控制具有逆变器输出滤波器的电力转换器的方法和装置制造方法及图纸

提出了一种用于通过中间滤波电路来驱动所连接的AC负载的电力转换器和方法，其中根据表示电力转换器的AC输出端处的输出参数的反馈信号或值来确定至少一个滤波器电流或电压信号或值，并且至少部分地基于所述至少一个滤波器电流或电压信号或值在AC输出端处生成AC输出电力。

【技术实现步骤摘要】
控制具有逆变器输出滤波器的电力转换器的方法和装置
技术介绍
电力转换系统用于生成交流（AC）输出电力并且将其提供至负载，如由电动机驱动电力转换器的逆变器级驱动的单相或多相AC电动机。脉冲宽度调制（PWM）输出逆变器提供包括许多脉冲的输出电流和电压，并且有时在电力转换器和被驱动的负载之间采用输出滤波器以减少由脉冲宽度调制所造成的高频成分。然而，电力转换系统和负载之间的输出滤波器的存在使得更难对提供给负载的电压和/或电流进行精确控制，原因是传递至负载的电力不同于传递至滤波器的输入端的电力。特别地，可以根据在逆变器输出端所测量的反馈信号来控制输出逆变器级，并且这些反馈值可能并不表示最终提供给负载的电流或电压。可以在负载本身处设置反馈传感器以用于直接测量负载参数，但这会增加系统成本，并且可能不是在所有应用中都是可能的。因此，需要一种通过中间滤波电路来驱动负载的改进的电力转换系统和技术，通过此改进的电力转换系统和技术，可以便利负载控制，而不需要定位在负载处的额外反馈传感器也不需要对电力转换器的逆变器控制系统进行显著修改。
技术实现思路
现在概述本公开内容的各个方面以促进对本公开内容的基本理解，其中此概述不是本公开内容的详尽综述，并且既不意在确定本公开内容的某些元素也不意在描绘其范围。相反，本概述的主要目的在于在下文中呈现更详细的描述之前以简化的形式呈现出本公开内容的各种理念。公开了用于通过中间滤波电路给负载供电的电力转换系统和操作方法，其与电动机驱动器或其他形式的电力转换器相关联地具有实用性，并且可以用于向任何形式的负载如单相或多相永磁同步电动机（PMSM）供电或提供驱动。这些技术可以被成功地实施以促进对驱动电动机和其它负载的改进的控制，而不需要对逆变器控制器配置进行显著改变也不需要在负载处增加直接反馈传感器。公开了一种电力转换器，其包括逆变器和相关联的控制器，该控制器用于基于一个或更多个逆变器输出反馈信号或值来确定表示中间滤波电路的一个或更多个滤波电容器电流或滤波电感器电压的一个或更多个滤波器电流或电压。控制器至少部分地基于滤波器电流或电压来提供逆变器开关控制信号。在某些实施方式中，电力转换器可以是电动机驱动器，其中逆变器提供输出电力以通过中间滤波电路来驱动电动机负载。在某些实施方式中，控制器基于期望的速度和电动机速度来计算电流设定点，并且根据电动机速度、经补偿的电压基准和滤波电容值来计算滤波电容器电流值。控制器基于电流设定点和滤波电容器电流值来计算经补偿的电流设定点值，并且至少部分地基于补偿电流设定点来提供逆变器开关控制信号。在各种实施方式中，控制器基于经补偿的电流设定点和表示逆变器输出端处的输出电流的输出电流反馈来计算电压基准。控制器基于输出电流反馈、电动机速度、滤波电容器电流值以及滤波电感值来计算前馈电压值。控制器基于电压基准和前馈电压基准来计算经补偿的电压基准值，并至少部分地基于经补偿的电压基准值来提供逆变器开关控制信号。提供了一种用于通过中间滤波电路来控制连接到电动机驱动器的AC电动机的方法。该方法包括：基于表示电动机驱动器的AC输出端处的输出电流的至少一个电动机驱动器输出反馈信号或值，确定表示中间滤波电路的滤波电容器电流或滤波电感器电压的至少一个滤波器电流或电压；以及至少部分地根据滤波器电流或电压而在电动机驱动器输出端处生成AC电输出电力。在某些实施方案中，该方法包括：基于电动机速度信号或值、经补偿的电压基准值和滤波电容值来确定表示在中间滤波电路的滤波电容器中流动的电流的滤波电容器电流值。至少部分地基于滤波电容器电流值来计算经补偿的电流设定点值，并且至少部分地根据经补偿的电流设定点值来提供逆变器开关控制信号。