一种支撑电容纹波电流有效值获取方法、设备及存储介质

本发明属于逆变器设计领域，更具体地，是一种支撑电容纹波电流有效值获取方法、设备及存储介质。

背景技术：

1、支撑电容是逆变器中一个很重要的器件，它具有稳定输入电压、使直流电源与逆变器解耦、减小电压尖峰等作用。逆变器的体积、重量和寿命往往都受制于支撑电容。对逆变器直流支撑电容的设计主要包括容值、耐压、额定电流等。额定电流决定了电容可承受的损耗，很大程度上决定了电容的体积与重量，因此电容纹波电流有效值是电容设计的核心约束参数以及电容是否能够稳定长期运行的决定性条件。

2、传统的支撑电容的纹波电流有效值计算模型认为逆变器输出电流为理想正弦波，忽略了逆变器输出电流的高频谐波分量。然而在高速电机控制等工况中，由于高速电机驱动的低电感及低载波比特性，逆变器输出电流往往包含许多载波相关次谐波分量，并非理想正弦波。

3、对于该工况，传统的支撑电容的纹波电流计算方法不再适用于类似系统。此时由传统方法计算的纹波电流有效值会小于实际值，导致出现严重的计算误差，若照此计算结果设计电容会对电容的寿命与安全性造成严重的损害。因此，迫切需要一种全新的方法完善输出电流谐波含量高的工况下的逆变器支撑电容设计。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种逆变器交流输出电流谐波含量高时的支撑电容纹波电流获取方法，旨在解决逆变器交流输出电流谐波含量高时，常规的支撑电容纹波电流计算方法不适用的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种支撑电容纹波电流有效值获取方法，可实现对支撑电容纹波电流有效值精确的计算。其基本思路为：

3、对频域下的逆变器输出电流进行分析，结合逆变器开关函数，计算出直流链路电流频谱。通过直流链路电流可以计算出纹波电流的频谱与有效值。

4、基于上述思路，本发明所提出的考虑交流输出谐波的支撑电容纹波电流有效值获取方法包括：

5、(1)逆变器输出电压是逆变器输出侧到逆变器中性点o的电压。开关函数表示逆变器开关管开通关断状态，其值为1表示开通，值为0时表示关断。求解svpwm调制下逆变器开关管的状态切换点便可以得到逆变器输出电压和开关函数的波形。对逆变器输出电压和逆变器各相上管开关函数进行二重傅里叶分解，可以得到逆变器输出电压与各相上管开关函数的频谱。

6、(2)将输出电压的频谱中的基波分量和谐波分量分别带入负载的基波和谐波电机电压方程，可求解各相负载相电流的频谱。

7、(3)由各相负载相电流的频谱与各相上管开关函数的频谱可以计算直流链路电流。各相相电流与各相上管开关函数的乘积等于直流链路电流iinv。时域函数的乘积等于频域的卷积，因此直流链路电流iinv的频谱可表达为各相上管开关函数频谱与各相相电流频谱的卷积的和。

8、(4)对直流链路电流中的高频分量而言，直流母线的阻抗远大于电容阻抗。因此，可以认为直流链路中的载波次及其边带谐波全部由电容提供。换言之，去除直流成分的直流链路电流频谱即为电容纹波电流的频谱。

9、本发明提出了一种考虑交流输出谐波的支撑电容纹波电流有效值获取方法。通过对逆变器输出电压、开关函数和输出电流进行双重傅里叶分析及卷积处理，可以解析确定逆变器支撑电容纹波电流频谱，从而精确地计算逆变器中支撑电容纹波电流。

10、进一步地，在三相电压输出对称情况下，求解另外两相输出电压与开关函数的频谱为在第一相的输出电压与开关函数的频谱的基础上叠加±120°乘以调制波阶次的相移。

11、进一步地，直流链路电流表示为：

12、

13、其中，cinv,mn，ci,ij，cs,mn分别是直流链路电流、逆变器输出电流以及逆变器上管开关函数的傅里叶级数，m表示载波阶次，n表示调制波阶次，n为载波比。

14、进一步地，电容纹波有效值可表示为：

15、

16、其中，ic,rms为电容纹波有效值。

17、本发明还提供了一种支撑电容纹波电流有效值获取设备，包括：存储器和处理器；

18、所述存储器用于存储计算机程序；

19、所述处理器用于读取所述计算机程序并在执行所述计算机程序时实现如上述的支撑电容纹波电流有效值获取方法。

20、本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现上述的支撑电容纹波电流有效值获取方法步骤。

21、通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下

22、有益效果：

23、(1)在逆变器交流输出电流谐波含量高的情况下，由于传统的纹波电流计算方法认为逆变器输出电流为理想正弦波，导致计算的纹波电流有效值小于实际值，照此计算结果设计电容会对电容的安全性与寿命造成严重的损害。相比于传统方法，本发明提出一种考虑交流输出谐波的支撑电容纹波电流有效值获取方法，该方法大大提高了对直流母线支撑电容纹波电流的计算精度，使面向高速电机等应用场合的逆变器支撑电容设计更为可靠安全。

24、(2)本发明适用范围广，对于任意负载，任意输出电流谐波含量的工况都可以对支撑电容纹波电流有效值进行精确的计算，为各类系统的逆变器提供了一种普适性的获取支撑电容纹波电流方法。

技术特征：

1.一种支撑电容纹波电流有效值获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，逆变器输出电压是逆变器输出侧到逆变器中性点o的电压。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，开关函数表示逆变器开关管开通关断状态，其值为1表示开通，值为0时表示关断；求解svpwm调制下逆变器开关管的状态切换点得到逆变器输出电压和开关函数的波形。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在三相电压输出对称情况下，求解另外两相输出电压与开关函数的频谱为在第一相的输出电压与开关函数的频谱的基础上叠加±120°乘以调制波阶次的相移。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，直流链路电流表示为：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，电容纹波有效值表示为：

7.一种支撑电容纹波电流有效值获取设备，其特征在于，包括：存储器和处理器；

8.一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至6中任一项所述的支撑电容纹波电流有效值获取方法步骤。

技术总结
本发明提出一种支撑电容纹波电流有效值获取方法、设备及存储介质，属于逆变器设计领域，对逆变器输出电压和逆变器各相上管开关函数进行二重傅里叶分解，得到逆变器输出电压与各相上管开关函数的频谱；将所述逆变器输出电压的频谱中的基波分量和谐波分量分别带入负载的基波和谐波电机电压方程，求解各相负载相电流的频谱；由各相负载相电流的频谱与各相上管开关函数的频谱的卷积的和计算直流链路电流；去除直流成分，得到电容纹波电流的频谱。本发明提出一种考虑交流输出谐波的支撑电容纹波电流有效值获取方法，在频域下对逆变器上管开关函数和输出电流进行分析，可以精确地求解出支撑电容纹波电流的频谱和有效值，为电容设计提供更为可靠的结果。

技术研发人员：邵逸飞,孔武斌,郭海峰,李大伟
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15