纹波幅度调制补偿方法和装置
专利汇可以提供纹波幅度调制补偿方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种纹波幅度调制补偿方法和装置,首先实时 采样 带有纹波 信号 的直流 母线 电压 瞬时值CVD;根据采样到的CVD和额定 直流母线 电压值Us计算校正系数K=Us/CVD;用计算出的校正系数K在 脉宽调制 运算前与脉宽调制运算因子相乘进行校正补偿,或用计算出的校正系数K在脉宽调制运算后与求取的脉冲宽度值相乘进行校正补偿。这种补偿方法和装置,在每个载波周期,实时采样母线纹波,据此对脉宽调制进行实时校正,从而解决纹波幅度调制导致的正弦脉冲宽度调制或空间矢量宽度调制失真问题,使输出 电流 失真度下降,输出电流振荡减小,同时输出电流下降, 变频器 输出驱动性能提高,还可通过降低母线滤波电容容量,降低成本和体积。，下面是纹波幅度调制补偿方法和装置专利的具体信息内容。
1、一种纹波幅度调制补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：实 时采样带有纹波信号的直流母线电压瞬时值CVD；根据采样到的 CVD和额定直流母线电压值Us计算校正系数K＝Us/CVD；用计算出 的校正系数K在脉宽调制运算前与脉宽调制运算因子相乘进行校正 补偿，或用计算出的校正系数K在脉宽调制运算后与求取的脉冲宽 度值相乘进行校正补偿。
2、根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述实时采样带有纹 波信号的直流母线电压瞬时值CVD，是在PWM中断服务程序中对 直流母线电压进行采样，采样频率大于3KHz。
3、根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述实时采样带有纹 波信号的直流母线电压瞬时值CVD，所用的采样频率大于被采样信 号的20倍。
4、根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述实时采样带有纹 波信号的直流母线电压瞬时值CVD包括以下步骤：对采样到的CVD 进行噪声抑制。
5、根据权利要求1所述方法，用计算出的校正系数在脉宽调制运 算前与脉宽调制运算因子相乘进行校正补偿，其特征在于：
1)对于正弦脉宽调制满足
t＝M*T*SIN(a)*K
＝(Um/Us)*T*SIN(a)*Us/CVD
＝(Um/CVD)*T*SIN(a)
其中，t为调制脉冲宽度时间，T为载波周期，(a)为当前载 波时的角度，M为调制比且M＝Um/Us，Um是设定输出电压的幅值。 2)对于空间矢量调制满足：
t1＝M*T*SIN(60°-a)*K
＝(Um/Us)*T*SIN(60°-a)*Us/CVD
＝(Um/CVD)*T*SIN(60°-a)
t2＝M*T*SIN(a)*K
＝(Um/Us)*T*SIN(a)*Us/CVD
＝(Um/CVD)*T*SIN(a)
其中，t1为空间矢量1的作用时间，t2为空间矢量2的作用时间， T为载波周期，(a)为当前载波时扇区内的角度，M为调制比且M＝ Um/Us，Um是设定输出电压的幅值。
6、根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述用计算出的校 正系数K在脉宽调制运算后与求取的脉冲宽度值相乘进行校正补偿 过程中，满足：t＝t′*K以及t′＝M*T*SIN(a)，其中，t′为脉宽调 制运算后校正补偿前的脉冲宽度值，T为载波周期，(a)为当前载波 时的角度，M为调制比。
7、一种纹波幅度调制补偿装置，其特征在于，包括：母线电压采 样单元，根据母线电压采样单元输出的直流母线电压瞬时值CVD计 算校正系数K的校正系数计算单元，以及根据来自所述校正系数计 算单元给出的校正系数对PWM进行校正的校正单元。
8、根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述母线电压采样单 元包括一个对采样到的带纹波信号进行噪声抑制的降噪单元。
9、根据权利要求7或8所述装置，其特征在于，所述校正系数计 算单元是计算额定直流母线电压值Us与所述降噪单元输出的CVD 之比Us/CVD的计算装置。
