本发明涉及变频驱动技术领域，具体而言，涉及一种功率变换控制方法及装置。
背景技术：
我国电动机保有量大，消耗电能大，但大多效率较低。永磁同步电机由于其具有体积小、效率高、功率因数高、启动力矩大、升温低等特点，应用较为广泛。
现有的永磁同步电机驱动电路，为给永磁同步电机提供稳定为直流电压，功率因数校正(powerfactorcorrection，pfc)后端通常设定有大电解电容，但由于电解电容前端输入功率随交流电压相位波动，而后端的电机又为恒功率负载，因而电解电容存在充放电过程，并会在该过程内形成较大的纹波电流，导致直流母线电压波动。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种功率变换控制方法及装置，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种功率变换控制方法，所述功率变换控制方法包括：
接收输入电流、输入电压、母线电压以及输入至电机的相电流；
依据所述相电流计算电机转速实际值、d轴电流以及q轴电流；
依据所述输入电流、所述输入电压、所述电机转速实际值及预设定的电机转速参考值确定电感电压参考值；
依据所述输入电流、所述输入电压、所述母线电压、所述d轴电流以及所述q轴电流确定q轴电压给定量及d轴电压给定量；
依据所述电感电压参考值生成第一脉宽调制信号；
依据所述q轴电压给定量及所述d轴电压给定量生成第二脉宽调制信号。
第二方面，本发明实施例还提供了一种功率变换控制装置，所述功率变换控制装置包括：
电路参数接收单元，用于接收输入电流、输入电压、母线电压以及输入至电机的相电流；
计算单元，用于依据所述相电流计算电机转速实际值、d轴电流以及q轴电流；
电感电压参考值确定单元，用于依据所述输入电流、所述输入电压、所述电机转速实际值及预设定的电机转速参考值确定电感电压参考值；
电压给定量确定单元，用于依据所述输入电流、所述输入电压、所述母线电压、所述d轴电流以及所述q轴电流确定q轴电压给定量及d轴电压给定量；
第一脉宽调制信号生成单元，用于依据所述电感电压参考值生成第一脉宽调制信号；
第二脉宽调制信号生成单元，用于依据所述q轴电压给定量及所述d轴电压给定量生成第二脉宽调制信号。
本发明实施例提供的功率变换控制方法及装置，依据接收到的输入电流、输入电压、相电流以及预设定的电机转速参考值确定电感电压参考值，再依据相电流、输入电流、输入电压以及母线电压确定q轴电压给定量及d轴电压给定量，再分别依据电感电压参考值以及q轴电压给定量及d轴电压给定量生成第一脉宽调制信号、第二脉宽调制信号，其中通过第一脉宽调制信号调节直流母线电容前端的电流，通过第二脉宽调制信号调节电机的电压，从而使得直流母线电容前后两端的功率平衡，减小直流母线电容纹波电流；同时由于直流母线电容前后级的电流基本相等，因此直流母线电容只需要存储较少的功率，从而可以使用容量较小的薄膜电容替代。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例提供的功率变换控制系统的电路结构框图。
图2示出了本发明实施例提供的功率变换控制系统的电路图。
图3示出了本发明实施例提供的功率变换控制方法的流程图。
图4示出了图3中步骤s302的具体流程图。
图5示出了图3中步骤s303的具体流程图。
图6示出了图5中步骤s3032的具体流程图。
图7示出了图3中步骤s305的具体流程图。
图8示出了本发明实施例提供的功率变换控制装置的功能模块框图。