该方法的某些实施方式还包括：至少部分地基于所期望的电动机速度和电动机速度信号或值来确定至少一个电流设定点信号或值；以及基于电流设定点值和滤波电容器电流值来计算经补偿的电流设定点值。此外，在某些实施方案中，该方法包括：基于经补偿的电流设定点值和表示逆变器输出端处的输出电流的至少一个逆变器输出电流反馈信号或值来计算电压基准值。另外，基于逆变器输出电流反馈信号或值来计算前馈电压基准值，并且基于电压基准值和前馈电压基准值来确定经补偿的电压基准值，其中至少部分地根据经补偿的电压基准值来提供逆变器开关控制信号。非暂态计算机可读介质被设置有计算机可执行指令，以用于根据所描述的方法通过中间滤波电路来控制连接至电动机驱动器的AC电动机。附图说明以下描述和附图详细阐述了本公开内容的某些示例性实现，其表示可以实施本公开内容的各种原理的若干示例性方式。然而，所示出的示例并非穷举性描述本公开内容的许多可能实施方式。将在结合附图进行考虑的以下详细描述中阐述本公开内容的其它目的、优点和新颖特征，在附图中：图1是示出具有逆变器控制器的电动机驱动器的简化示意图，该逆变器控制器被配置为在补偿在电动机驱动器输出端与驱动永磁同步电动机（PMSM）之间的输出滤波器的存在同时基于所感测的逆变器输出电流信号或值来控制电动机电流；图2是示出图1的逆变器控制器的进一步细节的示意图；图3是示出图1和图2的逆变器控制器的滤波器电流计算部件、电流基准部件以及电流比例积分（PI）前馈部件的进一步细节的示意图；以及图4是示出用于通过中间滤波电路来驱动电动机负载的方法的流程图。具体实施方式现在参照附图，在下文中结合附图来描述若干实施方式或实现，其中贯穿全文相同的附图标记用于指代相同的元件，并且其中各种特征不一定按比例绘制。公开了用于通过中间滤波电路来控制所连接的负载的电力转换器和方法，通过该电力转换器和方法，可以便利改进的控制，而不需要增加额外的反馈传感器或大范围修改逆变器输出控制方案。下文中，在控制AC永磁同步电动机（PMSM）的电动机驱动电力转换器的上下文中说明这些理念，然而本专利技术并不限于电动机驱动器型电力转换器也不限于PMSM型负载。所描述的实施方式仅利用逆变器输出电流的测量值（不需要直接感测在驱动电动机负载处的电压和/或电流），并且因此便于在不显著影响成本和/或复杂度的情况下将中间滤波器添加至任何电动机驱动器/驱动电动机系统。因此，当前公开的电力转换系统和方法通过尝试将另外的级联控制环、自适应全维观测器和/或其它复杂的处理部件或步骤引入到PMSM逆变器矢量控制体系中而呈现出显著进步，并且还便于改进的电动机控制，而无需用于传统PMSM驱动器或其它类型电力转换系统的控制结构中的额外硬件或大量改变。公开的示例包括具有逆变器输出滤波器的PMSM驱动器的简单控制方案，其考虑滤波器的动态而不使用任何另外的硬件。此外，可以在多种电力转换系统中采用各种实施方案，该多种电力转换系统包括但不限于配备有输出滤波器的电压源AC驱动器或所安装的用于通过中间输出滤波来驱动电动机的电力转换器（无论该中间滤波电路是否与驱动器为一体）。所公开的装置和方法因而提供了一种考虑输出滤波器动态的简单解决方案，其具有改进的性能但未对现有驱动器进行较大硬件或软件改变。此外，所公开的技术仅需要测量逆变器输出电流，而不需要从被驱动的负载提供直流电压和/或电流值的另外传感器，因此，可以容易地将滤波器添加到现有驱动器中而无需任何硬件修改。此外，在某些实施方案中，设置有改进的电流基准发生器，并且对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过中间滤波电路（30）来驱动负载（20）的电力转换系统（40），所述电力转换系统（40）包括：逆变器（46），所述逆变器（46）包括DC输入端（46A）、AC输出端（46B）以及多个开关器件（S1‑S6），所述多个开关器件（S1‑S6）耦接在所述DC输入端和所述AC输出端之间并且根据逆变器开关控制信号（102）进行操作，以对在所述DC输入端（46A