一种同步机静止变频启动时中高频转子位置检测方法

技术领域

本发明属于电机拖动技术领域，尤其涉及一种同步机静止变频启动时中高频转子位置检测方法。

背景技术

在同步机启动领域中，静止变频器启动由于其启动效率高、启动过程对系统冲击小、经济性好等特点，往往是同步机启动的首选，而电流源型变频器更是大型同步机的不二选择。电流源型静止变频器在启动过程中需要实时获取高精度的同步机转子的位置以实现其逆变侧的触发，而转子位置检测高度依赖于电机的端电压和电流；实际同步机在电流源型静止变频器启动过程中电压和电流的波形因为晶闸管换相的原因恶化严重，导致转子位置检测的精度大大降低，并进一步影响控制环节。

现有技术中，针对同步机静止变频启动转子位置检测通常采用高通滤波器+低通滤波器相结合的方式对机端电压进行滤波，该种方式下滤波需要在低频和高频阶段需要采取不同的滤波参数，并通过电机本体提供转速进行相位补偿，控制复杂；而且在求解转子位置时通常采用求正切的方式抗干扰能力差，容易出现波动，导致逆变侧换相失败。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种同步机静止变频启动时中高频转子位置检测方法，在3-60Hz宽频带范围内高精度计算电机转速并自适应对机端电压电流进行滤波，然后根据滤波后的电压电流计算电机磁链并锁得同步机转子位置，实现同步机的平稳启动。

本发明采用如下的技术方案。

本发明提出了一种同步机静止变频启动时中高频转子位置检测方法，包括：

步骤1，获取电机参数和机端电气量信号；

步骤2，利用电机参数和机端电气量信号，获取αβ轴机端电压分量u

步骤3，根据动态前馈锁相环输出的中心频率ω

步骤4，利用动态前馈锁相环对滤波后机端电压进行锁相求得机端电压相角θ

步骤5，根据电机参数，滤波后电机电流i

优选地，步骤1中，电机参数包括：定子等效电感L

优选地，步骤2中，将机端线电压u

优选地，滤波后机端电压u

滤波后电机电流i

滤波后正交电流i

式中，

H

b

a

T

ω

k为滤波增益，

i

z

优选地，步骤4中，动态前馈锁相环输入为d轴机端电压u

u

式中，

θ

优选地，步骤4中，电机转速ω

式中，

k

ω

优选地，内电势e

式中，

r

ω

优选地，电机磁链ψ

式中，θ

优选地，磁链环的输入为q轴磁链ψ

ψ

式中，θ

优选地，中高频转子位置角θ

式中，

ψ

k

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明提出的方法根据电机转速自适应滤除同步机启动过程中换相所带来的电压缺口和低频时电压直流偏置，最终精准计算出运行在3Hz～60Hz同步机的转子位置。

本发明通过中心频率可变的带通滤波器对机组的电压电流进行滤波，并依据滤波后的电压电流和电机参数计算电机的磁链，最终通过变前馈宽频带锁相环对磁链进行锁相以获取高精度高频电机转子位置，为同步机启动提供转速闭环换相依据。

本发明具有控制结构简单，频率适应性宽，转子位置计算精度高，抗干扰能力强的特点。

附图说明

图1是本发明提出的一种同步机静止变频启动时中高频转子位置检测方法的流程图；

图2是本发明实施例中的主电路示意图；

图2中的附图标记说明如下：

TV1、TV2、TV3、TV4、TV5、TV6-整流桥上半桥臂的第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、第五晶闸管、第六晶闸管；

TV1’、TV2’、TV3’、TV4’、TV5’、TV6’-整流桥下半桥臂的第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、第五晶闸管、第六晶闸管；

TV1”、TV2”、TV3”、TV4”、TV5”、TV6”-逆变桥的第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、第五晶闸管、第六晶闸管；

L-平波电抗器；

图3是本发明实施例中的控制原理示意图；

图4是本发明实施例中的控制效果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、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，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明一方面提出了一种同步机静止变频启动时中高频转子位置检测方法，在同步机静止启动过程中，通过采集同步机机端电气量和其本身参数并用中高频转子位置检测方法，处理实现启动过程中实时的高精度转子位置及转速的估计，实现同步机的平滑均匀启动。

如图1所示，一种同步机静止变频启动时中高频转子位置检测方法，适用于图2所示的主电路，包括：

步骤1，获取电机参数和机端电气量信号。

图2所示的主电路中，电网经移相变压器、12脉波整流桥，平波电抗器以及6脉动逆变桥与同步机连接。其中，12脉波整流桥包括：上桥臂，下桥臂；上、下桥臂上各有6个晶闸管，6脉动逆变桥包括6个晶闸管。

其中，电机参数包括：定子等效电感L

步骤2，利用电机参数和机端电气量信号，获取αβ轴机端电压分量u

将机端线电压u

机端线电压u

/>

式中

u

电机参数标幺化处理公式如下：

式中，

z

L

ω

αβ轴机端电压分量u

步骤3，如图3所示，根据动态前馈锁相环输出的中心频率ω

其中，利用中心频率可变的二阶广义积分自适应滤波器进行滤波后，得到的电压电流的离散形式分别如下：

滤波后机端电压u

滤波后电机电流i

滤波后正交电流i

式中，

H

b

a

T

ω

k为滤波增益，

i

z

步骤4，利用动态前馈锁相环对滤波后机端电压进行锁相求得机端电压相角θ

动态前馈锁相环输入为d轴机端电压u

u

式中，

θ

中心频率ω

式中，

k

ω

步骤5，根据电机参数，滤波后电机电流i

内电势e

式中，

r

ω

利用向量旋转的方式将计算的内电势e

电机磁链ψ

式中，θ

磁链环的输入为q轴磁链ψ

ψ

高频转子位置角θ

式中，

ψ

k

如图4所示，本发明提出的方法根据电机转速自适应滤除同步机启动过程中换相所带来的电压缺口和低频时电压直流偏置，最终精准计算出运行在3Hz～60Hz同步机的转子位置。

本发明通过中心频率可变的带通滤波器对机组的电压电流进行滤波，并依据滤波后的电压电流和电机参数计算电机的磁链，最终通过变前馈宽频带锁相环对磁链进行锁相以获取高精度高频电机转子位置，为同步机启动提供转速闭环换相依据。

本发明具有适应频带宽、转子位置测量精度高以及结构简单等优势，便于实际应用。

本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

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。