本发明涉及一种空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅方法及系统，包括通过输入电流有效值及输入电流有效值保护阈值限定电磁转矩补偿量TeComp的幅值；通过限定幅值的电磁转矩补偿量TeComp调节电磁转矩给定量Te_ref，得到压缩机运行最终电磁转矩给定量；通过最大转矩电流比控制模块对压缩机运行最终电磁转矩给定量进行处理，得到直轴电流给定量Id_ref和交轴电流给定量Iq_ref；进而进行压缩机的矢量控制，实现对输入电流有效值Iin_rms的限制。本发明在电网电压跌落时，通过限制压缩机的输出电磁转矩，从而限制压缩机运行频率，达到降低压缩机功率、减小输入电流的效果，所述方法响应速度快，使输入电流在输入电路的过流能力内，保证电路不被损坏，进而保证系统正常运行。
1.一种空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，通过输入电流有效值及输入电流有效值保护阈值限定电磁转矩补偿量TeComp的幅值；
S2，通过限定幅值的电磁转矩补偿量TeComp调节电磁转矩给定量Te_ref，得到压缩机运行最终电磁转矩给定量；
S3，通过最大转矩电流比控制模块对压缩机运行最终电磁转矩给定量进行处理，得到直轴电流给定量Id_ref和交轴电流给定量Iq_ref；
S4，利用直轴电流给定量Id_ref和交轴电流给定量Iq_ref进行压缩机的矢量控制，实现对输入电流有效值Iin_rms的限制。
2.根据权利要求1所述一种空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅方法，其特征在于，S1的具体步骤包括：S1.1，实时检测输入电流瞬时值Iin，并计算输入电流有效值Iin_rms；
S1.2，计算输入电流有效值保护阈值与输入电流有效值的差值Iin_thr–Iin_rms，并采用比例-积分调节器对差值进行自动调节，得到电磁转矩补偿量TeComp；
S1.3，对电磁转矩补偿量TeComp进行限幅，所述电磁转矩补偿量TeComp的上限为0，下限为-Te_ref，其中所述Te_ref为电磁转矩给定量。
3.根据权利要求1所述一种空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅方法，其特征在于，S2的具体步骤如下：将压缩机电磁转矩给定量Te_ref与电磁转矩补偿量TeComp相加，得到压缩机运行最终电磁转矩给定量Te_ref+TeComp。
4.根据权利要求2所述一种空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅方法，其特征在于，S1.1的具体实现如下：对输入电流瞬时值Iin进行平方运算；对平方后的电流进行低通滤波，其中低通滤波的截止频率低于输入电压频率；对低通滤波后的电流平方平均值进行求平方根运算，从而得到输入电流有效值Iin_rms。
5.根据权利要求2所述一种空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅方法，其特征在于，S1.1的具体实现如下：对输入电流瞬时值Iin进行低通滤波得到电流平均值，其中低通滤波的截止频率低于输入电压频率；将电流平均值乘以sqrt(2)*π/4得到输入电流有效值Iin_rms。
6.一种空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅系统，其特征在于，包括电磁转矩补偿量限幅模块、电磁转矩给定量调节模块、最大转矩电流比控制模块和矢量控制模块；
所述电磁转矩补偿量限幅模块，其用于通过输入电流有效值及输入电流有效值保护阈值限定电磁转矩补偿量TeComp的幅值；
所述电磁转矩给定量调节模块，其用于通过限定幅值的电磁转矩补偿量TeComp调节电磁转矩给定量Te_ref，得到压缩机运行最终电磁转矩给定量；
所述最大转矩电流比控制模块，其用于对压缩机运行最终电磁转矩给定量进行处理，得到直轴电流给定量Id_ref和交轴电流给定量Iq_ref；
所述矢量控制模块，其用于利用直轴电流给定量Id_ref和交轴电流给定量Iq_ref进行压缩机的矢量控制，实现对输入电流有效值Iin_rms的限制。
7.根据权利要求6所述一种空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅系统，其特征在于，所述电磁转矩补偿量限幅模块包括输入电流检测单元、电磁转矩补偿量计算单元和电磁转矩补偿量限幅单元；
