一种基于虚拟阻抗的级联型变频器振荡抑制方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 110266244 A(43)申请公布日 2019.09.20

(21)申请号 201910552471.6(22)申请日 2019.06.25

(71)申请人 广东明阳龙源电力电子有限公司

地址 528437 广东省中山市火炬开发区火

炬路22号

申请人 广东安朴电力技术有限公司(72)发明人 李现亭　彭国平　史奔　杜超超　

谭丹　杨坤树　林权洪　(74)专利代理机构 广州嘉权专利商标事务所有

限公司 44205

代理人 肖云(51)Int.Cl.

H02P 27/04(2016.01)

权利要求书2页 说明书4页 附图3页

()发明名称

一种基于虚拟阻抗的级联型变频器振荡抑制方法(57)摘要

本发明公开了一种基于虚拟阻抗的级联型变频器振荡抑制方法，包括以下步骤：S1、采样电机定子电流的暂态分量；S2、根据定子电流的暂态分量计算出定子电流的振荡分量；S3、根据振荡分量以及虚拟阻抗计算出变频器的指令电压和指令频率；S4、根据指令电压和指令频率动态调节变频器的输出电压和输出频率，以抑制电流波动。本技术方案通过获取定子电流的振荡分量，结合虚拟阻抗控制，计算出合适的振荡抑制分量，并将其用于变频器输出电压频率和幅值调节，可以有效抑制电流波动，防止电机产生转矩脉动，改善系统的稳定性和运行性能。

CN 110266244 ACN 110266244 A

权　利　要　求　书

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1.一种基于虚拟阻抗的级联型变频器振荡抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采样电机定子电流的暂态分量；S2、根据定子电流的暂态分量计算出定子电流的振荡分量；S3、根据定子电流的振荡分量以及虚拟阻抗计算出变频器的指令电压和指令频率；S4、根据指令电压和指令频率动态调节变频器的输出电压和输出频率，以抑制电流波动。

2.根据权利要求1所述的级联型变频器振荡抑制方法，其特征在于：所述步骤S2中振荡分量的计算方法为

通过坐标变换公式将电机定子三相电流变换到同步旋转坐标系dq上，计算出

然

后根据计算出电机无功电流分量id、、有功电流分量iq，然后通过电机无功电流分量

id、、有功电流分量iq计算出振荡分量idflt、iqflt。

3.根据权利要求2所述的级联型变频器振荡抑制方法，其特征在于：所述坐标变换公式为

其中iA为A相电流、iB为B相电流。

4.根据权利要求2所述的级联型变频器振荡抑制方法，其特征在于：所述无功电流分量id、和有功电流分量iq的计算公式为

其中为系统定向角度。

5.根据权利要求2所述的级联型变频器振荡抑制方法，其特征在于：所述振荡分量idflt、iqflt的计算公式为

其中s为微分算子，ωc1、ωc2分别为滤波器截止频率，Δid为无功电流的振荡分量，Δiq为有功电流的振荡分量。

6.根据权利要求1所述的级联型变频器振荡抑制方法，其特征在于：所述步骤S3中变频器的输出电压和输出频率计算公式为

Fcmd＝Fref-k1*iqflt＝Fref-Z1*Δiq

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权　利　要　求　书

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Ucmd＝Uref-K2*idflt＝Uref-Z2*Δid其中Z1、Z2为电机的有功回路和无功回路的虚拟阻抗，Fref为参考频率、Uref为参考电压，Fcmd为指令频率、Ucmd为指令电压。

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一种基于虚拟阻抗的级联型变频器振荡抑制方法

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技术领域

[0001]本发明涉及变频调速技术领域，具体的涉及一种基于虚拟阻抗的级联型变频器振荡抑制方法。

背景技术

[0002]节能减排是目前高能耗行业必须要考虑的问题，大量的高能耗企业迫切的需要节能减排的改造。而高压电机的变频改造就成为一大趋势。小容量(2000kW以下)的风机水泵变频改造逐渐完成。随着变频改造大容量风机时，出现了电机风机振动，轴系由于扭振受损甚至断裂的情况，并且发现变频器的输出电流存在波动的问题。[0003]级联型变频器驱动异步电机工作在V/F模式下时，系统较易遭受持续振荡问题，该问题在轻载和低频条件下尤为突出。早期认为变频器电机系统和负载机械部分发生了振荡，一般是通过变频器调频来避开振荡。或者振荡时对变频输出补偿部分电压，这种方法抑制电流波动的效果不佳，只是改善了部分运行频率时的稳定特性。发明内容

[0004]为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种抑制电流波动效果好的基于虚拟阻抗的级联型变频器振荡抑制方法。[0005]本发明采用的技术方案是：

[0006]一种基于虚拟阻抗的级联型变频器振荡抑制方法，包括以下步骤：[0007]S1、采样电机定子电流的暂态分量；[0008]S2、根据定子电流的暂态分量计算出定子电流的振荡分量；[0009]S3、根据定子电流的振荡分量以及虚拟阻抗计算出变频器的指令电压和指令频率；