图标：100-功率变换控制系统；110-电路参数采集模块；120-驱动模块；130-电机；140-第一脉宽调制模块；150-第一控制模块；160-第二脉宽调制模块；170-第二控制模块；200-功率变换控制装置；210-电路参数接收单元；220-电感电压参考值确定单元；230-电压给定量确定单元；240-第一脉宽调制信号生成单元；250-第二脉宽调制信号生成单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1，示出了本发明实施例提供的功率变换控制系统100的电路结构框图。该功率变换控制系统100包括电路参数采集模块110、驱动模块120、第一脉宽调制模块140、第二脉宽调制模块160、第一控制模块150、第二控制模块170以及电机130。驱动模块120与电机130、电路参数采集模块110、第一脉宽调制模块140、第二脉宽调制模块160均电连接。第一脉宽调制模块140与第一控制模块150电连接，第二脉宽调制模块160与第二控制模块170电连接。
其中，电路参数采集模块110用于采集输入电流、输入电压、母线电压、母线电流以及输入至电机130的相电流，并将母线电压、母线电流、输入电压以及输入电流传输至第一控制模块150，将相电流、输入电压传输至第二控制模块170。
请参阅图2，本发明实施例提供的功率变换控制系统100的电路图。功率变换控制系统100包括电源电路、整流电路、升压电路、直流母线电容以及逆变电路。其中，电源电路、整流电路、升压电路、直流母线电容以及逆变电路依次电连接，升压电路与第一控制模块150电连接，逆变电路与第二控制模块170电连接。
其中，电源电路为电路提供交流电；整流电路用于将交流电变换为直流电；升压电路用于调整直流母线电容的电压值；直流母线电容用于过滤经整流电路整流后仍然存在的交流电；逆变电路与控制模块电连接，用于在脉宽调制信号的控制下，输出电压至电机130，实现对电机130的控制。
第一控制模块150用于依据相电流及预设定的电机转速参考值确定电感电压参考值，并依据该电感电压参考值生产第一脉宽调制信号。
第一脉宽调制模块140用于响应第一脉宽调制信号而通过控制升压电路的通断状态调节输入至直流母线电容的电流。
第二控制模块170用于依据输入电流、输入电压、相电流、母线电压、预设定的电机转速参考值及预设定的母线电压参考值确定q轴电压给定量及d轴电压给定量，并依据q轴电压给定量及d轴电压给定量生成第二脉宽调制信号。
第二脉宽调制单元用于响应第二脉宽调制信号而通过调整逆变模块的导通状态实现对电机130三相电压的控制。
第一实施例
本发明实施例提供了一种功率变换控制方法，应用于功率变换控制系统100。该功率变换控制方法用于在减小直流母线电容纹波的同时，实现对电机130的驱动。请参阅图3，为本发明实施例提供的功率变换控制方法的流程图。该功率变换控制方法包括：
步骤s301：接收输入电流、输入电压、母线电压以及输入至电机130的相电流。
可以理解地，输入电流、输入电压、母线电压以及输入至电机130的相电流均为电路参数采集模块110采集并传输的；此外，在本实施例中，输入至电机130的相电流包括u相电流iu以及v相电流iv。
步骤s302：依据输入电流、输入电压、相电流及预设定的电机转速参考值确定电感电压参考值。
请参阅图4，为步骤s302的具体流程图。步骤s302包括：
子步骤s3021：依据相电流计算电机转速实际值。
首先通过u相电流iu以及v相电流iv计算w相电流iw：
iw＝-iu-iv
接着通过u相电流iu、v相电流iv以及w相电流iw计算α轴电流及β轴电流，公式如下所示：
iα＝iu
则q轴电流的计算公式为：
iq＝iβcosθ-iαsinθ
d轴电流的计算公式为：
id＝iαcosθ+iβsinθ
其中，θ为电机130转子永磁体磁链的角度，可通过传统的位置估算算法得出，其计算过程如下：
首先依据下述公式计算反电动势的d轴分量和q轴分量：
其中，估算角度与实际角度的误差
则电机130转子永磁体磁链的角度由以下算式计算：
θ(n)＝θ(n-1)+δθ
则电机转速实际值可通过以下算式计算：
子步骤s3022：依据电机转速实际值及预设定的电机转速参考值确定转矩电流参考值。
具体地，通过对电机转速实际值和预设定的转速参考值的差值做pi运算，其计算公式如下：
it_ref＝kp2*(wr_ref-wr)+ki2*∫(wr_ref-wr)dt
