一种无电解电容变频驱动系统谐振抑制方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无电解电容变频驱动系统谐振抑制方法和系统，属于永磁同步电机驱动控制领域，方法包括：提取母线电压谐波分量；将母线电压谐振分量乘以反馈比例增益，得到系统的阻尼电流；将阻尼电流乘以当前的母线电压，得到逆变器输入侧的等效阻尼功率，将驱动系统输入侧的LC振荡转换到逆变器的输出侧；将逆变器输入侧的等效阻尼功率除以逆变器当前的输出电流，得到逆变器的等效阻尼输出电压，并根据电机α、β轴电流，将等效阻尼输出电压叠加到α轴的阻尼电压和β轴的阻尼电压上，使谐振成分被电机电流吸收，实现LC谐振抑制。本发明专利技术不仅能有效抑制驱动系统中的LC谐振，还能提高无电解电容驱动系统的功率因数，计算简单，易于数字化实现。

A method and system of resonance suppression for variable frequency drive system without electrolytic capacitor

【技术实现步骤摘要】
一种无电解电容变频驱动系统谐振抑制方法和系统
本专利技术属于永磁同步电机驱动控制
，更具体地，涉及一种无电解电容变频驱动系统谐振抑制方法和系统。
技术介绍
在传统的交-直-交变频驱动系统中，由于电解电容的存在，导致整个变频驱动系统体积庞大、成本高、使用寿命低，同时输入功率因素较低且存在网侧电流谐波，因此用薄膜电容或陶瓷电容取代传统的电解电容，即无电解电容变频驱动系统。无电解电容永磁同步电机变频驱动系统主电路拓扑结构如图1所示，图中Lg，Cdc为网侧输入电感和母线电容，Rg为输入线电阻；由于没有电解电容做储能和平滑，母线电压周期波动，且输入线电阻Rg阻值很小，系统阻尼能力很弱，很容易在电感Lg和电容Cdc之间形成LC谐振。在输入电流和母线电压中均含有LC振荡成分，网侧输入电流谐波增大，功率因素也随之下降，严重影响了系统网侧输入质量，并对网侧电流造成污染。目前抑制LC谐波振荡的方法主要分为无源阻尼和有源阻尼。无源阻尼需要增加电阻、电感和电容等器件，增加了系统的功耗。有源阻尼则不需要修改硬件，用软件方法构建新的阻尼回路，在工程应用中具有更大的优势。但是在当前的有源阻尼控制方法中，没有考虑电机制动时母线电压泵升的情况。如图3所示，母线电压的泵升同样会被高通滤波器检测到。当阻尼电压叠加到电机端时，有源阻尼控制会抑制母线电压的升高，母线会处于低电压状态，导致输入电流一直被箝位在零电流。箝位时间越长，图1中整流二极管导通角变小，电网电流正弦度越差，电流谐波增大，功率因数下降。专利技术内容针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种无电解电容变频驱动系统谐振抑制方法和系统，其目的在于解决当前有源阻尼控制方法由于没有考虑电机制动时母线电压泵升的情况，而造成电流谐波增大，功率因数下降的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种无电解电容变频驱动系统谐振抑制方法，包括：S1.采用预先设计的高通滤波器提取母线电压谐波分量；S2.将母线电压谐振分量乘以反馈比例增益，得到系统的阻尼电流；S3.将阻尼电流乘以当前的母线电压，得到逆变器输入侧的等效阻尼功率，将驱动系统输入侧的LC振荡转换到逆变器的输出侧；S4.将逆变器输入侧的等效阻尼功率除以逆变器当前的输出电流，得到逆变器的等效阻尼输出电压，并根据电机α、β轴电流，计算等效阻尼输出电压分配到α轴和β轴的阻尼注入电压；S5.将α轴和β轴的阻尼注入电压分别叠加到α轴的阻尼电压和β轴的阻尼电压上，使谐振成分被电机电流吸收，实现LC谐振抑制。进一步地，预先设计的高通滤波器截止频率ωH为：式中，Lg为网侧输入电感，Cdc为母线电容，ωr为Lg与Cdc之间的谐振频率。进一步地，根据以下公式提取母线电压谐波分量△udc式中，udc为驱动系统的母线电压，ug为网侧输入电压，即母线电压的基波分量，iinv为逆变器输入电流。进一步地，步骤S2中的反馈比例增益K为：式中，ε为无电解电容永磁同步电机变频驱动系统的阻尼比。进一步地，步骤S3中逆变器的等效阻尼输出电压△uαβ的计算方法为：其中，iα和iβ为αβ坐标系下α轴和β轴的电流，Pdamp为逆变器输入侧的等效阻尼功率。进一步地，步骤S4中α轴和β轴的阻尼注入电压△uα和△uβ计算方法为：按照本专利技术的另一方面，提供了一种无电解电容变频驱动系统谐振抑制系统，该系统采用上述无电解电容变频驱动系统谐振抑制方法。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。本专利技术首先设计高通滤波器提取母线电压中的LC谐振成分，然后设计母线电压阻尼反馈控制回路计算出阻尼电流，根据功率平衡关系，将阻尼电流转换为电机当前端电压，注入到电机参考坐标系中，最后被永磁同步电机吸收以实现对LC谐振的抑制。本专利技术方法通过对高通滤波器的改进，在电网电流箝位时，允许母线电压泵升，减小电网电流箝位时间，使其更接近正弦波，从而降低了电网电流谐波。该方法不仅能有效抑制驱动系统中的LC谐振，而且能提高无电解电容驱动系统的功率因数，且计算简单，易于数字化实现，对于提高驱动系统网侧电流质量，具有很重要的理论和实际意义。附图说明图1为现有技术中无电解电容永磁同步电机变频驱动系统总体结构图；图2为现有技术中无电解电容永磁同步电机变频驱动系统网侧等效电路图；图3为本专利技术实施例提供的无电解电容变频驱动系统谐振抑制方法控制结构图；图4为本专利技术实施例提供的母线电压阻尼反馈控制结构图；图5为本专利技术实施例提供的阻尼电流注入后等效电路图；图6为本专利技术实施例提供的未采用任何谐振抑制策略时的电网电流波形；图7为本专利技术实施例提供的未采用任何谐振抑制策略时电网电流分析图；图8为本专利技术实施例提供的采用传统阻尼控制方法，没有考虑逆变器电流方向时的电网电流波形；图9为本专利技术实施例提供的采用传统阻尼控制方法时电网电流谐波分析对图；图10为本专利技术实施例提供的采用本专利技术提出的谐振抑制方法时的电网电流波形；图11为本专利技术实施例提供的采用本专利技术提出的谐振抑制方法时电网电流谐波分析图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图2为无电解电容永磁同步电机变频驱动系统小信号等效电路图，图中ig为电网输入电流，ic为母线电容输入电流，udc为母线电压，iinv为逆变器输入电流。逆变器和电机可以等效为一个可变电流源，输出电流由电机当前负载决定。参考图2，母线电压波动包含有谐振成分，可以从母线电压中提取谐振成分进而对系统进行阻尼控制，抑制谐振。参考图3，本专利技术提供了一种无电解电容变频驱动系统谐振抑制方法，包括：S1.采用预先设计的高通滤波器提取母线电压谐波分量；具体地，设计一个高通滤波器HPF提取母线电压中的谐振成分△udc。提取方法为：式中udc为驱动系统的母线电压，ug为网侧输入电压，在此处代表母线电压的基波分量，iinv为逆变器输入电流，iinv>0意味着永磁同步电机工作在电动状态；iinv<＝0意味着永磁同步电机工作在发电状态，电流由电机侧流向母线电容，对电容充电，母线电压升高。母线电压此时泵升并不是LC谐振成分，如果此时抑制母线电压的泵升，会导致整流二极管开通时间延迟，二极管导通角变小，驱动系统的低次输入电流谐波增加，功率因数下降，因此，本专利技术根据逆变器电流的方向，在高通滤波器中将该成分去掉。其中，iinv逆变器电流的计算方法为：iinv＝iada+ibdb+icdc(2)...