所述输入电流检测单元，其用于实时检测输入电流瞬时值Iin，并计算输入电流有效值Iin_rms；
所述电磁转矩补偿量计算单元，其用于计算输入电流有效值保护阈值与输入电流有效值的差值Iin_thr–Iin_rms，并采用比例-积分调节器对差值进行自动调节，得到电磁转矩补偿量TeComp；
所述电磁转矩补偿量限幅单元，其用于对电磁转矩补偿量TeComp进行限幅，所述电磁转矩补偿量TeComp的上限为0，下限为-Te_ref，其中所述Te_ref为电磁转矩给定量。
8.根据权利要求6所述一种空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅系统，其特征在于，所述电磁转矩给定量调节模块通过限定幅值的电磁转矩补偿量TeComp调节电磁转矩给定量Te_ref的具体步骤如下：将压缩机电磁转矩给定量Te_ref与电磁转矩补偿量TeComp相加，得到压缩机运行最终电磁转矩给定量Te_ref+TeComp。
9.根据权利要求7所述一种空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅系统，其特征在于，所述输入电流检测单元根据如下方法计算输入电流有效值：对输入电流瞬时值Iin进行平方运算；对平方后的电流进行低通滤波，其中低通滤波的截止频率低于输入电压频率；
对低通滤波后的电流平方平均值进行求平方根运算，从而得到输入电流有效值Iin_rms。
10.根据权利要求7所述一种空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅系统，其特征在于，所述输入电流检测单元根据如下方法计算输入电流有效值：对输入电流瞬时值Iin进行低通滤波得到电流平均值，其中低通滤波的截止频率低于输入电压频率；将电流平均值乘以sqrt(2)*π/4得到输入电流有效值Iin_rms。
空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅方法及系统。
背景技术
[0002] 在家用空调等类似系统中，一般先将自电网的单相交流电源，经过不可控全桥整流，然后经过功率因数校正(power factor correction,PFC)电路，输出直流电源，接至大容量电解电容，给负载供电。负载包括压缩机和系统内部开关电源等，其中压缩机为主要负载，在额定输出时压缩机输出功率占总输入功率的95％以上。
[0003] 空调系统中一般采用Boost型功率因数校正电路，不仅可以达到较高的功率因数，而且可以升压输出稳定的直流电压，从而给负载提供稳定的直流电源。当输入电网电压发生变化时，PFC的电压外环可以保持直流母线电压(电解电容电压)基本稳定在设定幅值，从而保持输出相同的负载功率。
[0004] 但是，当输入电网电压跌落时，由于负载功率基本不变，输入电流(PFC之前)必然增大。而输入电路的过流能力有限，当输入电流过大时，会损坏输入电路，进而发生空调系统故障。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅方法及系统。即通过限制压缩机的输出电磁转矩，从而限制压缩机运行频率，达到降低压缩机功率、减小输入电流的效果。
[0006] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅方法，包括如下步骤：
[0007] S1，通过输入电流有效值及输入电流有效值保护阈值限定电磁转矩补偿量TeComp的幅值；
[0008] S2，通过限定幅值的电磁转矩补偿量TeComp调节电磁转矩给定量Te_ref，得到压缩机运行最终电磁转矩给定量；
[0009] S3，通过最大转矩电流比控制模块对压缩机运行最终电磁转矩给定量进行处理，得到直轴电流给定量Id_ref和交轴电流给定量Iq_ref；
[0010] S4，利用直轴电流给定量Id_ref和交轴电流给定量Iq_ref进行压缩机的矢量控制，实现对输入电流有效值Iin_rms的限制。
[0011] 本发明的有益效果是：本发明在电网电压跌落时，通过限制压缩机的输出电磁转矩，从而限制压缩机运行频率，达到降低压缩机功率、减小输入电流的效果，所述方法响应速度快，使输入电流在输入电路的过流能力内，保证电路不被损坏，进而保证系统正常运行。
[0012] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0013] 进一步，S1中通过输入电流有效值及输入电流有效值保护阈值限定电磁转矩补偿量TeComp的幅值的具体步骤包括：
