据所述第二电压信号计算第二矢量角，根据所述第一矢量角和所述第二矢量角计算角度差，将所述角度差存储在所述功率单元作为所述功率单元的运行常数；

在所述级联型高压变频器运行时，根据所述第一矢量角和所述角度差确定所述功率单元的相位角；

所述根据所述第一电压信号计算第一矢量角，根据所述第二电压信号计算第二矢量角，根据所述第一矢量角和所述第二矢量角计算角度差，具体包括：

根据当前时刻的第一矢量角和当前时刻的第二矢量角计算当前时刻的矢量角度差；

根据所述矢量角度差和上一时刻的矢量角度差计算角度差平均值；

将所述角度差平均值确定为角度差。

2.根据权利要求1所述的功率单元的相位检测方法，其特征在于，所述相位检测方法还包括：

根据所述相位角确定所述功率单元整流侧的驱动信号。

3.根据权利要求1所述的功率单元的相位检测方法，其特征在于，所述根据所述第一矢量角和所述角度差确定所述功率单元的相位角，具体包括：

将所述第一矢量角和所述角度差的和确定为所述功率单元的相位角。

4.一种功率单元的相位检测装置，其特征在于，应用于级联型高压变频器，所述级联型高压变频器包括移相变压器和多个功率单元，所述相位检测装置包括：

采集模块，用于采集第一电压信号和第二电压信号，其中，所述第一电压信号为所述移相变压器三相电源输入端的电压信号或者为所述移相变压器辅助绕组三相输出端的电压信号，所述第二电压信号为所述移相变压器的副边绕组输出到所述功率单元输出端的电压信号；

计算模块，用于根据所述第一电压信号计算第一矢量角，根据所述第二电压信号计算第二矢量角，根据所述第一矢量角和所述第二矢量角计算角度差，将所述角度差存储在所述功率单元作为所述功率单元的运行常数；

检测模块，用于根据所述第一矢量角和所述角度差确定所述功率单元的相位角；

所述计算模块具体用于：

根据当前时刻的第一矢量角和当前时刻的第二矢量角计算当前时刻的矢量角度差；

根据所述矢量角度差和上一时刻的矢量角度差计算角度差平均值；

将所述角度差平均值确定为角度差。

5.根据权利要求4所述的功率单元的相位检测装置，其特征在于，所述相位检测装置还包括：

确定模块，用于根据所述相位角确定所述功率单元整流侧的驱动信号。

6.根据权利要求4所述的功率单元的相位检测装置，其特征在于，所述检测模块，具体用于：

将所述第一矢量角和所述角度差的和确定为所述功率单元的相位角。

7.一种智能终端，其特征在于，所述智能终端包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的功率单元的相位检测程序，所述功率单元的相位检测程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-3任意一项所述功率单元的相位检测方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有功率单元的相位检测程序，所述功率单元的相位检测程序被处理器执行时实现如权利要求1-3任意一项所述功率单元的相位检测方法的步骤。