[发明专利]逆变器非线性特性的定子电流谐波补偿方法

说明书

本发明涉及一种逆变器非线性特性的定子电流谐波补偿方法，用于补偿因逆变器的非线性特性而导致电机产生的高次定子电流谐波。检测原定子电流信号中含有的谐波次数，使用快速、准确的GSDFT(广义滑动离散傅里叶变换)算法提取出信号中的谐波，得出谐波电流反馈值；计算出谐波电压方程，求解谐波电压的补偿值；将谐波电流反馈值与谐波电压补偿值反馈到电流环矢量控制中，实现对指定次数谐波的补偿。本发明方法结合广义滑动傅里叶变换的思想对逆变器非线性因素引起的谐波进行补偿，加快了谐波提取的速度和样本更新的实时性，提高了电机输出电流的精确度，同时降低了电流波形的畸变率与谐波含量。

技术领域

本发明涉及一种电力控制技术，特别涉及一种快速、准确的逆变器非线性特性的定子电流谐波补偿方法。

背景技术

逆变器是一种直流电转变为交流电的变压器，在实际控制系统中，为了防止逆变器同一桥臂的两个开关管同时导通而发生短路，必须在两开关管的驱动信号中加入死区时间，这样虽然保证了逆变器工作的安全性，但却导致了逆变器输出电压畸变，三相定子电流中含有高次谐波。在永磁同步电机系统中，逆变器的非线性因素导致电机三相电流中含有5次和7次谐波，从而使得电压波形产生畸变，电机运行性能变差。从优化控制策略方面入手，谐波消除的方法多种多类，近年来许多专家学者提出由于逆变器非线性因素产生谐波电流，以谐波抑制的方式来进行误差补偿，但是这种方法没有考虑变化的谐波电流对于谐波电压补偿量的影响，并且谐波提取环节实时性较差、谐波补偿效果不佳，导致在电机运行时产生很大的误差。因此，对目前的谐波消除方法进行优化并对谐波提取环节进行改进具有较强的现实意义。

发明内容

本发明是针对逆变器非线性因素产生谐波电流消除的问题，提出了一种逆变器非线性特性的定子电流谐波补偿方法，使用一种新型的谐波提取算法，通过更为快速的GSDFT(广义滑动离散傅里叶变换)算法进行谐波提取，运算过程中步骤简单，没有不必要的时间延时，既提高了样本更新的实时性，又可以快速准确地进行谐波检测。该方法从优化控制策略方面入手，对定子A相电流进行FFT(快速傅里叶变换)分析，根据谐波分量的实际情况列写谐波电流方程式，进而计算在两相旋转坐标系下，谐波电压方程以及谐波误差电压方程式，结合PMSM(永磁同步电动机)的数学模型，对误差电压进行坐标变换，实现各次谐波的独立控制，然后通过谐波电压注入的方法来实现指定次数谐波的消除。通过更为快速的GSDFT算法进行谐波提取，加快系统的响应速度，缩短了运算时间，从而消除了电压波形的畸变，保障了电机的运行性能。

本发明的技术方案为：一种逆变器非线性特性的定子电流谐波补偿方法，首先给定转子转速ω^*和检测得到的转子实际转速ω_e差值通过转速环PI调节器得到q轴参考电流i_q^*，然后用参考电流i_q^*减去定子电流实际的q轴电流，再减去谐波电流反馈值，得到电流的q轴补偿量；设i_d^*＝0，定子电流实际的d轴电流减去谐波电流反馈值，得到电流的d轴补偿量；

电流的dq轴补偿量经过电流环PI调节器得到理想的dq轴电压，加上误差电压即谐波电压补偿模块输出的补偿电压后，得到dq轴参考电压，然后经过dq/αβ坐标变换，得到αβ轴参考电压来控制SVPWM，最终由SVPWM产生逆变器的驱动信号，实现对PMSM定子三相电流的控制；

所述谐波电流反馈值由检测的定子电流信号中提取出的5次、7次谐波dq轴电流反馈值；

所述谐波电压补偿模块计算出谐波电压方程，求解谐波电压的补偿电压值，实现谐波的独立控制。

所述谐波电流反馈值提取方法：利用广义滑动离散傅里叶变换算法进行谐波快速提取，即利用检测的定子电流与k次谐波信号之间的传递函数，求取出原电流信号中的谐波电流分量，具体方式如下：

滑窗迭代傅里叶算法的传递函数：