其中，it_ref为转矩电流参考值，wr_ref为电机转速参考值，wr为电机转速实际值，kp2为预设定的第二比例系数，ki2为预设定的第二积分系数。
子步骤s3023：依据转矩电流参考值、输入电压计算输入电流参考值。
具体地，计算公式如下所述：
iac_ref＝k*uac*it_ref
其中，iac_ref为输入电流参考值，uac为输入电压，k为预设定的比例系数。
子步骤s3024：依据转矩电流参考值以及输入电流参考值确定电感电压参考值。
具体地，通过对输入电流参考值和输入电流的差值做pi运算可确定电感电压参考值，其计算公式如下：
uout＝kp3*(iac_ref-iac)+ki3*∫(iac_ref-iac)dt
其中，uout为电感电压参考值，iac_ref为输入电流参考值，iac为输入电流，kp3为预设定的第三比例系数，ki3为预设定的第三积分系数。
步骤s303：依据输入电流、输入电压、母线电压、相电流确定q轴电压给定量及d轴电压给定量。
请参阅图5，为步骤s303的具体流程图。则步骤s303包括：
子步骤s3031：依据相电流计算q轴电流及d轴电流。
基于子步骤s3021的描述，可以得知
iq＝iβcosθ-iαsinθ
id＝iαcosθ+iβsinθ
子步骤s3032：依据输入电流、输入电压、母线电压确定q轴电流参考值。
请参阅图6，为子步骤s3032的具体流程图。则子步骤s3032包括：
子步骤s30321：依据输入电流、输入电压以及母线电压计算第一直流母线电流。
具体地，可通过以下算式对第一直流母线电流进行计算：
其中，idc1为第一直流母线电流。
需要说明的是，第一直流母线电流为直流母线电容前级的电流。
子步骤s30322：依据母线电压、输入电压、q轴电流及q轴电流计算第二直流母线电流。
具体地，可通过以下算式对第二直流母线电流进行计算：
其中，pmotor为电机功率，idc2为第二直流母线电流。
需要说明的是，第二直流母线电流为直流母线电容后级的电流。
子步骤s30323：依据母线电压以及预设定的母线电压参考值计算直流母线电流补偿量。
具体地，可通过以下pi调节方式对直流母线电流补偿量进行计算：
δidc＝kp4*(udc_ref-udc)+ki4*∫(udc_ref-udc)dt
其中，udc为母线电压，udc_ref为预设定的母线电压参考值，δidc为直流母线电流补偿量，kp4为预设定的第四比例系数，ki4为预设定的第四积分系数。
可以理解地，通过对母线电压进行pi调节，可使得最终得出的直流母线电流补偿量δidc满足算式idc2＝idc1-δidc。
子步骤s30324：依据第一直流母线电流、第二直流母线电流以及直流母线电流补偿量确定q轴电流参考值。
具体地，可通过pi调节方式确定q轴电流参考值：
iq_ref＝kp1*(idc1-idc+δidc)+ki1*∫(idc1-idc+δidc)dt
其中，iq_ref为q轴电流参考值，kp1为预设定的第一比例系数，ki1为预设定的第一积分系数。
可以理解地，通过依据第一直流母线电流、第二直流母线电流以及直流母线电流补偿量，同时采用pi调节方式确定q轴电流参考值，减小了流入直流母线电容的电流，可使得直流母线电容前后级的电流几乎相等，从而直流母线电容只需存储较少的功率，因而可使用容量较小的薄膜电容替代。
子步骤s3033：依据q轴电流及q轴电流参考值计算所述q轴电压给定量。
具体地，通过以下算式计算q轴电压给定量：
uq＝kp5*(iq_ref-iq)+ki5*∫(iq_ref-iq)dt
其中，uq为q轴电压给定量，kp5为预设定的第五比例系数，ki5为预设定的第五积分系数。
子步骤s3034：依据d轴电流及预设定的d轴电流参考值计算d轴电压给定量。
具体地，通过以下算式计算d轴电压给定量：
ud＝kp6*(id_ref-id)+ki6*∫(id_ref-id)dt
