一种静止变频器双模式转矩控制方法及系统与流程

1.本发明涉及电力电子与电力系统技术领域，具体涉及一种静止变频器双模式转矩控制方法及系统。


背景技术：

2.静止变频器简称sfc(static frequency converter)或lci(load commutate inverter)，是一种基于电力电子换流技术实现大型同步电机软起动的可变速交流驱动系统。静止变频器是百mw级大型同步电机软启动和变速运行的必要拖动装备，适用于抽水蓄能机组、重型燃气轮发电机和同步调相机组等重要领域，能满足不同电压等级、不同运行模式或工况下的大型同步电机启动要求。
3.目前主流的静止变频器是由晶闸管器件组成的，然而晶闸管具有开通可控、关断不可控的特性，通常利用电机反电势关断晶闸管完成换流，无需增加额外的强迫换流装置。静止变频器的控制主要是通过调节整流桥晶闸管的触发角实现的，通常采用转速环+电流环的双闭环方式来实现大型同步电机的调速控制。然而，现有控制策略仅仅利用整流侧实现双闭环控制，忽略了逆变侧的功率因数角控制，存在以下问题：1)当机组空载或轻载时，会出现电流断续情况，若机组运行在高频时，电流波形变为三角波，增加转矩波动；2)仅仅利用整流触发角一个自由度进行双闭环控制，舍弃了对逆变换相超前角的控制自由度，无法实现电流和转矩的最优控制。


技术实现要素：

4.为了克服上述缺陷，本发明提出了一种静止变频器双模式转矩控制方法及系统。
5.第一方面，提供一种静止变频器双模式转矩控制方法，所述静止变频器双模式转矩控制方法包括：
6.基于电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定初始电流给定信号：
7.对所述初始电流给定信号进行限幅，得到第一电流给定信号；
8.比较所述初始电流给定信号和第一电流给定信号，并基于比较结果确定整流触发角信号和逆变换相超前角信号；
9.将整流触发角信号与网桥电压输入到脉冲生成模块，得到用于控制网桥晶闸管的触发脉冲，将逆变换相超前角信号与机桥电压输入到机桥脉冲生成模块，得到用于控制机桥晶闸管的触发脉冲。
10.优选的，所述电机运行转速根据机桥电压采用反正切法计算获取。
11.优选的，所述初始电流给定信号的计算式如下：
12.i
ref0
＝k
sp_1
*se+k
si_1
*∫
t
sedt
13.上式中，i
ref0
为初始电流给定信号，k
sp_1
为第一转速调节比例系数，k
si_1
为转速调节积分系数，se为电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号，t为执行时间。
14.优选的，所述对所述初始电流给定信号进行限幅，得到第一电流给定信号，包括：
15.判断所述初始电流给定信号是否大于系统最小电流值，若是，则所述第一电流给定信号等于所述初始电流给定信号，否则，所述第一电流给定信号等于系统最小电流值；
16.其中，所述系统最小电流值等于0.2倍的静止变频器的额定电流值。
17.进一步的，所述比较所述初始电流给定信号和第一电流给定信号，并基于比较结果确定整流触发角信号和逆变换相超前角信号，包括：
18.当所述初始电流给定信号等于所述第一电流给定信号时，将所述第一电流给定信号作为电流给定信号参考值并基于电流给定信号参考值确定整流触发角信号，基于所述电机运行转速确定逆变换相超前角信号；
19.当所述初始电流给定信号等于所述第一电流给定信号时，将系统最小电流值作为电流给定信号参考值并基于电流给定信号参考值确定整流触发角信号，基于所述电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定逆变换相超前角信号。
20.进一步的，所述整流触发角信号的计算式如下：
21.a
srn
＝k
ip
*ie+k
ii
*∫
t
iedt
22.上式中，a
srn
为整流触发角信号，k
ip
为电流调节比例系数，ie为电流误差信号，k
ii
为电流调节积分系数，t为执行时间，其中，所述电流误差信号的计算式如下：
23.ie＝i
ref-i
x
24.上式中，i
ref
为电流给定信号参考值，i
x
为网桥电流信号。
25.进一步的，所述基于所述电机运行转速确定逆变换相超前角信号，包括：
26.按下式确定逆变换相超前角信号：
27.a
srm
＝a
srm0
+ka*i
x
*s
x
28.上式中，a
srm
为逆变换相超前角信号，a
srm0
为逆变换相超前角信号初始值，ka为角度修正系数，i
x
为网桥电流信号，s
x
为电机运行转速。
29.进一步的，所述基于所述电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定逆变换相超前角信号，包括：
30.按下式确定逆变换相超前角信号：
31.a
srm
＝a
srm_pre
+k
ap
*se32.上式中，a
srm
为逆变换相超前角信号，a
srm_pre
为前一计算周期基于所述电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定的逆变换相超前角信号，k
ap
为第二转速调节比例系数，se为电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号。
