阅读说明：本技术 电容的放电方法、装置、系统和存储介质 (Capacitor discharging method, device and system and storage medium ) 是由 冯江华 梅文庆 连国一 文宇良 李程 黄佳德 郑汉锋 曾小凡 杨帆 胡亮 胡仙 于 2020-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电容的放电方法、装置、系统和存储介质,方法包括：若接收到放电指令,获取永磁电机的转子位置角和永磁电机的输出电流；根据永磁电机的输出电流和给定放电电流幅值,确定永磁电机的矢量控制中的矢量电压的校准电压幅值；通过校准电压幅值和转子位置角,对输出电流对应的输出电压进行调节,得到目标电压；基于目标电压,生成矢量电压,以使永磁电机在矢量电压的控制下,对电容进行放电。采用本发明的技术方案,能够在电流采样出现零飘过大或者反馈不准确的情况下,保证交轴电流为0,直轴电流不为0,提高了永磁电机维持静止状态的鲁棒性,进而提高了放电可靠性。(The invention discloses a method, a device and a system for discharging a capacitor and a storage medium, wherein the method comprises the following steps: if a discharge instruction is received, acquiring a rotor position angle of the permanent magnet motor and an output current of the permanent magnet motor; determining a calibration voltage amplitude of a vector voltage in vector control of the permanent magnet motor according to the output current of the permanent magnet motor and a given discharge current amplitude; adjusting output voltage corresponding to the output current through calibrating the voltage amplitude and the rotor position angle to obtain target voltage; and generating a vector voltage based on the target voltage so that the permanent magnet motor discharges the capacitor under the control of the vector voltage. By adopting the technical scheme of the invention, the quadrature axis current is ensured to be 0 and the direct axis current is not 0 under the condition that zero drift is too large or the feedback is inaccurate in current sampling, so that the robustness of the permanent magnet motor in a static state is improved, and the discharge reliability is further improved.)

电容的放电方法、装置、系统和存储介质

技术领域

本发明属于电容放电技术领域，具体涉及一种电容的放电方法、装置、系统和存储介质。

背景技术

在具有大功率电力电子设备的供电系统中，如电力牵引系统，为了稳定中间电压的波动，及实现对能量起一定的缓冲功能，往往都会在供电系统中加入一种无源元件，即中间电容。这种中间电容不仅能够实现电压滤波，还能够起到电量存储的作用。但是，系统断电后，中间电容会自然放电，以将中间电容存储的电能进行消耗，但是，在中间电容进行放电消耗电能过程中，系统仍然带电，影响系统正常使用，如系统带电时，人为无法靠近检修。

现有技术中，可以利用永磁电机定子内阻小、可通大电流的特点，对中间电容进行主动放电。通常情况下，可以对永磁电机的输出电流进行坐标变换得到直轴电流和交轴电流后，基于电流闭环原理，分别针对直轴电流和交轴电流给定相应的参考电流，使得交轴电流为0，直轴电流不为0，以保持永磁电机的定子电流矢量与转子磁链矢量方向一致，两者互相作用不会产生电磁转矩，这样，在对中间电容进行放电时，尽量维持永磁电机处于静止状态。

但是，在一些情况下，对永磁电机的输出电流进行采样时，可能出现零飘过大或者反馈不准确的情况，造成得到的直轴电流和交轴电流不准确，这样，在分别针对直轴电流和交轴电流给定相应的参考电流时，电流采样时不正确的，造成交轴电流实际不等于0，这种情况下，定子电流矢量与转子磁链矢量方向则不一致，两者互相作用会产生电磁转矩，造成永磁电机出现抖动现象，从而无法达到维持电机处于静止状态的预期效果。因此，现有技术中对中间电容进行放电时，永磁电机维持静止状态的鲁棒性较低，导致放电可靠性较差。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种电容的放电方法、装置、系统和存储介质，以解决现有技术中对电容进行放电时，永磁电机维持静止状态的鲁棒性较低，导致放电可靠性较差的问题。