10、根据权利要求9所述装置，其特征在于，所述校正单元是乘 法器，所述乘法器的一个输入为来自所述校正系数计算单元的校正系 数K，另一个输入为校正前的脉宽调制因子调制比，而所述乘法器输出 的校正输出为校正后的脉宽调制因子，所述脉宽调制因子可以是载波 周期、调制比、正弦值、调制比与载波周期与正弦值乘积。
技术领域
本发明涉及电力控制技术，更具体地说，涉及一种用于在电力电 子设备中校正由于直流母线电压的纹波对逆变器输出PWM脉冲进行 幅度调制导致的脉冲宽度调制失真的方法和装置，更具体地说，涉及 一种对纹波幅度调制进行补偿的方法和装置。
背景技术
t＝T*M*SIN(a) (1) 其中：
t：调制脉冲宽度时间；
T：载波周期；
M：调制比
(a)：当前载波时的角度
对于空间矢量脉宽调制，扇区内任一载波周期内的脉宽调制计算 公式为：
t1＝T*M*SIN(60-a) (2)
t2＝T*M*SIN(a) (3) 其中：
t1：空间矢量1的作用时间；
t2：空间矢量2的作用时间；
T：载波周期；
M：调制比；
(a)：当前载波时扇区内的角度
上述算法公式中，M为调制比，是系统根据输出电压输出频率的 线形对应关系提供的调制深度指令，在系统设定的输出电压输出频率 不变时M保持不变。M不具有实时的意义。M的物理意义是设定输 出电压的幅值与额定直流母线电压的比，M＝Um/Us。当进行脉宽调 制运算时，脉宽调制算法只根据系统的输出电压的设置Um一个因素 计算输出脉冲的宽度，当母线电压波动时，脉冲宽度得不到纠正，输 出偏离计算值，出现波动。在直流母线电压恒定的条件下，按照上述 算法公式控制变频器的逆变器进行脉宽调制，输出频率、电压可控的 三相交流电压。但当直流母线电压变化时，仍然按照上述算法进行脉 宽调制时，变化的直流母线电压会带来输出失真。上述直流母线电压 的变化包括输入电压的波动引起的直流母线电压平均值的改变，该种 变化是宏观上的变化，在逆变器进行脉宽调制时，在某个时间段内各 个载波周期基本可以认为直流母线电压是相同的，只是不同时间段的 直流母线电压的高低不同，该种变化导致变频器输出电压波动，目前 大多采用AVR(自动电压提升)方式保证变频器输出稳定；上述直 流母线电压的变化还包括直流母线电容充放电引起的纹波变化，该种 变化导致在每个纹波周期内的各个载波周期，直流母线电压都是不同 的，纹波变化改变了每个载波周期进行的脉宽调制的结果，产生纹波 幅度调制效应，使输出与理论值发生误差，导致变频器输出脉宽调制 失真，输出波形畸变，现有变频器没有针对纹波幅度调制进行补偿的 技术，而纹波变化是始终存在的，只是大小不同而已。实际上，这种 控制方式，在三相整流时，在直流母线滤波电容很大、直流母线纹波 较小情况下，对输出影响不大，但在单相整流时，由于整流器向直流 母线滤波电容充电的频率降低了3倍，导致直流母线电压纹波增大， 对输出PWM波产生严重的纹波幅度调制效应，使正弦脉冲宽度调制 或空间矢量脉冲宽度调制严重失真，输出电压、电流波形畸变，能耗 增大，输出电流振荡，使变频器驱动性能下降，给变频器在单相电源 领域内的应用，特别是家用电器、设备领域的应用带来了不利影响。
现有变频器及基于变频器的逆变器和不间断电源等均没有采取针 对直流母线纹波幅度调制效应的校正技术。如果不考虑其PWM中断 中脉宽调制以外的其它功能，则现有技术中的PWM中断处理流程可 简单描述如图1所示，即直接进行脉宽调制。
发明内容
按照本发明提供的纹波幅度调制补偿方法，包括以下步骤：实时 采样带有纹波信号的直流母线电压瞬时值CVD；根据采样到的CVD 和额定直流母线电压值Us计算校正系数K＝Us/CVD；用计算出的校 正系数K在脉宽调制运算前与脉宽调制运算因子相乘进行校正补偿， 或用计算出的校正系数K在脉宽调制运算后与求取的脉冲宽度值相 乘进行校正补偿。
在上述按照本发明提供的方法中，所述实时采样带有纹波信号的 直流母线电压瞬时值CVD，是在PWM中断服务程序中对直流母线 电压进行采样，采样频率大于3KHz。
在上述按照本发明提供的方法中，所述实时采样带有纹波信号的 直流母线电压瞬时值CVD，所用的采样频率大于被采样信号的20倍。
在上述按照本发明提供的方法中，所述实时采样带有纹波信号的 直流母线电压瞬时值CVD包括以下步骤：对采样到的CVD进行噪 声抑制。