33.第二方面，提供一种静止变频器双模式转矩控制系统，所述静止变频器双模式转矩控制系统包括：
34.第一确定模块，用于基于电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定初始电流给定信号：
35.限幅模块，用于对所述初始电流给定信号进行限幅，得到第一电流给定信号；
36.第二确定模块，用于比较所述初始电流给定信号和第一电流给定信号，并基于比较结果确定整流触发角信号和逆变换相超前角信号；
37.分析模块，用于将整流触发角信号与网桥电压输入到脉冲生成模块，得到用于控制网桥晶闸管的触发脉冲，将逆变换相超前角信号与机桥电压输入到机桥脉冲生成模块，得到用于控制机桥晶闸管的触发脉冲。
38.优选的，所述电机运行转速根据机桥电压采用反正切法计算获取。
39.优选的，所述第一确定模块具体用于，按下式计算初始电流给定信号：
40.i
ref0
＝k
sp_1
*se+k
si_1
*∫
t
sedt
41.上式中，i
ref0
为初始电流给定信号，k
sp_1
为第一转速调节比例系数，k
si_1
为转速调节积分系数，se为电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号，t为执行时间。
42.优选的，所述限幅模块具体用于：
43.判断所述初始电流给定信号是否大于系统最小电流值，若是，则所述第一电流给定信号等于所述初始电流给定信号，否则，所述第一电流给定信号等于系统最小电流值；
44.其中，所述系统最小电流值等于0.2倍的静止变频器的额定电流值。
45.进一步的，所述第二确定模块具体用于：
46.当所述初始电流给定信号等于所述第一电流给定信号时，将所述第一电流给定信号作为电流给定信号参考值并基于电流给定信号参考值确定整流触发角信号，基于所述电机运行转速确定逆变换相超前角信号；
47.当所述初始电流给定信号等于所述第一电流给定信号时，将系统最小电流值作为电流给定信号参考值并基于电流给定信号参考值确定整流触发角信号，基于所述电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定逆变换相超前角信号。
48.进一步的，所述整流触发角信号的计算式如下：
49.a
srn
＝k
ip
*ie+k
ii
*∫
t
iedt
50.上式中，a
srn
为整流触发角信号，k
ip
为电流调节比例系数，ie为电流误差信号，k
ii
为电流调节积分系数，t为执行时间，其中，所述电流误差信号的计算式如下：
51.ie＝i
ref-i
x
52.上式中，i
ref
为电流给定信号参考值，i
x
为网桥电流信号。
53.进一步的，所述基于所述电机运行转速确定逆变换相超前角信号，包括：
54.按下式确定逆变换相超前角信号：
55.a
srm
＝a
srm0
+ka*i
x
*s
x
56.上式中，a
srm
为逆变换相超前角信号，a
srm0
为逆变换相超前角信号初始值，ka为角度修正系数，i
x
为网桥电流信号，s
x
为电机运行转速。
57.进一步的，所述分析模块具体用于：
58.按下式确定逆变换相超前角信号：
59.a
srm
＝a
srm_pre
+k
ap
*se60.上式中，a
srm
为逆变换相超前角信号，a
srm_pre
为前一计算周期基于所述电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定的逆变换相超前角信号，k
ap
为第二转速调节比例系数，se为电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号。
61.第三方面，提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；
62.所述处理器，用于存储一个或多个程序；
63.当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现所述的静止变频器双模式转矩控制方法。
64.第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现所述的静止变频器双模式转矩控制方法。
65.本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
66.本发明提供了一种静止变频器双模式转矩控制方法及系统，包括：基于电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定初始电流给定信号：对所述初始电流给定信号进行限幅，得到第一电流给定信号；比较所述初始电流给定信号和第一电流给定信号，并基于比较结果确定整流触发角信号和逆变换相超前角信号；将整流触发角信号与网桥电压输入到脉冲生成模块，得到用于控制网桥晶闸管的触发脉冲，将逆变换相超前角信号与机桥电压输入到机桥脉冲生成模块，得到用于控制机桥晶闸管的触发脉冲。本发明提供的技术方案，充分利用整流触发角和逆变换相超期角两个自由度进行电机调速，保证任何工况下电流波形连续、输出转矩无波动，从而实现电机转速的平稳控制。
附图说明
67.图1是本发明实施例的静止变频器双模式转矩控制方法的主要步骤流程示意图；
68.图2是本发明实施例的静止变频器双模式最优转矩控制系统结构框图；
