基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制系统

【技术实现步骤摘要】
基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制器、系统及方法


[0001]本专利技术涉及逆变控制
，特别涉及一种基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制器
、
系统及方法
。

技术介绍

[0002]常用的三相或单相变流器装置，通过在直流母线电压平滑电路中设置大容值的电解电容来对经过不控整流产生的电压脉动进行平滑处理
。
但是，采用大容值的电解电容不仅使得成本和体积增加，还由于电解电容中电解液会随时间推移发生泄露
、
蒸发或化学变化，进而导致电容损坏
。
这个缺陷往往成为变流器的薄弱环节，据统计变流器电路故障中有
60
％是因电解电容所引起的
。
[0003]采用小容值的薄膜电容，不仅可以有效降低成本和体积，而且薄膜电容寿命长且耐压能力高，目前已成为替代电解电容的有效解决方案
。
但是，由于小容值薄膜电容不具有稳压作用，使得直流母线电压发生脉动，变流器输出三相电流中会产生因直流母线电压脉动引起的两种电流谐波，当这两种电流谐波频率不是电机运行频率的整数倍时，会引起电流的拍频现象
。
特别的，当三相
50Hz
电网电压输入到变流器时，直流母线电压上会存在
300Hz
及其倍数的脉动电压分量，使得三相电流中产生了两种电流谐波
f+300、|f
‑
300|(
单位为
Hz)
；其中，
f
为电机运行电频率
。
当两种电流谐波
f+300、|f
‑
300|
不是
f
的整数倍时，就会导致电流拍频现象
。
[0004]现有技术中，主要从问题源头
(
直流母线电压脉动分量
)
出发，或通过计算直流母线电压脉动分量的相位来使得直流电压中包含的脉动成分的
d
轴电压
V
d
比
q
轴电压
V
q
相位超前
90
°
，或通过补偿计算直流母线电压脉动分量的延迟来获得修正的母线电压指令
。
但是，现有技术较少从问题的结果
(
电流拍频相关电流谐波幅值
)
出发进行电流拍频现象的抑制，使得最终的电流拍频抑制效果不显著
。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要解决的技术问题是提供一种基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制器
、
系统及方法，实现电流拍频现象的有效抑制
。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制器，包括：谐波提取模块，用于：预先根据电流拍频相关的两种电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
在不同运行电频率下的相序特性，在
dq
轴系中设计与所述两种电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
旋转角速度相等且方向一致的
dq
(f+2*m*k*fg)
、dq
|f
‑
2*m*k*fg|
同步旋转坐标系；以及利用
abc/dq
(f+2*m*k*fg)
、abc/dq
|f
‑
2*m*k*fg|
变换和低通滤波器从三相电流中提取得到所述两种电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
位于
d*(d
(f+2*m*k*fg)
、d
|f
‑
2*m*k*fg|
)
轴或
q*(q
(f+2*m*k*fg)
、q
|f
‑
2*m*k*fg|
)
轴的其中一个轴上的2个特征直流分量；其中，
f
为电机运行电频率，
m
为变流器输入相数，
fg
为电网频率，
k
为直流母线电压主要脉动频率的倍数，取值为正整数；谐波抑制计算模块，用于通过
PI
控制器对所述2个特征直流分量进行
目标值为0的抑制控制，以对所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
的幅值抑制控制，并生成抑制所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
的幅值所需的
、
位于
d*(d
(f+2*m*k*fg)
、d
|f
‑
2*m*k*fg|
)
轴上的第一电压补偿信号和第二电压补偿信号，或位于
q*(q
(f+2*m*k*fg)
、q
|f
‑
2*m*k*fg|
)
轴上的第三电压补偿信号和第四电压补偿信号；电压补偿量计算模块，用于利用所述第一电压补偿信号
、
第二电压补偿信号
、
第三电压补偿信号
、
第四电压补偿信号和电流环
PI
控制器的输出信号之间的电压关系，在已知两个电压补偿信号和所述电流环
PI
控制器的输出信号的情况下，计算另外两个电压补偿信号，具体包括：根据所述第一电压补偿信号