[0010]S4、根据指令电压和指令频率动态调节变频器的输出电压和输出频率，以抑制电流波动。

[0011]进一步的，所述步骤S2中振荡分量的计算方法为

[0012]通过坐标变换公式将电机定子三相电流变换到同步旋转坐标系dq上，计算出

然后根据

计算出电机无功电流分量id、、有功电流分量iq，然后通过电机无功电

流分量id、、有功电流分量iq计算出振荡分量idflt、iqflt。[0013]进一步的，所述坐标变换公式为

[0014]

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其中iA为A相电流、iB为B相电流。进一步的，所述无功电流分量id、和有功电流分量iq的计算公式为

其中为系统定向角度。

进一步的，所述振荡分量idflt、iqflt的计算公式为

其中s为微分算子，ωc1、ωc2分别为滤波器截止频率，Δid为无功电流的振荡分量，

Δiq为有功电流的振荡分量。[0023]进一步的，所述步骤S3中变频器的输出电压和输出频率计算公式为[0024]Fcmd＝Fref-k1*iqflt＝Fref-Z1*Δiq[0025]Ucmd＝Uref-K2*idflt＝Uref-Z2*Δid[0026]其中Z1、Z2为电机的有功回路和无功回路的虚拟阻抗，Fref为参考频率、Uref为参考电压，Fcmd为指令频率、Ucmd为指令电压。[0027]本发明的有益效果在于：

[0028]本技术方案通过获取定子电流的振荡分量，结合虚拟阻抗控制，计算出合适的振荡抑制分量，并将其用于变频器输出电压频率和幅值调节，可以有效抑制电流波动，防止电机产生转矩脉动，改善系统的稳定性和运行性能。附图说明

[0029]图1为本发明级联型变频器振荡抑制方法的步骤流程图；[0030]图2为级联型变频器的系统控制框图；[0031]图3a为实施本方法前的实验波形图；[0032]图3b为实施本方法后的实验波形图。

具体实施方式

[0033]为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

[0034]如图1所示为本发明的一种基于虚拟阻抗的级联型变频器振荡抑制方法，包括以下步骤：[0035]S1、采样电机定子电流的暂态分量；[0036]S2、根据定子电流的暂态分量计算出定子电流的振荡分量，计算方法为通过坐标变换公式将电机定子三相电流变换到同步旋转坐标系dq上，因电机三相电流满足iA+iB+iC＝0，为降低系统成本，系统只采样两路电流iA、iB，对CLARK坐标变换公式进行简化，减少控制计算量，坐标变换公式为：

[0022]

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说　明　书

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[0037]

[0038][0039]

其中iA为A相电流、iB为B相电流；然后根据

计算出电机无功电流分量id、、有功电流分量iq，计算公式为：

[0040][0041]

其中为系统定向角度，电机控制算法将D轴定向在电机A相位置上，为系统定

向角度，即为对电机施加的同步角度，该角度由发波频率积分得到；

[0042]电机无功电流分量id、、有功电流分量iq通过低通滤波器可分离出振荡分量idflt、iqflt，S域表达式如下：

[0043][0044]

其中s为微分算子，ωc1、ωc2分别为滤波器截止频率，Δid为无功电流的振荡分量，Δiq为有功电流的振荡分量。[0046]S3、根据振荡分量以及虚拟阻抗计算出变频器的指令电压和指令频率，计算公式为

[0047]Fcmd＝Fref-k1*iqflt＝Fref-Z1*Δiq，[0048]Ucmd＝Uref-K2*idflt＝Uref-Z2*Δid，[0049]其中Z1、Z2为电机的有功回路和无功回路的虚拟阻抗，Fref为参考频率、Uref为参考电压，Fcmd为指令频率、Ucmd为指令电压。[0050]S4、根据指令电压和指令频率动态调节变频器的输出电压和输出频率，以抑制电流波动。

[0051]如图2所示为级联型变频器的系统控制框图，移相变压器、单元模块、主控制系统构成，主控制系统负责整个系统的控制逻辑、保护逻辑、通信策略及控制算法，控制指令通过光纤下发到各单元模块，进行级联输出，拖动电机负载平滑运行。[0052]级联型变频器的驱动异步电机工作在V/F模式下时，变频系统在轻载或者空载情况下容易发生振荡。当系统中出现振荡时，电机的有功功率和无功功率也将发生振荡。定子有功和无功功率的振荡几乎全部反映在定子电流的有功和无功分量中。基于虚拟阻抗，有功和无功功率可分别通过对变频器输出电压的频率和幅值进行调节，从而可以抑制电流波动。即分别通过P/f虚拟阻抗控制和Q/V虚拟阻抗控制来获取稳定的频率和电压，这种控制方法是对变频器输出的有功功率和无功功率分别进行控制，达到抑制转矩波动得目的。[0053]综上所述，本发明将根据系统阻抗动态调整输出电压、频率来稳定系统。采用基于虚拟阻抗的控制方法，仅使用了直接振荡相关的定子电流暂态分量，通过电机定子电流的

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[0045]

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说　明　书

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检测采样来获取其暂态分量，简单易行。

[00]本发明可以根据系统阻抗进行调节输出，同时调节频率和电压，实用性强。通过滤波器提取定子电流振荡分量，根据系统阻抗对变频器输出电压的幅值和频率进行微调，可以有效抑制电流波动，防止电机产生转矩脉动，改善系统的稳定性和运行性能。[0055]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

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图1

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图2

图3a

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图3b

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