）处接收的DC电力进行转换来在所述AC输出端（46B）处提供AC输出电力；控制器（100），所述控制器（100）被配置成：基于表示所述逆变器（46）的所述AC输出端（46B）处的输出电流的至少一个逆变器输出反馈信号或值（iu、iv、iw）来确定（208）至少一个滤波器电流或电压信号或值（iC、VL），所述至少一个滤波器电流或电压信号或值（iC、VL）表示所述中间滤波电路（30）的滤波电容器电流或滤波电感器电压；以及至少部分地根据所述至少一个滤波器电流或电压信号或值（iC、VL）来向所述逆变器（46）提供所述逆变器开关控制信号（102）。

【技术特征摘要】
2013.01.16 US 13/742,4051.一种用于通过中间滤波电路(30)来驱动负载(20)的电力转换系统(40)，所述电力转换系统(40)包括：逆变器(46)，所述逆变器(46)包括DC输入端(46A)、AC输出端(46B)以及多个开关器件(S1-S6)，所述多个开关器件(S1-S6)耦接在所述DC输入端和所述AC输出端之间并且根据逆变器开关控制信号(102)进行操作，以对在所述DC输入端(46A)处接收的DC电力进行转换来在所述AC输出端(46B)处提供AC输出电力；控制器(100)，所述控制器(100)被配置成：基于表示所述逆变器(46)的所述AC输出端(46B)处的输出电流的至少一个逆变器输出反馈信号或值(iu、iv、iw)来确定(208)至少一个滤波器电流或电压信号或值(iC、VL)，所述至少一个滤波器电流或电压信号或值(iC、VL)表示所述中间滤波电路(30)的滤波电容器电流或滤波电感器电压；以及至少部分地根据所述至少一个滤波器电流或电压信号或值(iC、VL)来向所述逆变器(46)提供所述逆变器开关控制信号(102)。2.根据权利要求1所述的电力转换系统(40)，其中，所述控制器(100)被操作为：基于所期望的速度值(ωr*)和作为负载(20)的电动机的电动机速度信号或值(ωr)来计算(204)至少一个电流设定点值(I**dq)；基于以下值来计算(208)表示在所述中间滤波电路(30)的滤波电容器中流动的电流的滤波电容器电流值(iC)：所述电动机速度信号或值(ωr)；经补偿的电压基准值(Vdq_ref)；以及滤波器电容值(Cf)；基于所述至少一个电流设定点值(I**dq)和所述滤波电容器电流值(iC)来计算(210)经补偿的电流设定点值(I*dq)；以及至少部分地根据所述经补偿的电流设定点值(I*dq)来向所述逆变器(46)提供所述逆变器开关控制信号(102)。3.根据权利要求2所述的电力转换系统(40)，其中，所述控制器(100)被操作为：基于所述经补偿的电流设定点值(I*dq)和表示所述逆变器(46)的所述AC输出端(46B)处的输出电流的至少一个逆变器输出电流反馈信号或值(idq)来计算(212)电压基准值(Vdq)；基于所述至少一个逆变器输出电流反馈信号或值(idq)、所述电动机速度信号或值(ωr)、所述滤波电容器电流值(iC)以及滤波器电感值(Lf)来计算(216)前馈电压基准值(vf_dq)；基于所述电压基准值(Vdq)和所述前馈电压基准值(vf_dq)来计算(218)经补偿的电压基准值(Vdq_ref)；以及至少部分地根据所述经补偿的电压基准值(Vdq_ref)来向所述逆变器(46)提供(220)所述逆变器开关控制信号(102)。4.根据权利要求1所述的电力转换系统(40)，其中，所述控制器(100)被操作为：基于经补偿的电流设定点值(I*dq)和表示所述逆变器(46)的所述AC输出端(46B)处的输出电流的至少一个逆变器输出电流反馈信号或值(idq)来计算(212)电压基准值(Vdq)；基于所述至少一个逆变器输出电流反馈信号或值(idq)、作为负载(20)的电动机的电动机速度信号或值(ωr)、滤波电容器电流值(iC)以及滤波器电感值(Lf)来计算(216)前馈电压基准值(vf_dq)；基于所述电压基准值(Vdq)和所述前馈电压基准值(vf_dq)来计算(218)经补偿的电压基准值(Vdq_ref)；以及至少部分地根据所述经补偿的电压基准值(Vdq_ref)来向所述逆变器(46)提供(220)所述逆变器开关控制信号(102)。