其中，ud为d轴电压给定量，id_ref为预设定的d轴电流参考值，kp6为预设定的第六比例系数，ki6为预设定的第六积分系数。
在一种优选的实施例中，预设定的d轴电流参考值为0；同时需要弱磁控制时，预设定的d轴电流参考值应当为负值，且大小应当适当增加。
步骤s304：依据电感电压参考值生成第一脉宽调制信号。
具体地，当电感电压参考值大于预设定的第一三角波幅值时，第一脉宽调制信号为1；当电感电压参考值小于或等于预设定的第一三角波幅值时，第一脉宽调制信号为0。
步骤s305：依据q轴电压给定量及d轴电压给定量生成第二脉宽调制信号。
请参图阅图7，为步骤s305的子步骤流程图。步骤s305包括：
子步骤s3051：基于q轴电压给定量及d轴电压给定量计算三相输出脉宽。
uα＝udcosθ-uqsinθ
uβ＝udsinθ+uqcosθ
uu＝uα
其中，uu、uv、uw分别为电机130的三相输出脉宽。
子步骤s3052：基于三相输出脉宽及母线电压分别计算u、v、w三相的目标电压值。
具体地，u、v、w三相的目标电压值分别通过以下算式计算：
其中，uu-n、uv-n、uu-n分别为u、v、w三相的目标电压值。
子步骤s3053：基于u、v、w三相的目标电压值及预设定的第二三角波幅值分别计算u、v、w三相的比较值。
具体地，通过以下算式对u、v、w三相的比较值进行计算：
compu＝a*uu-n/udc
compv＝a*uv-n/udc
compw＝a*uw-n/udc
其中，compu、compv、compw分别为u、v、w三相的比较值，a为预设定的第二三角波幅值。
子步骤s3054：分别判断u、v、w三相的比较值是否大于第二三角波幅值，如果是，则执行子步骤s3055；如果否，则执行子步骤s3056。
即判断compu、compv、compw是否满足
子步骤s3055：确定第二脉宽调制信号对应相的值为1。
例如，当满足compu>a时，pwm_u＝1；当满足compv>a时，pwm_v＝1；当满足compw>a时，pwm_w＝1。
其中，pwm_u、pwm_v及pwm_w分别为脉宽调制信号u、v、w三相的输出。
子步骤s3056：确定第二脉宽调制信号对应相的值为0。
例如，当满足compu≤a时，pwm_u＝0；当满足compv≤a时，pwm_v＝0；当满足compw≤a时，pwm_w＝0。
第二实施例
请参阅图8，为本发明较佳实施例提供的一种功率变换控制装置200。需要说明的是，本实施例所提供的功率变换控制装置200，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。功率变换控制装置200包括电路参数接收单元210、电感电压参考值确定单元220、电压给定量确定单元230、第一脉宽调制信号生成单元240以及第二脉宽调制信号生成单元250。
其中，电路参数接收单元210用于采集输入电流、输入电压、母线电压以及输入至电机的相电流。
可以理解地，电路参数接收单元210可用于执行步骤s301。
电感电压参考值确定单元220用于依据输入电流、输入电压、相电流及预设定的电机转速参考值确定电感电压参考值。
具体地，电感电压参考值确定单元220还用于依据相电流计算电机转速实际值。
电感电压参考值确定单元220还用于依据电机转速实际值及预设定的电机转速参考值确定转矩电流参考值，其计算公式如下：
it_ref＝kp2*(wr_ref-wr)+ki2*∫(wr_ref-wr)dt
其中，it_ref为转矩电流参考值，wr_ref为电机转速参考值，wr为电机转速实际值，kp2为预设定的第二比例系数，ki2为预设定的第二积分系数。
电感电压参考值确定单元220还用于依据转矩电流参考值、输入电压计算输入电流参考值，计算公式如下所述：
iac_ref＝k*uac*it_ref
其中，iac_ref为输入电流参考值，uac为输入电压，k为预设定的比例系数。
电感电压参考值确定单元220还用于依据转矩电流参考值以及输入电流参考值确定电感电压参考值，其计算公式如下：