、
第二电压补偿信号
、
所述电流环
PI
控制器的输出信号计算抑制所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
的幅值所需的
、
位于另外的
q*(q
(f+2*m*k*fg)
、q
|f
‑
2*m*k*fg|
)
轴的第三电压补偿信号和第四电压补偿信号；或者根据所述第三电压补偿信号
、
第四电压补偿信号
、
电流环
PI
控制器的输出信号计算抑制所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
的幅值所需的
、
位于另外的
d*(d
(f+2*m*k*fg)
、d
|f
‑
2*m*本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制器，其特征在于，包括：谐波提取模块，用于：预先根据电流拍频相关的两种电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
在不同运行电频率下的相序特性，在
dq
轴系中设计与所述两种电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
旋转角速度相等且方向一致的
dq
(f+2*m*k*fg)
、dq
|f
‑
2*m*k*fg|
同步旋转坐标系；以及利用
abc/dq
(f+2*m*k*fg)
、abc/dq
|f
‑
2*m*k*fg|
变换和低通滤波器从三相电流中提取得到所述两种电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
位于
d*(d
(f+2*m*k*fg)
、d
|f
‑
2*m*k*fg|
)
轴或
q*(q
(f+2*m*k*fg)
、q
|f
‑
2*m*k*fg|
)
轴的其中一个轴上的2个特征直流分量；其中，
f
为电机运行电频率，
m
为变流器输入相数，
fg
为电网频率，
k
为直流母线电压主要脉动频率的倍数，取值为正整数；谐波抑制计算模块，用于通过
PI
控制器对所述2个特征直流分量进行目标值为0的抑制控制，以对所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
的幅值抑制控制，并生成抑制所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
的幅值所需的
、
位于
d*(d
(f+2*m*k*fg)
、d
|f
‑
2*m*k*fg|
)
轴上的第一电压补偿信号和第二电压补偿信号，或位于
q*(q
(f+2*m*k*fg)
、q
|f
‑
2*m*k*fg|
)
轴上的第三电压补偿信号和第四电压补偿信号；电压补偿量计算模块，用于利用所述第一电压补偿信号
、
第二电压补偿信号
、
第三电压补偿信号
、
第四电压补偿信号和电流环
PI
控制器的输出信号之间的电压关系，在已知两个电压补偿信号和所述电流环
PI
控制器的输出信号的情况下，计算另外两个电压补偿信号，具体包括：根据所述第一电压补偿信号
、
第二电压补偿信号
、
所述电流环
PI
控制器的输出信号计算抑制所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
的幅值所需的
、
位于另外的
q*(q
(f+2*m*k*fg)
、q
|f
‑
2*m*k*fg|
)
轴的第三电压补偿信号和第四电压补偿信号；或者根据所述第三电压补偿信号
、
第四电压补偿信号
、
电流环
PI
控制器的输出信号计算抑制所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
的幅值所需的
、
位于另外的
d*(d
(f+2*m*k*fg)
、d
|f
‑
2*m*k*fg|
)
轴第一电压补偿信号和第二电压补偿信号；谐波电压变换模块，用于：对所述第一电压补偿信号
、
第二电压补偿信号
、
第三电压补偿信号和第四电压补偿信号进行
dq
(f+2*m*k*fg)
/dq、dq
|f
‑
2*m*k*fg|
/dq
轴变换处理，以分别得到在
d
轴
、q
轴的等效电压补偿量；分别将
d
轴
、q
轴的等效电压补偿量对应叠加计算，以得到在
d
轴
、q
轴的等效电压补偿信号
U
db
、U
qb
；以及将所述等效电压补偿信号
U
db
、U
qb
以补偿信号分别对应输出至所述电流环
PI
控制器的输出电压
U
d
、U
q
中进行补偿计算以得到电压信号
U
d*
、U
q*
，并经过
dq/
αβ
变换处理得到电压信号
U
α
*
、U
β
*
以输出至
PWM
控制器，使所述
PWM
控制器控制
PWM
信号以实现所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
的谐波幅值的抑制，从而实现电流拍频的抑制
。2.