69.图3是本发明实施例的静止变频器双模式最优转矩控制方法流程图；
70.图4是本发明实施例的第一转速调节模块结构框图；
71.图5是本发明实施例的第二转速调节模块结构框图；
72.图6是本发明实施例的电流调节模块结构框图；
73.图7是本发明实施例的基于单模式转矩控制方法的试验波形图；
74.图8是本发明实施例的基于最优转矩控制方法的试验波形图；
75.图9是本发明实施例的静止变频器双模式转矩控制系统的主要结构框图。
具体实施方式
76.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
77.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
78.如背景技术中所公开的，静止变频器简称sfc(static frequency converter)或lci(load commutate inverter)，是一种基于电力电子换流技术实现大型同步电机软起动的可变速交流驱动系统。静止变频器是百mw级大型同步电机软启动和变速运行的必要拖动装备，适用于抽水蓄能机组、重型燃气轮发电机和同步调相机组等重要领域，能满足不同电压等级、不同运行模式或工况下的大型同步电机启动要求。
79.目前主流的静止变频器是由晶闸管器件组成的，然而晶闸管具有开通可控、关断不可控的特性，通常利用电机反电势关断晶闸管完成换流，无需增加额外的强迫换流装置。静止变频器的控制主要是通过调节整流桥晶闸管的触发角实现的，通常采用转速环+电流环的双闭环方式来实现大型同步电机的调速控制。然而，现有控制策略仅仅利用整流侧实现双闭环控制，忽略了逆变侧的功率因数角控制，存在以下问题：1)当机组空载或轻载时，会出现电流断续情况，若机组运行在高频时，电流波形变为三角波，增加转矩波动；2)仅仅利用整流触发角一个自由度进行双闭环控制，舍弃了对逆变换相超前角的控制自由度，无
法实现电流和转矩的最优控制。
80.具体的，例如，发明专利cn 115664262 a于2023年1月公布的《适用于调相机启动的电流源型静止变频器控制方法与装置》，公开了静止变频器控制方法：整流桥采用转速外环加电流内环的双闭环控制方法，根据网侧电压、逆变桥换相情况和双闭环输出触发角控制换相；逆变桥根据调相机机端线电压相位角确定每次触发晶闸管序号。
81.该技术方案存在以下问题：1)当机组空载或轻载时，会出现电流断续情况，若机组运行在高频时，电流波形变为三角波，增加转矩波动；2)仅仅利用整流触发角一个自由度进行双闭环控制，舍弃了对逆变换相超前角的控制自由度，无法实现电流和转矩的最优控制。
82.发明专利cn 115085630 a于2022年9月公布的《一种静止变频器启动过程中电机振动优化抑制方法》，在已有的电流转速双闭环控制的基础上，引入实测振幅值作为一个闭环控制量，通过实时测量机组反馈的振动值信号，将振动值送入振动算法环节，通过该环节的判断输出控制字，电流环变限幅函数环节根据控制字对双闭环控制中的电流环限幅值进行调整。
83.该技术方案存在以下问题：1)仅仅利用整流触发角一个自由度进行双闭环控制，还需要额外增加机组振动观测，容易向系统中引入不稳定因素；2)当机组空载或轻载时，会出现电流断续情况，若机组运行在高频时，电流波形变为三角波，增加转矩波动。
84.为了改善上述问题，本发明提供了一种静止变频器双模式转矩控制方法及系统，包括：基于电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定初始电流给定信号：对所述初始电流给定信号进行限幅，得到第一电流给定信号；比较所述初始电流给定信号和第一电流给定信号，并基于比较结果确定整流触发角信号和逆变换相超前角信号；将整流触发角信号与网桥电压输入到脉冲生成模块，得到用于控制网桥晶闸管的触发脉冲，将逆变换相超前角信号与机桥电压输入到机桥脉冲生成模块，得到用于控制机桥晶闸管的触发脉冲。本发明提供的技术方案，充分利用整流触发角和逆变换相超期角两个自由度进行电机调速，保证任何工况下电流波形连续、输出转矩无波动，从而实现电机转速的平稳控制。下面对上述方案进行详细阐述。
85.实施例1
86.参阅附图1，图1是本发明的一个实施例的静止变频器双模式转矩控制方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的静止变频器双模式转矩控制方法主要包括以下步骤：
87.步骤s101：基于电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定初始电流给定信号：
88.步骤s102：对所述初始电流给定信号进行限幅，得到第一电流给定信号；
89.步骤s103：比较所述初始电流给定信号和第一电流给定信号，并基于比较结果确定整流触发角信号和逆变换相超前角信号；
90.步骤s104：将整流触发角信号与网桥电压输入到脉冲生成模块，得到用于控制网桥晶闸管的触发脉冲，将逆变换相超前角信号与机桥电压输入到机桥脉冲生成模块，得到用于控制机桥晶闸管的触发脉冲。
91.本实施例中，所述电机运行转速根据机桥电压采用反正切法计算获取。
92.本实施例中，所述初始电流给定信号的计算式如下：
93.i
ref0
＝k
sp_1
*se+k
si_1
*∫
t
sedt
94.上式中，i
ref0
为初始电流给定信号，k
