基于虚拟磁链的变频器老化功率因数控制方法

摘要

本发明提出一种基于虚拟磁链的变频器老化功率因数控制方法，涉及变频器性能测试领域，通过虚拟磁链求得输出侧电网V2的相位角，根据额定老化电流、额定老化功率因数求得dq旋转坐标系下的给定电流值，将给定电流值经过PI调节得到dq旋转坐标系下用于变频器调制的电压矢量vd、vq；最后通过坐标变换公式，求得用于调制发波的vα、vβ并通过SVPWM调制作用于变频器调制发波，本发明引入一阶惯性环节、高通滤波器解决传统纯积分环节由直流偏置引起的磁链观测不准以及一阶惯性环节带来的信号衰减问题，控制方法精确可靠，无需网压传感器节省硬件成本，系统结构简单，实现了变频器老化系统的功率因数可控。

权利要求

1.基于虚拟磁链的变频器老化功率因数控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1，采集变频器当前控制电压 、 ，输出侧三相电流 、 、 ，通过abc三相静止坐标系转αβ两相静止坐标系公式得到变频器输出侧电流在αβ静止坐标系下的电流 、 ；

S2，引入一阶惯性环节、高通滤波器解决传统纯积分环节由直流偏置引起的磁链观测不准以及一阶惯性环节带来的信号衰减问题，并求得k时刻αβ静止坐标系下的虚拟磁链、 ；k时刻αβ静止坐标系下的虚拟磁链 、 的计算公式如下：，

，

其中， 、 为k时刻αβ静止坐标系下的虚拟磁链， 、 为变频器当前控制电压，L为输出电抗器电感，d为微分算子， 、 为变频器输出侧在αβ静止坐标系下的电流，t为时间，s为拉普拉斯算子， 为滤波截止频率， 、 为k‑

1时刻αβ静止坐标系下的虚拟磁链；

S3，根据相位角公式求得变频器输出侧电网 的相位角 ；变频器输出侧电网 的相位角 计算公式如下：，

其中， 为输出侧电网 的相位角， 、 为k时刻αβ静止坐标系下的虚拟磁链，arctan为反正切函数；

S4，根据额定老化电流 、额定老化功率因数 求dq旋转坐标系下的给定电流值、 ；

S5，将给定电流值经过PI调节得到dq旋转坐标系下用于变频器调制的电压矢量 、；

S6，将 、 、 通过dq两相旋转坐标系转αβ两相静止坐标系公式，求得用于调制发波的 、 ；

S7，将 、 作为最优发波矢量通过SVPWM调制，作用于待老化变频器的逆变模块调制发波。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟磁链的变频器老化功率因数控制方法，其特征在于，所述S4中，给定电流值 、 的计算公式如下：，

，

其中， 为d轴给定电流值， 为q轴给定电流值， 为额定老化电流， 为额定老化功率因数。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟磁链的变频器老化功率因数控制方法，其特征在于，所述S5中，dq旋转坐标系下用于变频器调制的电压矢量 、 公式如下：，

，

其中， 为d轴控制电压矢量， 为q轴控制电压矢量， 为比例系数， 为积分常数， 为d轴实际电流值， 为q轴实际电流值， 为d轴给定电流值， 为q轴给定电流值，为积分符号，d为微分符号，t为时间。

说明书

基于虚拟磁链的变频器老化功率因数控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及变频器性能测试领域，具体涉及基于虚拟磁链的变频器老化功率因数控制方法。

背景技术

[0002] 老化测试作为一种评估产品可靠性、发现产品潜在质量问题、确定产品质量优劣的性能测试方法，在电力电子行业中有着至关重要的作用。变频器作为电力电子产业的重要组成部分，以绿色环保、高效节能等特点应用于各行各业，随着行业的持续发展，对变频器的出厂性能和质量要求越来越高，因此变频器出厂前的老化测试显得尤为重要。变频器的老化测试需要满足能量单向流动、输出电压达到指定电压、功率因数可控三个要求。一般来说，整个系统的功率因数与系统的负载状况有关，轻载时较小，重载时较大，低速时较小，高速时较大。

[0003] 目前控制功率因数的方法有：加功率因数矫正装置、使用高效电力设备、优化电路设计、加无功补偿装置等。加功率因数矫正装置能够自动调节电路中的电容或电感元件以提高功率因数；使用高效电力设备能够一定程度提高电源有功功率的使用；优化电路设计可以减少电路谐波、降低电路阻抗从而提高功率因数；加无功补偿装置主要目的是消除电路中无功功率。这些方法大多依靠外接功率因数补偿装置，增加了硬件成本，不利于变频器老化行业的发展，基于此，本发明提出了一种基于虚拟磁链的变频器老化功率因数控制方法。

