[发明专利]等效畸变电压直接检测方法及逆变器非线性因素补偿方法

说明书

本发明公开了一种等效畸变电压直接检测方法，包括：将电机控制系统中参考电压由傅里叶级数展开的物理意义进行展开，建立参考电压与各畸变电压之间的关系方程式；对参考电压与畸变电压之间的关系方程式进行简化，以使逆变器非线性因素引起的等效畸变电压的系数为常数；通过控制系统实时得到简化后的关系方程式一边的结果，再对结果进行低通滤波，进而得到逆变器非线性因素引起的等效畸变电压。本发明还公开了一种逆变器非线性因素补偿方法，基于上述检测方法得到的等效畸变电压，对逆变器非线性因素进行补偿。本发明具有补偿精度高、适用范围广、动态响应好等优点。

技术领域

本发明涉及逆变器技术领域，具体涉及一种等效畸变电压直接检测方法及逆变器非线性因素补偿方法。

背景技术

随着电力机车和铁路技术的发展，轨道交通应用的越来越广泛，具有舒适性、便捷性、经济性等优点。电力机车作为轨道交通的运载工具，其电机控制系统是机电能量转换的大脑，系统的控制性能影响着电力机车的能量转换效率、运行稳定性等。在电机控制系统中，逆变器为交流电机供电，通过逆变器可实现电机的变频控制。其中逆变器开关管导通和关闭需要一定的时间，为了防止逆变器同一桥臂的上下开关管同时导通，产生电源短路的严重后果，同一桥臂的上下开关管在导通关闭时序上存在死区时间，即控制信号的切换有个延迟等待时间。由于死区时间以及开关管与并联二极管压降的影响，逆变器的参考电压与输出电压并不相等，两者之间存在畸变电压，从而造成在abc静止坐标系中，逆变器输出电流有很严重的6k±1次谐波(k＝1,2,3…)，在d-q旋转坐标系中，表现为6k次谐波,最终造成电机转矩脉动变大、产生振动噪声、影响运行效率等不良影响，进而影响电机高性能控制和寿命。因此，为了提高电机的高性能控制，对逆变器非线性因素的补偿必不可少。

现在对逆变器非线性因素补偿的研究可以划分为两类，基于时间的补偿法和基于电压的补偿法。下面对各补偿方法进行说明：

1、基于时间的补偿法主要思想是对开关管导通时间进行合适的补偿，该方法需要准确获得误差时间，而获取误差时间的方法忽略了逆变器非理想开关特性或者电机参数变化，从而造成补偿不精确，因此，基于时间的补偿法已很少使用。

2、基于电压的补偿法从逆变器的参考电压入手，通过对逆变器的参考电压实施补偿来消除逆变器非线性因素引起的畸变电压。基于电压的补偿法主要又可分为平均电压补偿法和基于观测器的在线补偿法：

2.1、平均电压的补偿法使用了离线测量的开关管导通、关闭时间以及开关管、二极管导通压降，而忽略了各参数在运行过程发生变化导致补偿效果变差。

2.2、基于观测器的在线补偿法忽略了电机参数变化对逆变器非线性因素补偿的影响，但电机的定子电阻、交直轴电感和磁链在运行中有比较大的变化，且有些方法只能运行在i_d＝0工况，忽略高次谐波的影响，应用领域有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种精度高的等效畸变电压直接检测方法及逆变器非线性因素补偿方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种等效畸变电压直接检测方法，包括步骤：

将电机控制系统中参考电压由傅里叶级数展开的物理意义进行展开，建立参考电压与各畸变电压之间的关系方程式；

对参考电压与畸变电压之间的关系方程式进行简化，以使逆变器非线性因素引起的等效畸变电压的系数为常数；

通过控制系统实时得到简化后的关系方程式一边的结果，再对结果进行低通滤波，进而得到逆变器非线性因素引起的等效畸变电压。

优选地，关系方程式为：

其中u_d*、u_q*分别为d轴参考电压、q轴参考电压；