uout＝kp3*(iac_ref-iac)+ki3*∫(iac_ref-iac)dt
其中，uout为电感电压参考值，iac_ref为输入电流参考值，iac为输入电流，kp3为预设定的第三比例系数，ki3为预设定的第三积分系数。
可以理解地，电感电压参考值确定单元220可用于执行步骤s302、子步骤s3021、子步骤s3022、子步骤s3023以及子步骤s3024。
电压给定量确定单元230用于依据输入电流、输入电压、母线电压、相电流确定q轴电压给定量及d轴电压给定量。
具体地，电压给定量确定单元230用于依据相电流计算q轴电流及d轴电流。
电压给定量确定单元230还用于依据输入电流、输入电压、母线电压确定q轴电流参考值。
首先，电压给定量确定单元230用于依据输入电流、输入电压以及母线电压计算第一直流母线电流，其计算公式如下所述：
其中，idc1为第一直流母线电流。
需要说明的是，第一直流母线电流为直流母线电容前级的电流。
其次，电压给定量确定单元230用于依据母线电压、输入电压、q轴电流及q轴电流计算第二直流母线电流。
具体地，可通过以下算式对第二直流母线电流进行计算：
其中，pmotor为电机功率，idc2为第二直流母线电流。
然后，电压给定量确定单元230用于依据母线电压以及预设定的母线电压参考值计算直流母线电流补偿量。
具体地，可通过以下pi调节方式对直流母线电流补偿量进行计算：
δidc＝kp4*(udc_ref-udc)+ki4*∫(udc_ref-udc)dt
其中，udc为母线电压，udc_ref为预设定的母线电压参考值，δidc为直流母线电流补偿量，kp4为预设定的第四比例系数，ki4为预设定的第四积分系数。
可以理解地，通过对母线电压进行pi调节，可使得最终得出的直流母线电流补偿量δidc满足算式idc2＝idc1-δidc。
最后，电压给定量确定单元230用于依据第一直流母线电流、第二直流母线电流以及直流母线电流补偿量确定q轴电流参考值。
具体地，可通过pi调节方式确定q轴电流参考值：
iq_ref＝kp1*(idc1-idc+δidc)+ki1*∫(idc1-idc+δidc)dt
其中，iq_ref为q轴电流参考值，kp1为预设定的第一比例系数，ki1为预设定的第一积分系数。
可以理解地，电压给定量确定单元230还用于依据q轴电流及q轴电流参考值计算q轴电压给定量。
电压给定量确定单元230还用于依据d轴电流及预设定的d轴电流参考值计算d轴电压给定量。
可以理解地，电压给定量确定单元230可用于执行步骤s303、子步骤s3031、子步骤s3032、子步骤s3033、子步骤s3034、子步骤s30321、子步骤s30322、子步骤s30323以及子步骤s30324。
第一脉宽调制信号生成单元240用于依据所述电感电压参考值生成第一脉宽调制信号。
可以理解地，第一脉宽调制信号生成单元240可用于执行步骤s304。
第二脉宽调制信号生成单元250用于依据所述q轴电压给定量及所述d轴电压给定量生成第二脉宽调制信号。
可以理解地，第二脉宽调制信号生成单元250可用于执行步骤s305。
综上所述，本发明实施例提供的功率变换控制方法及装置，依据接收到的输入电流、输入电压、相电流以及预设定的电机转速参考值确定电感电压参考值，再依据相电流、输入电流、输入电压以及母线电压确定q轴电压给定量及d轴电压给定量，再分别依据电感电压参考值以及q轴电压给定量及d轴电压给定量生成第一脉宽调制信号、第二脉宽调制信号，其中通过第一脉宽调制信号调节直流母线电容前端的电流，通过第二脉宽调制信号调节电机的电压，从而使得直流母线电容前后两端的功率平衡，减小直流母线电容纹波电流；同时由于直流母线电容前后级的电流基本相等，因此直流母线电容只需要存储较少的功率，从而可以使用容量较小的薄膜电容替代。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。