[0014] S1.1，实时检测输入电流瞬时值Iin，并计算输入电流有效值Iin_rms；
[0015] S1.2，计算输入电流有效值保护阈值与输入电流有效值的差值Iin_thr–Iin_rms，并采用比例-积分调节器对差值进行自动调节，得到电磁转矩补偿量TeComp；
[0016] S1.3，对电磁转矩补偿量TeComp进行限幅，所述电磁转矩补偿量TeComp的上限为0，下限为-Te_ref，其中所述Te_ref为电磁转矩给定量。
[0017] 采用上述进一步方案的有益效果是：电磁转矩补偿量TeComp限幅目的是通过快速限制电磁转矩给定量，从而限制输出功率、限制输入电流。
[0018] 进一步，S2中通过限定幅值的电磁转矩补偿量TeComp调节电磁转矩给定量Te_ref的具体步骤如下：将压缩机电磁转矩给定量Te_ref与电磁转矩补偿量TeComp相加，得到压缩机运行最终电磁转矩给定量Te_ref+TeComp。
[0019] 采用上述进一步方案的有益效果是：利用电磁转矩补偿量TeComp调节电磁转矩给定量Te_ref可迅速降低压缩机功率、减小输入电流，响应速度快。
[0020] 进一步，S1.1中计算输入电流有效值Iin_rms的具体实现如下：对输入电流瞬时值Iin进行平方运算；对平方后的电流进行低通滤波，其中低通滤波的截止频率低于输入电压频率；对低通滤波后的电流平方平均值进行求平方根运算，从而得到输入电流有效值Iin_rms。
[0021] 进一步，S1.1中计算输入电流有效值Iin_rms的具体实现如下：
[0022] 对输入电流瞬时值Iin进行低通滤波得到电流平均值，其中低通滤波的截止频率低于输入电压频率；将电流平均值乘以sqrt(2)*π/4得到输入电流有效值Iin_rms。
[0023] 本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下一种空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅系统，包括电磁转矩补偿量限幅模块、电磁转矩给定量调节模块、最大转矩电流比控制模块和矢量控制模块；所述电磁转矩补偿量限幅模块，其用于通过输入电流有效值及输入电流有效值保护阈值限定电磁转矩补偿量TeComp的幅值；所述电磁转矩给定量调节模块，其用于通过限定幅值的电磁转矩补偿量TeComp调节电磁转矩给定量Te_ref，得到压缩机运行最终电磁转矩给定量；所述最大转矩电流比控制模块，其用于对压缩机运行最终电磁转矩给定量进行处理，得到直轴电流给定量Id_ref和交轴电流给定量Iq_ref；所述矢量控制模块，其用于利用直轴电流给定量Id_ref和交轴电流给定量Iq_ref进行压缩机的矢量控制，实现对输入电流有效值Iin_rms的限制。
[0024] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0025] 进一步，所述电磁转矩补偿量限幅模块包括输入电流检测单元、电磁转矩补偿量计算单元和电磁转矩补偿量限幅单元；所述输入电流检测单元，其用于实时检测输入电流瞬时值Iin，并计算输入电流有效值Iin_rms；所述电磁转矩补偿量计算单元，其用于计算输入电流有效值保护阈值与输入电流有效值的差值Iin_thr–Iin_rms，并采用比例-积分调节器对差值进行自动调节，得到电磁转矩补偿量TeComp；所述电磁转矩补偿量限幅单元，其用于对电磁转矩补偿量TeComp进行限幅，所述电磁转矩补偿量TeComp的上限为0，下限为-Te_ref，其中所述Te_ref为电磁转矩给定量。
[0026] 进一步，所述电磁转矩给定量调节模块通过限定幅值的电磁转矩补偿量TeComp调节电磁转矩给定量Te_ref的具体步骤如下：将压缩机电磁转矩给定量Te_ref与电磁转矩补偿量TeComp相加，得到压缩机运行最终电磁转矩给定量Te_ref+TeComp。
[0027] 进一步，所述输入电流检测单元根据如下方法计算输入电流有效值：对输入电流瞬时值Iin进行平方运算；对平方后的电流进行低通滤波，其中低通滤波的截止频率低于输入电压频率；对低通滤波后的电流平方平均值进行求平方根运算，从而得到输入电流有效值Iin_rms。
[0028] 进一步，所述输入电流检测单元根据如下方法计算输入电流有效值：对输入电流瞬时值Iin进行低通滤波得到电流平均值，其中低通滤波的截止频率低于输入电压频率；将电流平均值乘以sqrt(2)*π/4得到输入电流有效值Iin_rms。