针对上述问题，本发明提供了一种电容的放电方法，应用于永磁电机的控制设备中，包括：

若接收到放电指令，获取所述永磁电机的转子位置角和所述永磁电机的输出电流；

根据所述永磁电机的输出电流和给定放电电流幅值，确定所述永磁电机的矢量控制中的矢量电压的校准电压幅值；

通过所述校准电压幅值和所述转子位置角，对所述输出电流对应的输出电压进行调节，得到目标电压；

基于所述目标电压，生成所述矢量电压，以使所述永磁电机在所述矢量电压的控制下，对所述电容进行放电。

进一步地，上述所述的电容的放电方法中，根据所述永磁电机的输出电流和给定放电电流幅值，确定所述永磁电机的矢量控制中的矢量电压的校准电压幅值，包括：

对所述输出电流进行坐标变换得到α轴电流和β轴电流；

对所述α轴电流和所述β轴电流进行计算，得到反馈电流幅值；

对所述反馈电流幅值和所述给定放电电流幅值进行比例积分控制，得到所述校准电压幅值。

进一步地，上述所述的电容的放电方法中，所述通过所述校准电压幅值和所述转子位置角，对所述输出电流对应的输出电压进行调节，得到目标电压，包括：

在所述转子位置角的约束下，对所述校准电压幅值进行坐标分解，得到第一校准电压和第二校准电压；

利用所述第一校准电压对直轴电流对应的交轴电压进行调节，得到大于0的目标交轴电压；

利用所述第二校准电压对交轴电流对应的直轴电压进行调节，得到等于0的目标直轴电压；

对应地，基于所述目标电压，生成所述矢量电压，包括：

对所述目标直轴电压和所述目标交轴电压进行反变换，得到所述矢量电压。

进一步地，上述所述的电容的放电方法，还包括：

获取所述电容的电压；

若检测到所述电压小于预设的电压阈值，结束放电。

本发明还提供一种电容的放电装置，应用于永磁电机的控制设备中，包括：

获取模块，用于若接收到放电指令，获取所述永磁电机的转子位置角和所述永磁电机的输出电流；

确定模块，用于根据所述永磁电机的输出电流和给定放电电流幅值，确定所述永磁电机的矢量控制中的矢量电压的校准电压幅值；

调节模块，用于通过所述校准电压幅值和所述转子位置角，对所述输出电流对应的输出电压进行调节，得到目标电压；

控制模块，用于基于所述目标电压，生成所述矢量电压，以使所述永磁电机在所述目标矢量电压的控制下，对所述电容进行放电。

进一步地，上述所述的电容的放电装置中，所述确定模块，具体用于：

对所述输出电流进行坐标变换得到α轴电流和β轴电流；

对所述α轴电流和所述β轴电流进行计算，得到反馈电流幅值；

对所述反馈电流幅值和所述给定放电电流幅值进行比例积分控制，得到所述校准电压幅值。

进一步地，上述所述的电容的放电装置中，所述调节模块，具体用于：

在所述转子位置角的约束下，对所述校准电压幅值进行坐标分解，得到第一校准电压和第二校准电压；

利用所述第一校准电压对直轴电流对应的交轴电压进行调节，得到大于0的目标交轴电压；

利用所述第二校准电压对交轴电流对应的直轴电压进行调节，得到等于0的目标直轴电压；

所述生成模块，具体用于：

对所述目标直轴电压和所述目标交轴电压进行反变换，得到所述矢量电压。

进一步地，上述所述的电容的放电装置中，所述控制模块，还用于获取所述电容的电压；若检测到所述电压小于预设的电压阈值，结束放电。

本发明还提供一种电容的放电系统，包括永磁电机和控制设备；

所述永磁电机分别与所述控制设备和电容相连；

所述控制设备用于执行如上谷任一所述的电容的放电方法。

本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被控制器执行时实现如上任一项所述方法的步骤。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明的电容的放电方法、装置、系统和存储介质，若接收到放电指令，通过获取永磁电机的转子位置角和永磁电机的输出电流；并根据永磁电机的输出电流和给定放电电流幅值，确定永磁电机的矢量控制中的矢量电压的校准电压幅值后，即可将矢量电压对应的电流幅值和位置角作为直接控制量，对输出电流对应的输出电压进行调节，最终得到矢量电压，以使永磁电机在在矢量电压的控制下，对电容进行放电。采用本发明的技术方案，能够在电流采样出现零飘过大或者反馈不准确的情况下，保证交轴电流为0，直轴电流不为0，提高了永磁电机维持静止状态的鲁棒性，进而提高了放电可靠性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的电容的放电方法实施例的流程图；