【技术保护点】
1.一种无电解电容变频驱动系统谐振抑制方法，其特征在于，包括：/nS1.采用预先设计的高通滤波器提取母线电压谐波分量；/nS2.将母线电压谐振分量乘以反馈比例增益，得到系统的阻尼电流；/nS3.将阻尼电流乘以当前的母线电压，得到逆变器输入侧的等效阻尼功率，将驱动系统输入侧的LC振荡转换到逆变器的输出侧；/nS4.将逆变器输入侧的等效阻尼功率除以逆变器当前的输出电流，得到逆变器的等效阻尼输出电压，并根据电机α、β轴电流，计算等效阻尼输出电压分配到α轴和β轴的阻尼注入电压；/nS5.将α轴和β轴的阻尼注入电压分别叠加到α轴的阻尼电压和β轴的阻尼电压上，使谐振成分被电机电流吸收，实现LC谐振抑制。/n

【技术特征摘要】
1.一种无电解电容变频驱动系统谐振抑制方法，其特征在于，包括：
S1.采用预先设计的高通滤波器提取母线电压谐波分量；
S2.将母线电压谐振分量乘以反馈比例增益，得到系统的阻尼电流；
S3.将阻尼电流乘以当前的母线电压，得到逆变器输入侧的等效阻尼功率，将驱动系统输入侧的LC振荡转换到逆变器的输出侧；
S4.将逆变器输入侧的等效阻尼功率除以逆变器当前的输出电流，得到逆变器的等效阻尼输出电压，并根据电机α、β轴电流，计算等效阻尼输出电压分配到α轴和β轴的阻尼注入电压；
S5.将α轴和β轴的阻尼注入电压分别叠加到α轴的阻尼电压和β轴的阻尼电压上，使谐振成分被电机电流吸收，实现LC谐振抑制。


2.根据权利要求1所述的一种无电解电容变频驱动系统谐振抑制方法，其特征在于，预先设计的高通滤波器截止频率ωH为：






式中，Lg为网侧输入电感，Cdc为母线电容，ωr为Lg与Cdc之间的谐振频率。


3.根据权利要求2所述的一种无电解电容变频驱动系统谐振抑制方法，其特征在于，根据以下公式提取母线...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹泉，李海春，罗慧，刘洋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42