根据权利要求1所述的基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制器，其特征在于，所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
在不同运行电频率下的相序特性，包括：所述电流谐波
f+2*m*k*fg
的相序为正序；所述电流谐波
|f
‑
2*m*k*fg|
的相序与电机运行电频率
f
相关，具体为：
当
f
＜
2*m*k*fg
时，所述电流谐波
|f
‑
2*m*k*fg|
的相序为负序；当
f
＝
2*m*k*fg
时，不存在所述电流谐波
|f
‑
2*m*k*fg|
；当
f
＞
2*m*k*fg
时，所述电流谐波
|f
‑
2*m*k*fg|
的相序为正序
。3.
根据权利要求2所述的基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制器，其特征在于，所述两种电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
旋转角速度相等且方向一致的
dq
(f+2*m*k*fg)
、dq
|f
‑
2*m*k*fg|
同步旋转坐标系，具体为：设定所述
dq
轴为电机转子的磁极轴
dq
轴，所述
dq
轴的旋转角速度为
ω
＝2π
f
，其方向为逆时针方向，设定逆时针旋转方向为正序旋转方向；所述
dq
(f+2*m*k*fg)
轴的旋转角速度为2π
(f+2*m*k*fg)
＝
ω
(f+2*m*k*fg)/f
，其方向与所述
dq
轴相同；所述
dq
|f
‑
2*m*k*fg|
轴的旋转角速度：当
f
＜
2*m*k*fg
时，为2π
(2*m*k*fg
‑
f)
＝
ω
(2*m*k*fg
‑
f)/f
，其方向与所述
dq
轴相反，则以
dq
轴的旋转方向为参考，可表示为
ω
(f
‑
2*m*k*fg)/f
；当
f
＝
2*m*k*fg
时，为0；当
f
＞
2*m*k*fg
时，为2π
(f
‑
2*m*k*fg)
＝
ω
(f
‑
2*m*k*fg)/f
，其方向与所述
dq
轴相同；以所述
dq
轴的旋转速度和方向为参考，
dq
(f+2*m*k*fg)
轴的旋转角速度为
dq
轴的
(f+2*m*k*fg)/f
倍，
dq
|f
‑
2*m*k*fg|
轴的旋转角速度为
dq
轴的
(f
‑
2*m*k*fg)/f
倍
。4.
根据权利要求3所述的基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制器，其特征在于，
θ
e
为电机转子
d
轴和电机
A
相定子绕组轴线的夹角，所述
d
(f+2*m*k*fg)
、d
|f
‑
2*m*k*fg|
轴与电机
A
相轴线的夹角为
θ
(f+2*m*k*fg)
、
θ
|f
‑
2*m*k*fg|
；所述
d
(f+2*m*k*fg)
、d
|f
‑
2*m*k*fg|
轴与所述
d
轴的夹角
θ
(f+2*m*k*fg)
‑
θ
e
、
θ
|f
‑
2*m*k*fg|
‑
θ
e
与时间
t
的关系，具体为：
θ
(f+2*m*k*fg)
‑
θ
e
＝2π
(2*m*k*fg)t
；
θ
|f
‑
2*m*k*fg|
‑
θ
e
＝
‑2π
(2*m*k*fg)t
；其中，当
Id
＝0控制，所述
d
(f+2*m*k*fg)
轴
、d
|f
‑
2*m*k*fg|
轴与电机
A
相轴线的夹角
θ
(f+2*m*k*fg)
、
θ
|f
‑
2*m*k*fg|
分别是所述
d
轴与电机
A
相轴线夹角
θ
e
的
(f+2*m*k*fg)/f
倍
、(f
‑
2*m*k*fg)/f
倍
。5.
根据权利要求1所述的基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制器，其特征在于，所述谐波提取模块还用于：通过公式
(1)
进行
abc/dq
(f+2*m*k*fg)
变换并结合低通滤波器，从三相电流
I
a
、I
b
、I
c
中提取所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
位于
d
(f+2*m*k*fg)
轴上的特征直流分量
I
d(f+2*m*k*fg)
；其中，
θ
的取值为
θ
(f+2*m*k*fg)
；通过公式
(1)
进行
abc/dq
|f
‑
2*m*k*fg|
变换并结合低通滤波器，从三相电流
I
a
、I
b
、I
c
中提取所述电流谐波
|f
‑
2*m*k*f
g
|
位于
d
|f
‑
2*m*k*fg|
轴上的特征直流分量
I
d|f
‑
2*m*k*fg|
；其中，
θ
的取值为
θ
|f
‑
2*m*k*fg|
；
6.