发明内容

[0004] 本发明提出一种基于虚拟磁链的变频器老化功率因数控制方法，旨在解决上述现有技术存在的问题。

[0005] 为实现以上目的，本发明提出的技术方案是：

[0006] 基于虚拟磁链的变频器老化功率因数控制方法，所述方法包括以下步骤：

[0007] S1，采集变频器当前控制电压 、 ，输出侧三相电流 、 、 ，通过abc三相静止坐标系转αβ两相静止坐标系公式得到变频器输出侧电流在αβ静止坐标系下的电流 、 ；

[0008] S2，引入一阶惯性环节、高通滤波器解决传统纯积分环节由直流偏置引起的磁链观测不准以及一阶惯性环节带来的信号衰减问题，并求得k时刻αβ静止坐标系下的虚拟磁链 、 ；

[0009] S3，根据相位角公式求得变频器输出侧电网 的相位角 ；

[0010] S4，根据额定老化电流 、额定老化功率因数 求dq旋转坐标系下的给定电流值 、 ；

[0011] S5，将给定电流值经过PI调节得到dq旋转坐标系下用于变频器调制的电压矢量、 ；

[0012] S6，将 、 、 通过dq两相旋转坐标系转αβ两相静止坐标系公式，求得用于调制发波的 、 ；

[0013] S7，将 、 作为最优发波矢量通过SVPWM调制，作用于待老化变频器的逆变模块调制发波。

[0014] 进一步的，所述S1中，abc三相静止坐标系转αβ两相静止坐标系公式为：

[0015] ，

[0016] 其中， 、为变频器输出侧在αβ静止坐标系下的电流， 、 、 为变频器输出侧三相电流。

[0017] 进一步的，所述S2中，k时刻αβ静止坐标系下的虚拟磁链 、 的计算公式如下：

[0018] ，

[0019] ，

[0020] 其中， 、 为k时刻αβ静止坐标系下的虚拟磁链， 、 为变频器当前控制电压，L为输出电抗器电感，d为微分算子， 、 为变频器输出侧在αβ静止坐标系下的电流，t为时间，s为拉普拉斯算子， 为滤波截止频率， 、 为k‑1时刻αβ静止坐标系下的虚拟磁链。

[0021] 进一步的，所述S3中，变频器输出侧电网 的相位角 计算公式如下：

[0022] ，

[0023] 其中， 为输出侧电网 的相位角， 、 为k时刻αβ静止坐标系下的虚拟磁链，arctan为反正切函数。

[0024] 进一步的，所述S4中，给定电流值 、 的计算公式如下：

[0025] ，

[0026] ，

[0027] 其中， 为d轴给定电流值， 为q轴给定电流值， 为额定老化电流，为额定老化功率因数。

[0028] 进一步的，所述S5中，dq旋转坐标系下用于变频器调制的电压矢量 、 公式如下：

[0029] ，

[0030] ，

[0031] 其中， 为d轴控制电压矢量， 为q轴控制电压矢量， 为比例系数， 为积分常数， 为d轴实际电流值， 为q轴实际电流值， 为d轴给定电流值， 为q轴给定电流值，为积分符号，d为微分符号，t为时间。

[0032] 进一步的，所述S6中，dq两相旋转坐标系转αβ两相静止坐标系公式如下：

[0033] ，

[0034] 其中， 为α轴控制电压矢量， 为β轴控制电压矢量， 为d轴控制电压矢量、为q轴控制电压矢量， 为输出侧电网 的相位角，cos为余弦三角函数，sin为正弦三角函数。

[0035] 本发明提出的基于虚拟磁链的变频器老化功率因数控制方法，通过引入一阶惯性环节解决传统纯积分环节带来的直流偏置导致磁链观测不准的问题，再引入高通滤波器解决一阶惯性环节存在带来的信号衰减问题，控制方法精确可靠，无需网压传感器节省硬件成本，系统结构简单。

附图说明

[0036] 图1为本发明提供的功率因数控制方法的系统图；

[0037] 图2为本发明提供的功率因数控制方法的步骤流程图；

[0038] 图3为本发明提供的虚拟磁链 算法框图；

[0039] 图4为本发明提供的虚拟磁链 的算法框图；

[0040] 图5为本发明提供的dq旋转坐标系下用于变频器调制的电压矢量 、 算法框图。

具体实施方式

[0041] 以下所述仅是本发明的优选实施方式。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

[0042] 图1为本发明提供的功率因数控制方法的系统图，如图1所示，系统由电网 与待老化变频器相连，待老化变频器包括整流器、直流母线、直流母线电容、逆变器，待老化变频器与老化电感串联后再与线路等效电阻串联，线路等效电阻与电网 串联，本发明所述控制方法作用于待老化变频器的逆变模块。图中2s表示αβ两相静止坐标系，2r表示dq两相旋转坐标系，SVPWM表示SVPWM调制发波模块。