图2为本发明的电容的放电装置实施例的结构示意图；

图3为本发明的电容的放电系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

图1为本发明的电容的放电方法实施例的流程图，该电容的放电方法应用于永磁电机的控制设备中，该电机的控制设备优选为应用于电力牵引系统中，这样可以实现车辆停车放电。如图1所示，本实施例的电容的放电方法具体可以包括如下步骤：

100、若接收到放电指令，获取永磁电机的转子位置角和永磁电机的输出电流；

在一个具体实现过程中，当供电系统断电后，供电系统的总控系统会生成放电指令，并将该指令发送给永磁电机的控制设备，这样，永磁电机的控制设备可以获取到永磁电机的转子位置角和永磁电机的输出电流。例如，可以通过电流传感器获取永磁电机的输出电流，可以通过速度传感器获取转子的转速和转子位置角。这样，可以将永磁电机的输出电流和转子位置角作为永磁电机的输入控制参数。

101、根据永磁电机的输出电流和给定放电电流幅值，确定永磁电机的矢量控制中的矢量电压的校准电压幅值；

在实际应用中，用户可以根据实际放电需求输入相应的放电电流，这样控制设备可以根据该放电电流得到给定放电电流幅值，作为永磁电机的一个输入控制参数。例如，用户如需要快速放电，可以得到较大的给定放电电流幅值，若用户不需要较快的放电，可以得到较小的给定放电电流幅值。

在一个具体实现过程中，永磁电机的矢量控制最终由矢量电压进行控制，因此，本实施例中，在得到永磁电机的输出电流后，可以对输出电流进行坐标变换得到α轴电流和β轴电流。例如，可以对输出电流进行Clark变换，得到α轴电流和β轴电流，并对α轴电流和β轴电流进行合成计算，以得到能够反映永磁电机输出电压的反馈电流幅值，并对反馈电流幅值和给定放电电流幅值进行比例积分控制，得到校准电压幅值，以便后续利用得到的校准电压幅值得到永磁电机的矢量控制中的矢量电压。这样，即使因为对永磁电机的输出电流进行采样时，出现较大零飘或者采样精度不准，导致得到的反馈电流幅值有偏差，也能保证后续得到的矢量电压也是一个准确的数据。

102、通过校准电压幅值和转子位置角，对输出电流对应的输出电压进行调节，得到目标电压；

具体地，由于真实的电流是由电压决定的，所以本实施例利用校准电压幅值作为控制量，并可以在转子位置角的约束下，对校准电压幅值进行坐标分解，得到第一校准电压和第二校准电压；利用第一校准电压对直轴电流对应的交轴电压进行调节，得到大于0的目标交轴电压；利用第二校准电压对交轴电流对应的直轴电压进行调节，得到等于0的目标直轴电压；

这样，由于转子位置角的约束，可以保证电流磁场方向与转子磁场方向一致，且将得到的矢量电压作用在永磁电机后，可以使得永磁电机的输出电流对应的交轴电压不为0，永磁电机的输出电流对应的直轴电压为0，从而保证在对永磁电机的输出电流进行采样时，即使出现较大零飘或者采样精度不准时，仍能保证交轴电流为0，直轴电流不为0。

具体地，直轴电压可以由计算式(1)计算得到：

U_d＝R_si_d-w_eL_qi_q (1)

交轴电压可以由计算式(2)计算得到

L U_q＝R_si_q+ωL_di_d+ωφ_f (2)

电磁转矩可以由计算式(3)计算得到

其中，U_d为直轴电压，R_s为定子电阻，i_d为直轴电流，w_e为定子频率，L_d为直轴电感，i_q为交轴电流，T_e为电磁转矩，

为转子磁链。

由于定子电阻的阻值很小，可以将定子电阻的阻值记为0，因此，根据上述计算式可知，当U_d＝0，U_q≠0时，必然有i_q＝0且i_d≠0时，对应的输出的电磁转矩T_e＝0，因此，本实施例中，可以通过直接控制直轴电压和交轴电压，得到大于0的目标交轴电压和等于0的目标直轴电压，实现对直轴电流和交轴电流的控制，最终可以保持永磁电机的定子电流矢量与转子磁链矢量方向一致，两者互相作用不会产生电磁转矩，也就是说，电机不会产生抖动，始终能够处于静止状态。