根据权利要求5所述的基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制器，其特征在于，所述谐波抑制计算模块包括2个
PI
控制器；
所述谐波抑制计算模块还用于通过所述2个
PI
控制器对位于
d*
轴上的2个特征直流分量
I
d(f+2*m*k*fg)
、I
d|f
‑
2*m*k*fg|
进行目标值为0的抑制控制，以对所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
的幅值抑制控制，并生成抑制所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
的幅值所需的
、
位于
d*
轴的第一电压补偿信号
U
d(f+2*m*k*fg)
和第二电压补偿信号
U
d|f
‑
2*m*k*fg|
。7.
根据权利要求6所述的基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制器，其特征在于，所述电压补偿量计算模块还用于利用如公式
(2)
所示的所述第一电压补偿信号
、
第二电压补偿信号
、
第三电压补偿信号
、
第四电压补偿信号和所述电流环
PI
控制器的输出信号之间的电压关系，在已知所述第一电压补偿信号
U
d(f+2*m*k*fg)
、
第二电压补偿信号
U
d|f
‑
2*m*k*fg|
和所述电流环
PI
控制器的输出信号
U
d
、U
q
的情况下，通过所述公式
(2)
计算抑制所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
的幅值所需的
、
位于
q*
轴的第三电压补偿信号
U
q(f+2*m*k*fg)
和第四电压补偿信号
U
q|f
‑
2*m*k*fg|
；；
U
q|f
‑
2*m*k*fg|
＝
‑
aU
d|f
‑
2*m*k*fg|
+bU
d(f+2*m*k*fg)
U
q(f+2*m*k*fg)
＝
bU
d|f
‑
2*m*k*fg|
‑
aU
d(f+2*m*k*fg)
其中，
a、b
为中间过渡信号
。8.
根据权利要求1所述的基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制器，其特征在于，所述谐波提取模块还用于：通过公式
(1)
进行
abc/dq
(f+2*m*k*fg)
变换并结合低通滤波器，从三相电流
I
a
、I
b
、I
c
中提取所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
位于
q
(f+2*m*k*fg)
轴上的特征直流分量
I
q(f+2*m*k*fg)
；其中，
θ
的取值为
θ
(f+2*m*k*fg)
；通过公式
(1)
进行
abc/dq
|f
‑
2*m*k*fg|
变换并结合低通滤波，从三相电流
I
a
、I
b
、I
c
中提取所述电流谐波
|f
‑
2*m*k*f
g
|
位于
q
|f
‑
2*m*k*fg|
轴上的特征直流分量
I
q|f
‑
2*m*k*fg|
；其中，
θ
的取值为
θ
|f
‑
2*m*k*fg|
；
9.
根据权利要求8所述的基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制器，其特征在于，所述谐波抑制计算模块包括2个
PI
控制器；所述谐波抑制计算模块还用于通过所述2个
PI
控制器对位于
q*
轴上的特征直流分量
I
q(f+2*m*k*fg)
、I
q|f
‑
2*m*k*fg|
进行目标值为0的抑制控制，以对所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
的幅值抑制控制，并生成抑制所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
的幅值所需的
、
位于
q*
轴的第三电压补偿信号
U
q(f+2*m*k*fg)
和第四电压补偿信号
U
q|f
‑
2*m*k*fg|
。10.
根据权利要求9所述的基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制器，其特征在于，所述电压补偿量计算模块还用于利用如公式
(3)
所示的所述第一电压补偿信号
、
第二电压补偿信号
、
第三电压补偿信号
、
第四电压补偿信号和所述电流环
PI
控制器的输出信号之间
的电压关系，在已知所述第三电压补偿信号
U
q(f+2*m*k*fg)
、
第四电压补偿信号
U
q|f
‑
2*m*k*fg|
以及所述电流环
PI
控制器的输出信号
U
d
、U
q
的情况下，通过所述公式
(3)
计算抑制所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
的幅值所需的
、
位于
d*
轴的第一电压补偿信号
U
d(f+2*m*k*fg)
和第二电压补偿信号
U
d|f
‑
2*m*k*fg|
；；
U
d|f
‑
2*m*k*fg|
＝
aU
q|f
‑
2*m*k*fg|
+bU
q(f+2*m*k*fg)
U
d(f+2*m*k*fg)
＝
bU
q|f
‑
2*m*k*fg|
+aU
q(f+2*m*k*fg)
其中，
a、b
为中间过渡信号
。11.