在上述按照本发明提供的方法中，用计算出的校正系数在脉宽调制 运算前与脉宽调制运算因子相乘进行校正补偿：
1)对于正弦脉宽调制满足
t＝M*T*SIN(a)*K
＝(Um/Us)*T*SIN(a)*Us/CVD
＝(Um/CVD)*T*SIN(a)
其中，t为调制脉冲宽度时间，T为载波周期，(a)为当前载 波时的角度，M为调制比且M＝Um/Us，Um是设定输出电压的幅值。
2)对于空间矢量调制满足
t1＝M*T*SIN(60°-a)*K
＝(Um/Us)*T*SIN(60°-a)*Us/CVD
＝(Um/CVD)*T*SIN(60°-a)
t2＝M*T*SIN(a)*K
＝(Um/Us)*T*SIN(a)*Us/CVD
＝(Um/CVD)*T*SIN(a)
其中，t1为空间矢量1的作用时间，t2为空间矢量2的作用时间， T为载波周期，(a)为当前载波时扇区内的角度，M为调制比且M＝ Um/Us，Um是设定输出电压的幅值。
按照上述补偿算法，当对脉宽调制算法施加了补偿后，脉宽调制 算法的调制比变为Um/CVD，物理意义是设定输出电压的幅值与当前 实时采样的直流母线电压CVD的比。这样，脉宽调制算法就是根据 系统的输出电压的设置和直流母线的变化两个因素实时计算输出脉 冲的宽度，使输出电压稳定，不受母线电压波动，特别是母线电压纹 波带来的波动的影响。
在上述按照本发明提供的方法中，用计算出的校正系数K在脉宽 调制运算后与求取的脉冲宽度值相乘进行校正补偿，满足：t＝t′*K， 以及t′＝M*T*SIN(a)，其中，t′为脉宽调制运算后校正补偿前的 脉冲宽度值，T为载波周期，(a)为当前载波时的角度，M为调制 比。
按照本发明提供一种纹波幅度调制补偿装置，包括：母线电压采 样单元，根据母线电压采样单元输出的直流母线电压瞬时值CVD计 算校正系数K的校正系数计算单元，以及根据来自所述校正系数计 算单元给出的校正系数对PWM进行校正的校正单元。
在上述按照本发明提供的纹波幅度调制补偿装置中，所述母线电 压采样单元包括一个对采样到的带纹波信号进行噪声抑制的降噪单 元。
在上述按照本发明提供的纹波幅度调制补偿装置中，所述校正系 数计算单元是计算额定直流母线电压值Us与所述降噪单元输出的 CVD之比Us/CVD的计算装置。
在上述按照本发明提供的纹波幅度调制补偿装置中，所述校正单 元是乘法器，所述乘法器的一个输入为来自所述校正系数计算单元的 校正系数K，另一个输入为校正前的脉宽调制因子调制比，而所述乘法 器输出的校正输出为校正后的脉宽调制因子，所述脉宽调制因子可以 是载波周期、调制比、正弦值、调制比与载波周期与正弦值乘积。
实施按照本发明提供的纹波幅度调制补偿方法和装置，针对现有 变频器硬件母线电压采样电路进行修改，通过减小滤波时间常数，使 之包含母线纹波信号，通过软件实时采样母线纹波，在进行正弦脉宽 调制或空间矢量脉宽调制时，根据当前母线纹波的大小，或者在脉宽 调制运算前，对脉宽调制因子进行实时校正，在脉宽调制运算时，补 偿了母线纹波对输出PWM波产生的幅度调制效应，或者在脉宽调制 运算后，对脉冲宽度值进行校正，纠正了母线纹波幅度调制导致的正 弦脉冲宽度调制或空间矢量宽度调制失真问题，使输出电流失真度大 大下降，输出电流振荡大大减小，同时输出电流下降，变频器输出驱 动性能提高。从而解决了单相变频器电流振荡问题，同时可降低母线 滤波电容的容量，降低了成本和体积。
附图说明
图1是现有技术PWM处理过程示意图；
图2是按照本发明方法第一实施例的PWM处理流程图；
图3是按照本发明方法第二实施例的PWM处理流程图；
图4是按照本发明方法第三实施例的PWM处理流程图；
图5是按照本发明方法第四实施例的PWM处理流程图；
图6是现有技术变频器输出电流波形示意图；
图7是利用本发明方法和装置实现的变频器的输出电流波形示意 图。
具体实施方式
t＝T*SIN(a)*Um/CVD
＝T*SIN(a)*[Um/Us]*Us/CVD
＝T*SIN(a)*M*Us/CVD
＝T*M*SIN(a)*Us/CVD (4)
其中：
t：调制脉冲宽度时间；
T：载波周期；
M：调制比，M＝Um/Us，未考虑直流母线纹波，按压频曲线求取；
(a)：当前载波时的角度；