[0043] 图2为本发明提供的功率因数控制方法的步骤流程图，如图2所示，基于虚拟磁链的变频器老化功率因数控制方法，包括以下步骤：

[0044] 步骤一：采集变频器当前控制电压 、 ，输出侧三相电流 、 、 ，通过abc三相静止坐标系转αβ两相静止坐标系公式得到变频器输出侧电流在αβ静止坐标系下的电流 、；其中，abc三相静止坐标系转αβ两相静止坐标系公式为：，

[0045] 其中， 、为变频器输出侧在αβ静止坐标系下的电流， 、 、 为变频器输出侧三相电流。

[0046] 步骤二：引入一阶惯性环节、高通滤波器解决传统纯积分环节由直流偏置引起的磁链观测不准以及一阶惯性环节带来的信号衰减问题，并求得k时刻静止坐标系下的虚拟磁链 、 。

[0047] 图3为本发明提供的虚拟磁链 算法框图，图4为本发明提供的虚拟磁链 的算法框图。如图3、图4所示， 为一阶惯性环节，  为高通滤波器，因此上述k时刻αβ静止坐标系下的虚拟磁链 、 的计算公式如下：

[0048] ，

[0049] ，

[0050] 其中， 、 为k时刻αβ静止坐标系下的虚拟磁链， 、 为变频器当前控制电压，L为输出电抗器电感，d为微分算子， 、 为变频器输出侧在αβ静止坐标系下的电流，t为时间，s为拉普拉斯算子， 为滤波截止频率， 、 为k‑1时刻αβ静止坐标系下的虚拟磁链。

[0051] 步骤三：根据相位角公式求得变频器输出侧电网 的相位角 计算公式如下：

[0052] ，

[0053] 其中， 为输出侧电网 的相位角， 、 为k时刻αβ静止坐标系下的虚拟磁链，arctan为反正切函数。

[0054] 步骤四：根据额定老化电流 、额定老化功率因数 求dq旋转坐标系下的给定电流值 、 ，计算公式如下：

[0055] ，

[0056] ，

[0057] 其中， 为d轴给定电流值， 为q轴给定电流值， 为额定老化电流，为额定老化功率因数。

[0058] 步骤五：将给定电流值经过PI调节得到dq旋转坐标系下用于变频器调制的电压矢量 、 。

[0059] 图5为本发明提供的dq旋转坐标系下用于变频器调制的电压矢量 、 算法框图，如图5所示，dq旋转坐标系下用于变频器调制的电压矢量 、  由d轴给定电流值、q轴给定电流值 经过PI控制环而来，其公式如下：

[0060] ，

[0061] ，

[0062] 其中， 为d轴控制电压矢量， 为q轴控制电压矢量， 为比例系数， 为积分常数， 为d轴实际电流值， 为q轴实际电流值， 为d轴给定电流值， 为q轴给定电流值，为积分符号，d为微分符号，t为时间。

[0063] 步骤六：将 、 、 按如图5所示通过dq两相旋转坐标系转αβ两相静止坐标系公式，求得用于调制发波的 、 ；其中，dq两相旋转坐标系转αβ两相静止坐标系公式如下：

[0064] ，

[0065] 其中， 为α轴控制电压矢量， 为β轴控制电压矢量， 为d轴控制电压矢量、为q轴控制电压矢量， 为输出侧电网 的相位角，cos为余弦三角函数，sin为正弦三角函数。

[0066] 步骤七：将 、 作为最优发波矢量通过SVPWM调制，作用于待老化变频器的逆变模块调制发波。

[0067] 本发明通过引入一阶惯性环节解决传统纯积分环节带来的直流偏置导致磁链观测不准的问题，再引入高通滤波器解决一阶惯性环节存在带来的信号衰减问题，求得虚拟磁链 、 ，根据虚拟磁链求得输出侧电网 的相位角，根据额定老化电流、额定老化功率因数求得dq旋转坐标系下的给定电流值，将给定电流值经过PI调节得到dq旋转坐标系下用于变频器调制的电压矢量 、 ；最后通过坐标变换公式求得用于调制发波的、 ，并通过SVPWM调制作用于变频器调制发波。本发明控制方法精确可靠，无需网压传感器节省硬件成本，系统结构简单，实现了变频器老化系统的功率因数可控。

[0068] 虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。