根据权利要求7或
10
任意一项所述的基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制器，其特征在于，所述谐波电压变换模块包括：第一
dq
轴变换器，用于通过公式
(4)
对所述第二电压补偿信号
U
d|f
‑
2*m*k*fg|
、
第四电压补偿信号
U
q|f
‑
2*m*k*fg|
进行
dq
|f
‑
2*m*k*fg|
/dq
轴变换以分别得到在
d
轴
、q
轴的等效电压补偿量
U
d|f
‑
2*m*k*fg|
、U
q|f
‑
2*m*k*fg|
；第二
dq
轴变换器，用于通过公式
(5)
对所述第一电压补偿信号
U
d(f+2*m*k*fg)
、
第三电压补偿信号
U
q(f+2*m*k*fg)
进行
dq
(f+2*m*k*fg)
/dq
轴变换以分别得到在
d
轴
、q
轴的等效电压补偿量
U
d(f+2*m*k*fg)
、U
q(f+2*m*k*fg)
；所述谐波电压变换模块，还用于：将同时位于
d
轴的等效电压补偿量
U
d|f
‑
2*m*k*fg|
、U
d(f+2*m*k*fg)
进行叠加计算，以得到在
d
轴的等效电压补偿信号
U
db
；以及将同时位于
q
轴的等效电压补偿量
U
q|f
‑
2*m*k*fg|
、U
q(f+2*m*k*fg)
进行叠加计算，以得到在
q
轴等效电压补偿信号
U
qb
。12.
一种基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制系统，包括：速度环
PI
控制器
、
电流环
PI
控制器
、abc/dq
变换器
、dq/
αβ
变换器
、PWM
控制器；其特征在于，还包括如权利要求1～
11
任意一项所述的电流拍频谐波抑制器
。13.
根据权利要求
12
所述的基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制系统，其特征在于，所述谐波电压变换模块还用于将所述等效电压补偿信号
U
db
、
等效电压补偿信号
U
qb
以补偿信号分别对应输出至所述电流环
PI
控制器的输出
U
d
、U
q
中进行补偿计算得到
U
d*
、U
q*
，并输出至所述
dq/
αβ
变换器进行
dq/
αβ
变换处理；所述
dq/
αβ
变换器，用于将经过
dq/
αβ
变换处理得到的
U
α
*
、U
β
*
输出至所述
PWM
控制器；所述
PWM
控制器，用于根据所述
U
α
*
、U
β
*
控制
PWM
信号以实现所述电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|
f
‑
2*m*k*f
g
|
的谐波幅值的抑制，从而实现电流拍频的抑制
。14.
一种基于谐波相序和电压关系的电流拍频抑制方法，其特征在于，所述方法包括：预先根据电流拍频相关的两种电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
在不同运行电频率下的相序特性，在
dq
轴系中设计与所述两种电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f
‑
2*m*k*f
g
|
旋转角速度相等且方向一致的
dq
(f+2*m*k*fg)
、dq
|f
‑
2*m*k*fg|
同步旋转坐标系；其中，
f
为电机运行电频率，
m
为变流器输入相数，
fg
为电网频率，
k
为直流母线电压主要脉动频率的倍数，取值为正整数；电流拍频谐波抑制器通过
abc/dq
(f+2*m*k*fg)
、abc/dq
|f
‑
2*m*k*fg|
变换和低通滤波器从三相电流中提取得到所述两种电流谐波
f+2*m*k*f
g
、|f

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，谢立寅，白坤锋，钟华堡，陈启勇，张志东，王义进，沈亚锋，
申请(专利权)人：厦门华联电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：