Um：设定输出电压的幅值；
CVD：当前载波周期实时采样到的直流母线电压瞬时值；
Us：额定输入电压下直流母线的电压值；
空间矢量脉宽调制实时脉宽调制算法公式如下：
t1＝T*SIN(60-a)*Um/CVD
＝T*SIN(60-a)*[Um/Us]*Us/CVD
＝T*SIN(60-a)*M*Us/CVD
＝T*M*SIN(60-a)*Us/CVD (5)
t2＝T*SIN(a)*Um/CVD
＝T*SIN(a)*[Um/Us]*Us/CVD
＝T*SIN(a)*M*Us/CVD
＝T*M*SIN(a)*Us/CVD (6)
其中：
t1：空间矢量1的作用时间；
t2：空间矢量2的作用时间；
T：载波周期；
M：调制比，M＝Um/Us，未考虑直流母线纹波，按压频曲线 求取；
(a)：当前载波时扇区内的角度；
Um：设定输出电压的幅值；
CVD：当前载波周期实时采样到的直流母线电压瞬时值；
Us：额定输入电压下直流母线的电压值；
公式4、5、6中含有的公共项Us/CVD称校正系数。可见，对原 有公式1、2、3乘校正系数，就实现了对直流母线纹波波动的补偿。
M、T、M*T均称为脉宽调制因子。
在图2示出的第一实施例中，包括采样母线电压CVD、噪声抑制、 校正调制比、脉宽调制等4个环节。在进2PWM中断程序时，首先 在框201中采样母线电压，采样速度大于3KHz，具体就是将经过转 换的直流母线电压信号模拟量，用A/D转换为数据后，读入到处理 器中，要求A/D转换精度在8位以上。由于要求采样信号实时反映 纹波信号，因此要求该信号电路延时不大于100μS。该母线电压采 样电路应能够实时反映母线纹波信号，然后，在框202中对采样信号 进行简易滤波处理，抑制噪声；在框203中，用处理后母线电压值重 新求取调制比，就完成了对母线纹波的补偿，补偿后的调制比供脉宽 调制算法运算(框204)使用，由于调制比在每个载波已经进行了实 时纹波补偿，使得输出的PWM波形可以克服纹波幅度调制的影响。 图2是通过对脉宽调制因子的调制比M进行校正，来实现补偿。
图3示出通过校正载波周期来实现纹波补偿的第二实施例的流程 图。与图2实施例不同的是，是以载波周期T作为需要校正的脉宽调 制因子，实现补偿。
图4示出通过校正调制比*载波周期来实现纹波补偿的第三实施 例的流程图。其中，以M*T即以调制比*载波周期作为脉宽调制因子 进行补偿。
图5示出分别校正三相输出的脉冲的占空比来实现纹波补偿的第 四实施例的流程图。与前三个实施例相比，实现方式有不同。在脉宽 调制时，输出的脉冲宽度数据未经过纹波幅度补偿，而是在该数据送 往脉宽调制脉冲发生器前，再根据当前的纹波值再校正。
前述实施例中，CVD均指含有纹波信号的直流母线电压实时采样 值；电压额定值是指变频器额定输入情况下的直流母线电压值；四个 实施例中的校正系数均表示为“额定直流母线电压值/CVD”，具体实 施时可能会有变通，但本发明的关键点是认识到纹波的幅度调制效应 并根据纹波的变化调整脉冲宽度调制器输出的脉冲的宽度从而补偿 纹波带来的幅度调制。
若主程序循环时间很短，例如，小于1mS，也可以直接在主程序 中而不是在PWM中断程序中对调制比、载波周期或调制比与载波周 期的乘积进行校正以实现纹波补偿功能。
在变频器满载的条件下，图6示出现有技术变频器输出电流波形 图，图7示出利用本发明方法和装置实现的变频器的输出电流波形 图。从中可见，通过实施本发明提供的方法和装置，可有效减小逆 变器输出波形的振荡，具体体现在电流失真度大大降低。采用功率分 析仪PM3300进行对比分析，验证了在同样硬件环境下，采用本发明 后，与本发明样本相比和与硬件环境较好的比较样本相比均取得了良 好的控制效果，电流失真度明显下降，输出电流降低，而负载转矩是 相同的。
毫无疑问，本发明的方法和装置，不仅可用于变频器中，还可 以应用于基于变频器的逆变器、不间断电源(UPS)系统以及需 要对母线纹波需要对母线纹波产生脉宽调制失真进行补偿的任 何环节。本说明书示出的例子，仅为本发明原理的示例性表述而 不构成任何限定，本领域技术人员根据本发明的示例性表述及教 导而对本发明实施方面的任何变形，均为本发明保护范围。
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