附图说明
[0029] 图1为本发明实施例的电路拓扑图；
[0030] 图2为本发明实施例所述空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅方法流程图；
[0031] 图3为本发明实施例所述压缩机矢量控制方法示意图；
[0032] 图4为本发明实施例所述输入电流闭环限幅方法示意图；
[0033] 图5为本发明空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅系统框图。
具体实施方式
[0034] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0035] 图1为本发明实施例的电路拓扑，为一种带功率因数校正的单相交流输入系统电路，通过电阻采样方法检测输入电流瞬时值。其中，输入电流主要流经的电路组件包括整流桥、电容、采样电阻、PFC电路、电解电容、智能功率模块IPM和压缩机，所述PFC电路包括电抗器、功率开关管和二极管。电流流向如图1所示。当输入电网电压跌落时，输入电流会急剧上升；如果负载功率保持不变，那么输入电流上升比例与输入电压跌落比例成反比。
[0036] 对于采用永磁同步压缩机的变频空调系统，一般采用无传感器矢量控制方法，其瞬时输出功率Pcomp可以表示为
[0037] Pcomp＝Te×Omega；
[0038] 其中，Te为压缩机输出电磁转矩，Omega为压缩机电气角速度。当电磁转矩Te减小时，压缩机角速度Omega也会下降，即压缩机运行下降。因此，降低压缩机输出转矩，不仅可以降低压缩机运行频率，更加可以快速降低压缩机功率。
[0039] 设输入电压有效值为Vin_rms，输入电流有效值为Iin_rms，功率因数为cosφ，那么输入有功功率为Pin＝Vin_rms×Iin_rms×cosφ；
[0040] 当压缩机运行在额定频率或者运行频率较高时，功率因数校正已经开启，功率因数接近为1。
[0041] 设空调系统的效率为η％，即压缩机有功功率占输入有功功率的比例，即Pcomp＝Pin×η％。
[0042] 根据上述分析，当压缩机运行在额定频率或者运行频率较高时，输入电流有效值为Iin_rms＝(Te×Omega)/(Vin_rms×η％)；
[0043] 据此，当Iin_rms高于输入电流有效值保护阈值Iin_thr时，可以通过限制压缩机电磁转矩Te，来限制输入电流有效值Iin_rms。
[0044] 特别是针对内嵌式永磁同步压缩机，电磁转矩Te满足
[0045] Te＝3/2×Pn×[Flux×Iq+(Ld-Lq)×Id×Iq]；
[0046] 其中，Pn为极对数，Flux为永磁体磁链，Ld、Lq分别直轴电感和交轴电感，Id、Iq分别为直轴电流和交轴电流。由于Ld
[0047] 因此，当电网电压跌落时，空调系统需要通过限制压缩机(主要负载)的功率来降低输入电流，防止输入电流过流。限制压缩机功率，可以通过降低压缩机给定频率，但是响应较慢。本发明通过降低压缩机输出转矩，最终降低压缩机运行频率，可以直接快速降低压缩机功率。
[0048] 如图2所示，一种空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅方法，包括如下步骤：
[0049] S1，通过输入电流有效值及输入电流有效值保护阈值限定电磁转矩补偿量TeComp的幅值。
[0050] 具体地，S1.1，实时检测输入电流瞬时值Iin，并计算输入电流有效值Iin_rms；
[0051] S1.2，计算输入电流有效值保护阈值与输入电流有效值的差值Iin_thr–Iin_rms，并采用比例-积分调节器对差值进行自动调节，得到电磁转矩补偿量TeComp；
[0052] S1.3，对电磁转矩补偿量TeComp进行限幅，所述电磁转矩补偿量TeComp的上限为0，下限为-Te_ref，其中所述Te_ref为电磁转矩给定量。
[0053] S1.1中计算输入电压有效值Vin_rms有以下两种方式：
[0054] 其中一种方式的具体实现如下：S1.1中计算输入电流有效值Iin_rms的具体实现如下：对输入电流瞬时值Iin进行平方运算；对平方后的电流进行低通滤波，其中低通滤波的截止频率低于输入电压频率；对低通滤波后的电流平方平均值进行求平方根运算，从而得到输入电流有效值Iin_rms。
