用于估計(jì)逆變器的功率和/或電流的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及估計(jì)方法，尤其涉及估計(jì)逆變器的輸出功率或電流的有功和/或無(wú)功 分量。
【背景技術(shù)】
[0002] 控制逆變器可能需要關(guān)于輸出電流或輸出功率的信息。例如，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和 磁通量時(shí)，可以使用輸出電流的直流分量和正交分量。在本文中，直流和正交分量指與輸出 電壓的基頻分量同步地旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系的分量。在本公開(kāi)中，同步地旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系被稱(chēng)為dq 坐標(biāo)系。直流分量與輸出電壓的基頻分量同相。相對(duì)于輸出電壓的基頻分量，正交分量具 有90度相移。為了確定所產(chǎn)生的功率的功率因素，例如可能需要dq坐標(biāo)系中的輸出功率 的分量。在本公開(kāi)中，輸出功率的直流分量也可以被稱(chēng)為有功分量。相應(yīng)地，正交分量可以 被稱(chēng)為無(wú)功分量。
[0003] 確定輸出電流可能需要用于測(cè)量電流的諸如電流變換器的電流傳感器。電流傳感 器可能較貴并增加系統(tǒng)的成本。即使在估計(jì)輸出功率時(shí)，也可能需要輸出電流的信息，因?yàn)?通常根據(jù)輸出電壓和輸出電流來(lái)計(jì)算輸出功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目標(biāo)是提供方法和用于實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備，以減輕以上缺點(diǎn)。通過(guò)以獨(dú) 立權(quán)利要求中記載的內(nèi)容作為特征的方法和設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。在從屬權(quán)利要求中 公開(kāi)了發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0005] 本公開(kāi)描述用于估計(jì)三電平逆變器的輸出功率的有功（即直流）和/或無(wú)功（即 正交）分量的方法，該逆變器包括被中性點(diǎn)（NP)分成兩個(gè)半部的直流（DC)鏈路。該方法 以確定出現(xiàn)在中性點(diǎn)的電壓中的三次諧波的分量為基礎(chǔ)。可以基于所確定的三次諧波分量 來(lái)估計(jì)輸出功率的分量。
[0006] 通過(guò)僅使用例如DC鏈路電壓和NP電壓電位（或DC鏈路的半部上的電壓）的DC 鏈路電壓測(cè)量，可以估計(jì)三次諧波分量，以及由此估計(jì)輸出功率的分量。從而，該方法不需 要電流變換器。
[0007] 該方法可以被用來(lái)在沒(méi)有使用任何電流測(cè)量的情況下，直接地控制輸出功率。該 方法也可以被用來(lái)校正常規(guī)方法的功率估計(jì)中的估計(jì)誤差，從而使得能夠使用更便宜的電 流傳感器。
[0008] 此外，該方法也可以被用來(lái)估計(jì)輸出電流的直流和正交分量。電流分量例如可以 被用來(lái)確定電機(jī)的磁通定向角。電流分量和定向角例如可以被用于直接地控制機(jī)器的轉(zhuǎn)矩 和磁通?；谵D(zhuǎn)矩和磁通控制，該方法也可以被用來(lái)提高常規(guī)的磁通觀測(cè)器的準(zhǔn)確度。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 在以下內(nèi)容中，借助優(yōu)選的實(shí)施例，參考附圖，將更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖 中
[0010] 圖1例示給負(fù)載供電的三相三電平逆變器的簡(jiǎn)化概念。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 本公開(kāi)描述用于逆變器的方法，該逆變器包括DC鏈路，中性點(diǎn)將該DC鏈路分成兩 個(gè)半部。逆變器可以例如是三電平三相逆變器。DC鏈路可以包括兩個(gè)串聯(lián)連接的電容器， 使得輸出相例如可以被切換至DC鏈路的DC+、DC-，或中性點(diǎn)（NP)。
[0012] 此外，本公開(kāi)描述包括被構(gòu)造為實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)的方法的裝置的設(shè)備。