sp_1
为第一转速调节比例系数，k
si_1
为转速调节积分系数，se为电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号，t为执行时间。
95.本实施例中，所述对所述初始电流给定信号进行限幅，得到第一电流给定信号，包括：
96.判断所述初始电流给定信号是否大于系统最小电流值，若是，则所述第一电流给定信号等于所述初始电流给定信号，否则，所述第一电流给定信号等于系统最小电流值；
97.其中，所述系统最小电流值等于0.2倍的静止变频器的额定电流值。
98.在一个实施方式中，所述比较所述初始电流给定信号和第一电流给定信号，并基于比较结果确定整流触发角信号和逆变换相超前角信号，包括：
99.当所述初始电流给定信号等于所述第一电流给定信号时，将所述第一电流给定信号作为电流给定信号参考值并基于电流给定信号参考值确定整流触发角信号，基于所述电机运行转速确定逆变换相超前角信号；
100.当所述初始电流给定信号等于所述第一电流给定信号时，将系统最小电流值作为电流给定信号参考值并基于电流给定信号参考值确定整流触发角信号，基于所述电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定逆变换相超前角信号。
101.在一个实施方式中，所述整流触发角信号的计算式如下：
102.a
srn
＝k
ip
*ie+k
ii
*∫
t
iedt
103.上式中，a
srn
为整流触发角信号，k
ip
为电流调节比例系数，ie为电流误差信号，k
ii
为电流调节积分系数，t为执行时间，其中，所述电流误差信号的计算式如下：
104.ie＝i
ref-i
x
105.上式中，i
ref
为电流给定信号参考值，i
x
为网桥电流信号。
106.在一个实施方式中，所述基于所述电机运行转速确定逆变换相超前角信号，包括：
107.按下式确定逆变换相超前角信号：
108.a
srm
＝a
srm0
+ka*i
x
*s
x
109.上式中，a
srm
为逆变换相超前角信号，a
srm0
为逆变换相超前角信号初始值，ka为角度修正系数，i
x
为网桥电流信号，s
x
为电机运行转速。
110.在一个实施方式中，所述基于所述电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定逆变换相超前角信号，包括：
111.按下式确定逆变换相超前角信号：
112.a
srm
＝a
srm_pre
+k
ap
*se113.上式中，a
srm
为逆变换相超前角信号，a
srm_pre
为前一计算周期基于所述电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定的逆变换相超前角信号，k
ap
为第二转速调节比例系数，se为电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号。
114.在一个具体的实施方式中，如图2所示，本发明提供一种抽水蓄能静止变频器最优转矩控制系统，包括转速检测模块、第一转速调节模块、第二转速调节模块、电流限幅模块、电流给定模块、模式选择模块、逆变角给定模块、电流调节模块、网桥脉冲生成模块和机桥脉冲生成模块。
115.转速检测模块输入为机桥电压信号u
mx
，输出转速信号s
x
，转速给定信号s
ref
与转速
信号s
x
的差值se作为第一转速调节模块和第二转速调节模块的输入，第一转速调节模块输出初始电流给定信号i
ref0
，电流限幅模块输入初始电流给定信号i
ref0
，输出第一电流给定信号i
ref1
，模式选择模块输入初始电流给定信号i
ref0
和第一电流给定信号i
ref1
，输出为模式1或模式2信号。当模式选择模块输出模式1时，电流限幅模块输出信号i
ref1
作为电流给定信号i
ref
，逆变角给定模块输出信号a
srm1
作为逆变换相超前角信号a
srm
；当模式选择模块输出模式2信号时，电流给定模块输出信号i
ref2
作为电流给定信号i
ref
，第二转速调节模块输出信号a
srm2
作为逆变换相超前角信号a
srm
。电流给定信号i
ref
与网桥电流信号i
x
的差值ie作为电流调节模块的输入，电流调节模块输出整流触发角信号a
srn
，网桥脉冲生成模块输入网桥电压信号u
nx
和整流触发角信号a
srn
，输出网桥脉冲信号p
srn
作为网桥变流器srn的触发信号，机桥脉冲生成模块输入逆变换相超前角信号a
srm
，输出网桥脉冲信号p
srm
作为机桥变流器srm的触发信号。
116.网桥变流器srn通过输入开关icb连接降压变压器副边，变压器原边与电网连接。机桥变流器srm通过输出开关ocb与电机连接。网桥变流器与机桥变流器中间连接平波电抗器。网桥电压互感器ptn采集网侧电压u
nx
，网桥电流互感器ctn采集网侧电流i
x
，机桥电压互感器ptn采集网侧电压u
mx
。最优转矩控制系统输入u
nx
、i
x
和u
mx
，输出网桥晶闸管触发脉冲p
srn
和机桥晶闸管触发脉冲p
srm
，并分别作用于网桥变流器和机桥变流器。
117.进一步的，如图3所示，基于上述系统本发明还提供一种抽水蓄能静止变频器最优转矩控制方法，所述控制方法步骤为：
118.步骤1，第一转速调节模块，如图4所示，根据转速误差信号se，计算初始电流给定信号i