5.根据权利要求1所述的电力转换系统(40)，其中，所述电力转换系统(40)为电动机驱动器，并且其中，所述逆变器(46)在所述AC输出端(46B)处提供所述AC输出电力以通过所述中间滤波电路(30)来驱动作为负载(20)的电动机。6.根据权利要求5所述的电力转换系统(40)，其中，所述控制器(100)被操作为：基于所期望的速度值(ωr*)和电动机速度信号或值(ωr)来计算(204)至少一个电流设定点值(I**dq)；基于以下值来计算(208)表示在所述中间滤波电路(30)的滤波电容器中流动的电流的滤波电容器电流值(iC)：所述电动机速度值(ωr)；经补偿的电压基准值(Vdq_ref)；以及滤波器电容值(Cf)；基于所述至少一个电流设定点值(I**dq)和所述滤波电容器电流值(iC)来计算(210)经补偿的电流设定点值(I*dq)；以及至少部分地根据所述经补偿的电流设定点值(I*dq)来向所述逆变器(46)提供所述逆变器开关控制信号(102)。7.根据权利要求6所述的电力转换系统(40)，其中，所述控制器(100)被操作为：基于所述经补偿的电流设定点值(I*dq)和表示所述逆变器(46)的所述AC输出端(46B)处的输出电流的至少一个逆变器输出电流反馈信号或值(idq)来计算(212)电压基准值(Vdq)；基于所述至少一个逆变器输出电流反馈信号或值(idq)、所述电动机速度信号或值(ωr)、所述滤波电容器电流值(iC)以及滤波器电感值(Lf)来计算(216)前馈电压基准值(vf_dq)；基于所述电压基准值(Vdq)和所述前馈电压基准值(vf_dq)来计算(218)经补偿的电压基准值(Vdq_ref)；以及至少部分地根据所述经补偿的电压基准值(Vdq_ref)来向所述逆变器(46)提供(220)所述逆变器开关控制信号(102)。8.根据权利要求5所述的电力转换系统(40)，其中，所述控制器(100)被操作为：基于经补偿的电流设定点值(I*dq)和表示所述逆变器(46)的所述AC输出端(46B)处的输出电流的至少一个逆变器输出电流反馈信号或值(idq)来计算(212)电压基准值(Vdq)；基于所述至少一个逆变器输出电流反馈信号或值(idq)、电动机速度信号或值(ωr)、滤波电容器电流值(iC)以及滤波器电感值(Lf)来计算(216)前馈电压基准值(vf_dq)；基于所述电压基准值(Vdq)和所述前馈电压基准值(vf_dq)来计算(218)经补偿的电压基准值(Vdq_ref)；以及至少部分地根据所述经补偿的电压基准值(Vdq_ref)来向所述逆变器(46)提供(220)所述逆变器开关控制信号(102)。9.一种用于通过中间滤波电路(30)来控制连接至电动机驱动器(40)的AC电动机(20)的方法(200)，所述方法(200)包括：基于表示所述电动机驱动器(40)的AC输出端(46B)处的输出电流的至少一个电动机驱动器输出反馈信号或值(iu、iv、iw)来确定(208)至少一个滤波器电流或电压信号或值(iC、VL)，所述至少一个滤波器电流或电压信号或值(iC、VL)表示所述中间滤波电路(30)的滤波电容器电流或滤波电感器电压；以及至少部分地根据所述至少一个滤波器电流或电压信号或值(iC、VL)来在所述电动机驱动器(40)的所述AC输出端(46B)处生成(220)AC输出电力。10.根据权利要求9所述的方法(200)，包括：基于以下值来确定(208)表示在所述中间滤波电路(30)的滤波电容器中流动的电流的滤波电容器电流值(iC)：电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晶波，托马斯·诺德哈尔，彼得·舒米特，谢苗·罗亚克，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US