[0013] 該方法和該設(shè)備例如可以被用來(lái)估計(jì)逆變器的輸出功率的有功（即直流）和/或 無(wú)功（即正交）分量。通過(guò)僅使用DC鏈路電壓測(cè)量可以估計(jì)功率量，DC鏈路電壓測(cè)量例 如是DC鏈路電壓和NP電位（或DC鏈路電容器上的電壓）。
[0014] 利用DC鏈路電壓測(cè)量，該方法可以確定中性點(diǎn)處的電壓紋波。然后，可以在dq坐 標(biāo)系中，即在與逆變器的輸出電壓同步地旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，確定電壓紋波的三次諧波 分量的量值。可以基于三次諧波分量的量值計(jì)算旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中輸出功率的有功和/或無(wú)功 分量。
[0015] 因?yàn)榛贒C鏈路電壓測(cè)量估計(jì)功率，所以可以在沒(méi)有電流變換器的情況下實(shí)現(xiàn) 該方法。從而，該方法可以作為對(duì)例如基于所測(cè)量的相電流和相電壓估計(jì)逆變器的輸出功 率的常規(guī)方法的替代來(lái)使用。
[0016] 也可以使用本公開(kāi)的方法估計(jì)逆變器的輸出電流的直流和/或正交分量。從而， 該方法例如可以用于確定電機(jī)的磁通定向角。電流分量和定向角分量可以用來(lái)直接地控制 機(jī)器的轉(zhuǎn)矩和磁通。
[0017] 例如，即使在為了確保電路保護(hù)的運(yùn)行需要電流的直接測(cè)量（例如，通過(guò)使用DC 分流器或通過(guò)測(cè)量相電流）時(shí)，本公開(kāi)的該方法和設(shè)備也可以被用來(lái)提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。 從而，可以使用更低準(zhǔn)確度的（從而成本更低的）電流傳感器。相應(yīng)地，也可以使用該方法 來(lái)提高常規(guī)的基于磁通觀測(cè)器的轉(zhuǎn)矩和磁通控制的準(zhǔn)確度。
[0018] 本公開(kāi)的該方法利用NP電壓的三次諧波的分析。三次諧波通常隨從DC鏈路取得 的功率而增加。該方法假設(shè)：保持共模電壓在零電平，輸出電壓和頻率恒定，并且負(fù)載處于 穩(wěn)態(tài)。
[0019] 在這些假設(shè)下，可以形成一組NP電流iNP的穩(wěn)態(tài)方程。然后可以使用該穩(wěn)態(tài)方程 來(lái)計(jì)算NP電壓的三次諧波分量，這樣就可以計(jì)算這些分量和輸出功率之間的關(guān)系。下面將 參考示例性實(shí)施例更為詳細(xì)地討論穩(wěn)態(tài)方程的公式表示。
[0020] 圖1示出給負(fù)載12供電的三相三電平逆變器的簡(jiǎn)化概念。逆變器包括DC鏈路11， DC鏈路11由中性點(diǎn)NP分成兩個(gè)半部。在圖1中，由電容器CdPC2B式的兩個(gè)電容形成前 述DC鏈路半部，電容器(^和C 2上的電壓為u 01和u C2。電壓uDC表示整個(gè)DC鏈路上的電壓。 通過(guò)使用切換裝置13,能夠?qū)⒔o負(fù)載12供電的每個(gè)輸出相連接至正極DC+、負(fù)極DC-或DC 鏈路11的中性點(diǎn)。
[0021] 在圖1中，給負(fù)載12提供相電流ia、ib及i。，以及相電壓u a、ub及u。。中性點(diǎn)電流 iNP從中性點(diǎn)NP流出。將中性點(diǎn)電流i NP劃分為中性點(diǎn)電流相位分量i NPa、iNP1>S i NP。，它們 流經(jīng)相應(yīng)的切換裝置13。
[0022] 假定相電壓ua、ub及u。以及相電流i a、ib及i。是正弦的，并且在基頻ω振蕩。當(dāng) 相電流ia、i b及i。具有恒定的電流振幅I amp時(shí)，相電壓u a、ub及u。具有恒定的電壓振幅U ΜΡ〇 從而，可以按下述方式定義相電壓和相電流：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于=電平逆變器的方法，所述=電平逆變器包括被中性點(diǎn)分成兩個(gè)半部的直 流鏈路，其中所述方法包括 確定所述中性點(diǎn)處的電壓紋波， 確定旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中所述電壓紋波的=次諧波分量的量值，所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系隨所述逆變 器的輸出電壓同步地旋轉(zhuǎn)， 基于所述=次諧波分量的量值，計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中輸出電流或功率的分量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法包括 確定所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中所述電壓紋波的正交=次諧波分量的量值， 基于所述正交=次諧波分量的量值，計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中輸出電流或功率的直流分 量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中通過(guò)使用下式來(lái)計(jì)算所述輸出電流的直流分量：