103、基于目标电压，生成矢量电压，以使永磁电机在目标矢量电压的控制下，对电容进行放电。

具体地，可以对目标直轴电压和目标交轴电压进行反变换，得到矢量电压。例如，可以对目标直轴电压和目标交轴电压进行反Clark变换，得到矢量电压。其中，矢量电压可以根据计算式(4)得到：

其中，U_s为矢量电压，U_alfa为目标直轴电压，U_beta目标交轴电压。

在得到矢量电压后，可以使永磁电机在矢量电压的控制下，对电容进行放电，这样可以不再依赖电流采样的精度，实现真正的零电磁转矩放电，且可以不需要任何外加设备，利用已有的永磁电机作为控制对象，即可实现对电容放电，且放电电流可调。

本实施例的电容的放电方法，若接收到放电指令，通过获取永磁电机的转子位置角和永磁电机的输出电流；并根据永磁电机的输出电流和给定放电电流幅值，确定永磁电机的矢量控制中的矢量电压的校准电压幅值后，即可将矢量电压对应的电流幅值和位置角作为直接控制量，对输出电流对应的输出电压进行调节，最终得到矢量电压，以使永磁电机在在矢量电压的控制下，对电容进行放电。采用本发明的技术方案，能够在电流采样出现零飘过大或者反馈不准确的情况下，保证交轴电流为0，直轴电流不为0，提高了永磁电机维持静止状态的鲁棒性，进而提高了放电可靠性。

进一步地，上述实施例中，在对电容放电过程中，可以实时获取电容的电压；若检测到电容的电压小于预设的电压阈值，可以结束放电。

需要说明的是，本发明实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本发明实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成的方法。

图2为本发明的电容的放电装置实施例的结构示意图，该电容的放电装置优选为应用于永磁电机的控制设备中。如图2所示，本实施例的电容的放电装置包括获取模块20、确定模块21、调节模块22和控制模块23。

获取模块20，用于若接收到放电指令，获取永磁电机的转子位置角和永磁电机的输出电流；

确定模块21，用于根据永磁电机的输出电流和给定放电电流幅值，确定永磁电机的矢量控制中的矢量电压的校准电压幅值；

具体地，对输出电流进行坐标变换得到α轴电流和β轴电流；对α轴电流和β轴电流进行计算，得到反馈电流幅值；对反馈电流幅值和给定放电电流幅值进行比例积分控制，得到校准电压幅值。调节模块22，用于通过校准电压幅值和转子位置角，对输出电流对应的输出电压进行调节，得到目标电压；

具体地，在转子位置角的约束下，对校准电压幅值进行坐标分解，得到第一校准电压和第二校准电压；利用第一校准电压对直轴电流对应的交轴电压进行调节，得到大于0的目标交轴电压；利用第二校准电压对交轴电流对应的直轴电压进行调节，得到等于0的目标直轴电压。

控制模块23，用于基于目标电压，生成矢量电压，以使永磁电机在目标矢量电压的控制下，对电容进行放电。

具体地，对目标直轴电压和目标交轴电压进行反变换，得到矢量电压。

本实施例的电容的放电装置，若接收到放电指令，通过获取永磁电机的转子位置角和永磁电机的输出电流；并根据永磁电机的输出电流和给定放电电流幅值，确定永磁电机的矢量控制中的矢量电压的校准电压幅值后，即可将矢量电压对应的电流幅值和位置角作为直接控制量，对输出电流对应的输出电压进行调节，最终得到矢量电压，以使永磁电机在在矢量电压的控制下，对电容进行放电。采用本发明的技术方案，能够在电流采样出现零飘过大或者反馈不准确的情况下，保证交轴电流为0，直轴电流不为0，提高了永磁电机维持静止状态的鲁棒性，进而提高了放电可靠性。

进一步地，上述实施例中，控制模块23，还用于获取所述电容的电压；若检测到所述电压小于预设的电压阈值，结束放电。

需要说明的是，上述实施例的装置用于实现前述实施例中相应的方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

图3为本发明的电容的放电系统实施例的结构示意图，如图3所示，本实施例的电容的放电系统包括永磁电机30和控制设备31；其中，永磁电机30分别与控制设备31和电容相连。控制设备31用于执行上述实施例的电容的放电方法。

为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例提供了一种存储介质。

本发明实施例提供的存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块32中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。