ref0
。
119.具体的，步骤1所述的计算初始电流给定信号i
ref0
具体实施步骤为：
120.1)转速检测模块根据机桥电压u
mx
采用反正切法计算电机运行转速s
x
；
121.2)转速给定信号s
ref
与转速信号s
x
作差得到转速误差信号se:
122.3)第一转速调节模块，根据转速误差信号se，采用比例积分调节器计算得到初始电流给定信号i
ref0
。
123.步骤2，将初始电流给定信号i
ref0
作为电流限幅模块的输入，得到第一电流给定信号i
ref1
。
124.具体的，步骤2所述的计算第一电流给定信号i
ref1
具体实施步骤为：
125.1)设定系统最小电流值i
min
，通常设定i
min
＝0.2*i
sn
，其中i
sn
为sfc系统的额定电流值；
126.2)判断所述初始电流给定信号是否大于系统最小电流值，若是，则所述第一电流给定信号等于所述初始电流给定信号，否则，所述第一电流给定信号等于系统最小电流值；
127.步骤3，将初始电流给定信号i
ref0
和第一电流给定信号i
ref1
作为模式选择模块的输入，输出为模式1信号时，跳到步骤4_1，输出为模式2信号时，跳到步骤4_2。
128.具体的，步骤3所述的模式选择模块输出模式1或模式2信号具体实施步骤为：
129.1)若第一电流给定信号i
ref1
等于初始电流给定信号i
ref0
，则模式选择模块输出模式1信号；
130.2)若第一电流给定信号i
ref1
小于初始电流给定信号i
ref0
，则模式选择模块输出模式2信号。
131.步骤4_1，当模式选择模块输出模式1信号时，将第一电流给定信号i
ref1
作为电流给定信号i
ref
，逆变角给定模块输出信号a
srm1
作为逆变换相超前角信号a
srm
。
132.优选地，步骤4_1所述的逆变角给定模块输出信号a
srm1
的计算方法为：
133.a
srm
＝a
srm0
+ka*i
x
*s
x
134.上式中，a
srm
为逆变换相超前角信号，a
srm0
为逆变换相超前角信号初始值，ka为角度修正系数，i
x
为网桥电流信号，s
x
为电机运行转速。
135.步骤4_2，当模式选择模块输出模式2信号时，电流给定模块输出信号i
ref2
作为电流给定信号i
ref
，第二转速调节模块输出信号a
srm2
作为逆变换相超前角信号a
srm
。
136.具体的，步骤4_2所述的电流给定模块输出信号i
ref2
通常设定为0.2*i
sn
，其中i
sn
为sfc系统的额定电流值。
137.步骤4_2所述的第二转速调节模块，如图5所示，输出信号a
srm2
的计算方法为：
138.a
srm
＝a
srm_pre
+k
ap
*se139.上式中，a
srm
为逆变换相超前角信号，a
srm_pre
为前一计算周期基于所述电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定的逆变换相超前角信号，k
ap
为第二转速调节比例系数，se为电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号。
140.步骤5，将电流给定信号i
ref
与网桥电流信号i
x
的差值ie作为电流调节模块的输入，电流调节模块输出整流触发角信号a
srn
。
141.具体的，步骤5所述的整流触发角信号a
srn
具体实施步骤为：
142.1)电流给定信号i
ref
与网桥电流信号i
x
作差得到电流误差信号ie:
143.2)电流调节模块，如图6所示，根据电流误差信号ie，采用比例积分调节器计算得到整流触发角信号a
srn
：
144.a
srn
＝k
ip
*ie+k
ii
*∫
t
iedt
145.上式中，a
srn
为整流触发角信号，k
ip
为电流调节比例系数，ie为电流误差信号，k
ii
为电流调节积分系数，t为执行时间。
146.步骤6，将整流触发角信号a
srn
与网桥电压u
nx
输入到网桥脉冲生成模块，得到网桥晶闸管触发脉冲p
srn
。
147.步骤7，将逆变换相超前角信号a
srm
与机桥电压u
mx
输入到机桥脉冲生成模块，得到机桥晶闸管触发脉冲p
srm
。
148.以一台2mw的静止变频器为例具体说明该专利的实施方式。静止变频器额定功率为2ww，电网电压为6000v，降压变压器变比为6000/2080，网桥变流器侧输入电压为2080v，机桥变流器输出电压0～6000v，输出频率为0～52.5hz，平波电抗器的电感值为12.5mh，同步电机额定功率为2mw，额定转速为750rpm，额定频率为50hz。
149.图7为基于单模式转矩控制方法的试验波形，目标转速为15hz(参考中国发明专利cn 115664262a于2023年1月公布的《适用于调相机启动的电流源型静止变频器控制方法与装置》)。单模式转矩控制仅仅利用整流触发角一个自由度进行转速调节，舍弃了对逆变换相超前角的控制自由度，无法实现电流和转矩的最优控制；此外，当机组轻载时，会出现电流断续情况，若机组运行在高频时，电流波形变为三角波，增加转矩波动。
150.图8为基于最优转速控制方法的试验波形，目标转速为15hz。该方法充分利用整流触发角和逆变换相超期角两个自由度进行电机调速，即使电机空载工况下电流波形仍然连