其中《是所述輸出電壓的基頻，M是調(diào)制指數(shù)，Cl和C2是形成直流鏈路半部的電容，Imsh是用于S次諧波的虛部的函數(shù)，Ua和U分別是所述電容上的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中通過(guò)使用下式來(lái)計(jì)算所述輸出功率的直流分量：
其中Udc是直流鏈路電壓，《是所述輸出電壓的基頻，M是調(diào)制指數(shù)，Cl和C2是形成直 流鏈路半部的電容，Imsh是用于S次諧波的虛部的函數(shù)，Ua和Uc分別是所述電容上的電 壓。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法包括 確定所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中所述電壓紋波的直流=次諧波分量的量值， 基于所述直流=次諧波分量的量值，計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中輸出電流或功率的正交分 量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中通過(guò)使用下式計(jì)算所述輸出電流的正交分量：
其中《是所述輸出電壓的基率，M是調(diào)制指數(shù)，Cl和C2是形成直流鏈路半部的電容，Resh是用于S次諧波的實(shí)部的函數(shù)，Ua和U分別是所述電容上的電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中通過(guò)使用下式來(lái)計(jì)算所述輸出功率的正交分量：
其中Udc是直流鏈路電壓，《是所述輸出電壓的基頻，M是調(diào)制指數(shù)，Cl和C2是形成直 流鏈路半部的電容，Resh是用于S次諧波的實(shí)部的函數(shù)，Ua和Uc分別是所述電容上的電 壓。
8. -種用于=電平逆變器的設(shè)備，其包括被中性點(diǎn)分成兩個(gè)半部的直流鏈路，其中所 述設(shè)備包括： 被配置為確定所述中性點(diǎn)處的電壓紋波的裝置， 被配置為確定旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中所述電壓紋波的=次諧波分量的量值的裝置，所述旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)系隨所述逆變器的輸出電壓同步地旋轉(zhuǎn)， 被配置為基于所述=次諧波分量的量值，計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中輸出電流或功率的分 量的裝置。
9. 一種逆變器，其包括根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備。
【專(zhuān)利摘要】本公開(kāi)描述一種用于估計(jì)三相電逆變器的功率和/或電流的方法和設(shè)備。該三電平逆變器包括被中性點(diǎn)分成兩個(gè)半部的直流鏈路。該方法包括確定該中性點(diǎn)處的電壓紋波，確定旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電壓紋波的三次諧波分量的量值，該旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系隨逆變器的輸出電壓同步地旋轉(zhuǎn)，以及基于該三次諧波分量的量值，計(jì)算該旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的輸出電流或功率的分量。
【IPC分類(lèi)】H02M7-483
【公開(kāi)號(hào)】CN104796023
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410787720
【發(fā)明人】薩穆利·?；R
【申請(qǐng)人】Abb公司
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月17日
【公告號(hào)】EP2897280A1, US20150198638