[0055] 另一种方式的具体实现如下：对输入电流瞬时值Iin进行低通滤波得到电流平均值，其中低通滤波的截止频率低于输入电压频率；将电流平均值乘以sqrt(2)*π/4得到输入电流有效值Iin_rms。
[0056] S2，通过限定幅值的电磁转矩补偿量TeComp调节电磁转矩给定量Te_ref，得到压缩机运行最终电磁转矩给定量。具体地，将压缩机电磁转矩给定量Te_ref与电磁转矩补偿量TeComp相加，得到压缩机运行最终电磁转矩给定量Te_ref+TeComp。
[0057] S3，通过最大转矩电流比控制模块对压缩机运行最终电磁转矩给定量进行处理，得到直轴电流给定量Id_ref和交轴电流给定量Iq_ref。具体地将得到压缩机运行最终电磁转矩给定量Te_ref+TeComp接至最大转矩电流比控制模块MPTA，得到直轴电流给定量Id_ref和交轴电流给定量Iq_ref。
[0058] S4，利用直轴电流给定量Id_ref和交轴电流给定量Iq_ref进行压缩机的矢量控制，实现对输入电流有效值Iin_rms的限制。
[0059] 图3为本发明实施例所述压缩机矢量控制方法示意图，通过限制Te_ref即可起到限制输入电流的作用。
[0060] 输入电流闭环限幅方法如图4所示：设输入电流有效值保护阈值为Iin_thr，通过电阻采样实时检测输入电流瞬时值Iin，并采用方法二计算输入电流有效值Iin_rms，即Iin_rms＝1.11*LPF(Iin)，低通滤波器截止频率取为8Hz；根据保护阈值与输入电流有效值的差值(Iin_thr-Iin_rms)，采用比例-积分调节器进行自动调节，经过限幅输出(上限为0，下限为压缩机速度环输出的电磁转矩给定的负数，即-Te_ref)电磁转矩补偿量TeComp；将压缩机电磁转矩给定Te_ref与电磁转矩补偿量TeComp相加，得到压缩机运行最终电磁转矩给定，接至MPTA(最大转矩电流比控制模块)。
[0061] 图3中虚线圈出的部分为矢量控制部分，本发明实施例中的矢量控制部分的控制方法对于本领域技术人员而言都是已知的，此处不做详细描述。
[0062] 如图5所示，一种空调系统电网电压跌落时输入电流闭环限幅系统，包括电磁转矩补偿量限幅模块、电磁转矩给定量调节模块、最大转矩电流比控制模块MTPA和矢量控制模块；所述电磁转矩补偿量限幅模块，其用于通过输入电流有效值及输入电流有效值保护阈值限定电磁转矩补偿量TeComp的幅值；所述电磁转矩给定量调节模块，其用于通过限定幅值的电磁转矩补偿量TeComp调节电磁转矩给定量Te_ref，得到压缩机运行最终电磁转矩给定量；所述最大转矩电流比控制模块MTPA，其用于对压缩机运行最终电磁转矩给定量进行处理，得到直轴电流给定量Id_ref和交轴电流给定量Iq_ref；所述矢量控制模块，其用于利用直轴电流给定量Id_ref和交轴电流给定量Iq_ref进行压缩机的矢量控制，实现对输入电流有效值Iin_rms的限制。
[0063] 所述电磁转矩补偿量限幅模块包括输入电流检测单元、电磁转矩补偿量计算单元和电磁转矩补偿量限幅单元；所述输入电流检测单元，其用于实时检测输入电流瞬时值Iin，并计算输入电流有效值Iin_rms；所述电磁转矩补偿量计算单元，其用于计算输入电流有效值保护阈值与输入电流有效值的差值Iin_thr–Iin_rms，并采用比例-积分调节器对差值进行自动调节，得到电磁转矩补偿量TeComp；所述电磁转矩补偿量限幅单元，其用于对电磁转矩补偿量TeComp进行限幅，所述电磁转矩补偿量TeComp的上限为0，下限为-Te_ref，其中所述Te_ref为电磁转矩给定量。
[0064] 所述电磁转矩给定量调节模块通过限定幅值的电磁转矩补偿量TeComp调节电磁转矩给定量Te_ref的具体步骤如下：将压缩机电磁转矩给定量Te_ref与电磁转矩补偿量TeComp相加，得到压缩机运行最终电磁转矩给定量Te_ref+TeComp。
[0065] 所述输入电流检测单元根据如下方法计算输入电流有效值：对输入电流瞬时值Iin进行平方运算；对平方后的电流进行低通滤波，其中低通滤波的截止频率低于输入电压频率；对低通滤波后的电流平方平均值进行求平方根运算，从而得到输入电流有效值Iin_rms。
[0066] 所述输入电流检测单元根据如下方法计算输入电流有效值：对输入电流瞬时值Iin进行低通滤波得到电流平均值，其中低通滤波的截止频率低于输入电压频率；将电流平均值乘以sqrt(2)*π/4得到输入电流有效值Iin_rms。
[0067] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