续，同时输出转矩无波动，从而实现电机转速的平稳控制。从图中可以看出，恒速运行过程中，转速控制平稳，稳态静差在0.1hz以内，同时电流波形外包络线平滑。对比图7和图8可知，本专利提出的方案可以有效解决静止变频器大型同步电机调速控制中出现的电流断续以及转矩、转速脉动问题。
151.实施例2
152.基于同一种发明构思，本发明还提供了一种静止变频器双模式转矩控制系统，如图9所示，所述静止变频器双模式转矩控制系统包括：
153.第一确定模块，用于基于电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定初始电流给定信号：
154.限幅模块，用于对所述初始电流给定信号进行限幅，得到第一电流给定信号；
155.第二确定模块，用于比较所述初始电流给定信号和第一电流给定信号，并基于比较结果确定整流触发角信号和逆变换相超前角信号；
156.分析模块，用于将整流触发角信号与网桥电压输入到脉冲生成模块，得到用于控制网桥晶闸管的触发脉冲，将逆变换相超前角信号与机桥电压输入到机桥脉冲生成模块，得到用于控制机桥晶闸管的触发脉冲。
157.优选的，所述电机运行转速根据机桥电压采用反正切法计算获取。
158.优选的，所述第一确定模块具体用于，按下式计算初始电流给定信号：
159.i
ref0
＝k
sp_1
*se+k
si_1
*∫
t
sedt
160.上式中，i
ref0
为初始电流给定信号，k
sp_1
为第一转速调节比例系数，k
si_1
为转速调节积分系数，se为电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号，t为执行时间。
161.优选的，所述限幅模块具体用于：
162.判断所述初始电流给定信号是否大于系统最小电流值，若是，则所述第一电流给定信号等于所述初始电流给定信号，否则，所述第一电流给定信号等于系统最小电流值；
163.其中，所述系统最小电流值等于0.2倍的静止变频器的额定电流值。
164.进一步的，所述第二确定模块具体用于：
165.当所述初始电流给定信号等于所述第一电流给定信号时，将所述第一电流给定信号作为电流给定信号参考值并基于电流给定信号参考值确定整流触发角信号，基于所述电机运行转速确定逆变换相超前角信号；
166.当所述初始电流给定信号等于所述第一电流给定信号时，将系统最小电流值作为电流给定信号参考值并基于电流给定信号参考值确定整流触发角信号，基于所述电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定逆变换相超前角信号。
167.进一步的，所述整流触发角信号的计算式如下：
168.a
srn
＝k
ip
*ie+k
ii
*∫
t
iedt
169.上式中，a
srn
为整流触发角信号，k
ip
为电流调节比例系数，ie为电流误差信号，k
ii
为电流调节积分系数，t为执行时间，其中，所述电流误差信号的计算式如下：
170.ie＝i
ref-i
x
171.上式中，i
ref
为电流给定信号参考值，i
x
为网桥电流信号。
172.进一步的，所述基于所述电机运行转速确定逆变换相超前角信号，包括：
173.按下式确定逆变换相超前角信号：
174.a
srm
＝a
srm0
+ka*i
x
*s
x
175.上式中，a
srm
为逆变换相超前角信号，a
srm0
为逆变换相超前角信号初始值，ka为角度修正系数，i
x
为网桥电流信号，s
x
为电机运行转速。
176.进一步的，所述分析模块具体用于：
177.按下式确定逆变换相超前角信号：
178.a
srm
＝a
srm_pre
+k
ap
*se179.上式中，a
srm
为逆变换相超前角信号，a
srm_pre
为前一计算周期基于所述电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定的逆变换相超前角信号，k
ap
为第二转速调节比例系数，se为电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号。
180.实施例3
181.基于同一种发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor、dsp)、专用集成电路(application specificintegrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能，以实现上述实施例中一种静止变频器双模式转矩控制方法的步骤。
182.实施例4
183.基于同一种发明构思，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速ram存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中一种静止变频器双模式转矩控制方法的步骤。
184.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
185.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序
指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的系统。
186.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令系统的制造品，该指令系统实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
187.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
188.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种静止变频器双模式转矩控制方法，其特征在于，所述方法包括：基于电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定初始电流给定信号：对所述初始电流给定信号进行限幅，得到第一电流给定信号；比较所述初始电流给定信号和第一电流给定信号，并基于比较结果确定整流触发角信号和逆变换相超前角信号；将整流触发角信号与网桥电压输入到脉冲生成模块，得到用于控制网桥晶闸管的触发脉冲，将逆变换相超前角信号与机桥电压输入到机桥脉冲生成模块，得到用于控制机桥晶闸管的触发脉冲。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电机运行转速根据机桥电压采用反正切法计算获取。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始电流给定信号的计算式如下：i
ref0
＝k
sp_1
*s
e
+k
si_1
*∫
t
s
e
dt上式中，i
ref0
为初始电流给定信号，k
sp_1
为第一转速调节比例系数，k
si_1
为转速调节积分系数，s
e
为电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号，t为执行时间。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述初始电流给定信号进行限幅，得到第一电流给定信号，包括：判断所述初始电流给定信号是否大于系统最小电流值，若是，则所述第一电流给定信号等于所述初始电流给定信号，否则，所述第一电流给定信号等于系统最小电流值；其中，所述系统最小电流值等于0.2倍的静止变频器的额定电流值。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述比较所述初始电流给定信号和第一电流给定信号，并基于比较结果确定整流触发角信号和逆变换相超前角信号，包括：当所述初始电流给定信号等于所述第一电流给定信号时，将所述第一电流给定信号作为电流给定信号参考值并基于电流给定信号参考值确定整流触发角信号，基于所述电机运行转速确定逆变换相超前角信号；当所述初始电流给定信号等于所述第一电流给定信号时，将系统最小电流值作为电流给定信号参考值并基于电流给定信号参考值确定整流触发角信号，基于所述电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定逆变换相超前角信号。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述整流触发角信号的计算式如下：a
srn
＝k
ip
*i
e
+k
ii
*∫
t
i
e
dt上式中，a
srn
为整流触发角信号，k
ip
为电流调节比例系数，i
e
为电流误差信号，k
ii
为电流调节积分系数，t为执行时间，其中，所述电流误差信号的计算式如下：i
e
＝i
ref-i
x
上式中，i
ref
为电流给定信号参考值，i
x
为网桥电流信号。7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述电机运行转速确定逆变换相超前角信号，包括：按下式确定逆变换相超前角信号：a
srm
＝a
srm0
+k
a
*i
x
*s
x
上式中，a
srm
为逆变换相超前角信号，a
srm0
为逆变换相超前角信号初始值，k
a
为角度修正系数，i
x
为网桥电流信号，s
x
为电机运行转速。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定逆变换相超前角信号，包括：按下式确定逆变换相超前角信号：a
srm
＝a
srm_pre
+k
ap
*s
e
上式中，a
srm
为逆变换相超前角信号，a
srm_pre
为前一计算周期基于所述电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定的逆变换相超前角信号，k
ap
为第二转速调节比例系数，s
e
为电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号。9.一种静止变频器双模式转矩控制系统，其特征在于，所述系统包括：第一确定模块，用于基于电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定初始电流给定信号：限幅模块，用于对所述初始电流给定信号进行限幅，得到第一电流给定信号；第二确定模块，用于比较所述初始电流给定信号和第一电流给定信号，并基于比较结果确定整流触发角信号和逆变换相超前角信号；分析模块，用于将整流触发角信号与网桥电压输入到脉冲生成模块，得到用于控制网桥晶闸管的触发脉冲，将逆变换相超前角信号与机桥电压输入到机桥脉冲生成模块，得到用于控制机桥晶闸管的触发脉冲。10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电机运行转速根据机桥电压采用反正切法计算获取。11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一确定模块具体用于，按下式计算初始电流给定信号：i
ref0
＝k
sp_1
*s
e
+k
si_1
*∫
t
s
e
dt上式中，i
ref0
为初始电流给定信号，k
sp_1
为第一转速调节比例系数，k
si_1
为转速调节积分系数，s
e
为电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号，t为执行时间。12.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述限幅模块具体用于：判断所述初始电流给定信号是否大于系统最小电流值，若是，则所述第一电流给定信号等于所述初始电流给定信号，否则，所述第一电流给定信号等于系统最小电流值；其中，所述系统最小电流值等于0.2倍的静止变频器的额定电流值。13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第二确定模块具体用于：当所述初始电流给定信号等于所述第一电流给定信号时，将所述第一电流给定信号作为电流给定信号参考值并基于电流给定信号参考值确定整流触发角信号，基于所述电机运行转速确定逆变换相超前角信号；当所述初始电流给定信号等于所述第一电流给定信号时，将系统最小电流值作为电流给定信号参考值并基于电流给定信号参考值确定整流触发角信号，基于所述电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定逆变换相超前角信号。14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述整流触发角信号的计算式如下：a
srn
＝k
ip
*i
e
+k
ii
*∫
t
i
e
dt上式中，a
srn
为整流触发角信号，k
ip
为电流调节比例系数，i
e
为电流误差信号，k
ii
为电流调节积分系数，t为执行时间，其中，所述电流误差信号的计算式如下：i
e
＝i
ref-i
x
上式中，i
ref
为电流给定信号参考值，i
x
为网桥电流信号。15.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述基于所述电机运行转速确定逆变换相超前角信号，包括：按下式确定逆变换相超前角信号：a
srm
＝a
srm0
+k
a
*i
x
*s
x
上式中，a
srm
为逆变换相超前角信号，a
srm0
为逆变换相超前角信号初始值，k
a
为角度修正系数，i
x
为网桥电流信号，s
x
为电机运行转速。16.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述分析模块具体用于：按下式确定逆变换相超前角信号：a
srm
＝a
srm_pre
+k
ap
*s
e
上式中，a
srm
为逆变换相超前角信号，a
srm_pre
为前一计算周期基于所述电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定的逆变换相超前角信号，k
ap
为第二转速调节比例系数，s
e
为电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号。17.一种计算机设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；所述处理器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如权利要求1至8中任意一项所述的静止变频器双模式转矩控制方法。18.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如权利要求1至8中任意一项所述的静止变频器双模式转矩控制方法。

技术总结
本发明涉及电力电子与电力系统技术领域，具体提供了一种静止变频器双模式转矩控制方法及系统，包括：基于电机运行转速与转速给定信号之间的误差信号确定初始电流给定信号：对所述初始电流给定信号进行限幅，得到第一电流给定信号；比较所述初始电流给定信号和第一电流给定信号，并基于比较结果确定整流触发角信号和逆变换相超前角信号；将整流触发角信号与网桥电压输入到脉冲生成模块，得到用于控制网桥晶闸管的触发脉冲，将逆变换相超前角信号与机桥电压输入到机桥脉冲生成模块，得到用于控制机桥晶闸管的触发脉冲。本发明提供的技术方案能够保证任何工况下电流波形连续、输出转矩无波动，从而实现电机转速的平稳控制。从而实现电机转速的平稳控制。从而实现电机转速的平稳控制。


技术研发人员：李浩源 吴福保 杨波 李官军 陶以彬 秦昊 宋紫岚
受保护的技术使用者：中国电力科学研究院有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/8/13