一種三電平交直交變頻器直流母線過壓保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及=電平背靠背式變頻器的控制領(lǐng)域，特別是提供了一種基于有源阻尼 的S電平交直交變頻器直流母線過壓保護(hù)方法，適用于帶有源整流的AC-DC-AC電壓源型 變頻器，在變頻器主回路沒有硬件電路過壓保護(hù)的情況下，提供了一種防止直流母線過壓 的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)的=電平背靠背式變頻器的直流母線過壓保護(hù)采用可控開關(guān)器件和放電電 阻，通過導(dǎo)通開關(guān)器件，讓直流母線電容的電荷通過放電電阻泄放。如圖1所示，當(dāng)直流母 線電容Cl的電壓超過設(shè)定電壓時，導(dǎo)通Sl，通過Rl放電；當(dāng)直流母線電容C2的電壓超過 設(shè)定電壓時，導(dǎo)通S2,通過R2放電。運(yùn)種直流母線過電壓的保護(hù)方法，控制簡單。但是在大 功率的交直交變頻器中，放電電阻的功率很大，散熱量很大，需要充分考慮安裝空間，散熱 空間等問題，在一些受空間限制、散熱條件限制的場合，實(shí)現(xiàn)比較困難。如礦用變頻器，由于 防爆要求，柜體密封性好，散熱條件有限，并且安裝空間受到限制不能安裝大功率的放電電 阻。
[0003] 當(dāng)變頻器拖動的電機(jī)快速制動時，能量通過變頻器的逆變單元從電機(jī)回饋到變頻 器的直流母線，直流母線電壓再通過變頻器的整流單元回饋到電網(wǎng)。直流母線電壓受整流 單元的控制，當(dāng)直流母線電壓高于設(shè)定值時，整流電壓環(huán)的電壓調(diào)節(jié)器通過對直流母線電 壓的調(diào)節(jié)，將能量回饋到電網(wǎng)。但是控制系統(tǒng)中電壓環(huán)的控制響應(yīng)相對較慢。假設(shè)電壓環(huán) 的響應(yīng)速度為1ms，當(dāng)電機(jī)快速制動時，在Ims內(nèi)電壓環(huán)還沒有響應(yīng)，而直流母線電壓快速 沖高，導(dǎo)致系統(tǒng)過壓停機(jī)，有可能導(dǎo)致直流母線電容的損壞。
[0004] 在整流側(cè)的雙閉環(huán)系統(tǒng)中，電流環(huán)在控制系統(tǒng)里面屬于內(nèi)環(huán)，要比電壓環(huán)快一個 數(shù)量級W上，假設(shè)電流環(huán)的響應(yīng)時間是lOOus，比電壓環(huán)快1個數(shù)量級。于是提出了一種基 于有源阻尼的方法，響應(yīng)速度與電流環(huán)相同。從而能夠保證當(dāng)電機(jī)快速制動時，控制系統(tǒng) 能夠快速反應(yīng)，把多余的能量回饋到電網(wǎng)，可W有效降低直流母線電壓，不會使系統(tǒng)過壓停 機(jī)，保護(hù)直流母線電容的安全。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽〇化]本發(fā)明的目的在于提出一種=電平交直交變頻器直流母線過壓保護(hù)方法，不通過 硬件放電，基于軟件實(shí)現(xiàn)的可W快速響應(yīng)直流母線的過電壓的實(shí)現(xiàn)。具有精度高、響應(yīng)快， 可靠性高，直接作用于電流內(nèi)環(huán)的特點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明的具體步驟及在步驟中控制的技術(shù)參數(shù)如下：
[0007] (1)兩個直流母線反饋電壓Uei、Ue2(750V《11。1，11。2《1200V)與給定過壓值的比較 環(huán)節(jié)：兩個給定值大小相等，比較時均為反饋值減去給定值；
[0008] (2)最大值選擇環(huán)節(jié)：通過比較兩個電壓偏差的大小，選擇最大的電壓偏差作為 輸出信號；
[0009] 做電阻系數(shù)設(shè)定環(huán)節(jié)：電阻系數(shù)Kr的具體大小，可定為I. 5《3. 5,也可W 手動調(diào)制，但必須為正，Kk越大，過電壓控制效果響應(yīng)越快；KK越小，過電壓控制效果響應(yīng)越 慢；
[0010] (4)電流信號限幅環(huán)節(jié)，在電流信號Ik為負(fù)時，輸出電流信號一直為0,在IK為正 時，一定范圍內(nèi)山《Im。^。。為電流限幅值，大小為50A)，輸出電流信號即為IK，在 時，輸出電流信號即為限幅值Im。、；
[0011] (5)疊加到電流內(nèi)環(huán)控制環(huán)節(jié)：從有源電阻輸出的電流信號，必須疊加在電流ip 的電流內(nèi)環(huán)，并與ip的給定值這做差，生成新的ip(〇A《133A)給定值。
[001引當(dāng)電機(jī)快速制動，直流母線沖高，而電壓環(huán)來不及反應(yīng)時，通過在電流內(nèi)環(huán)給定電 流偏移量，將直流母線電容的能量回饋到電網(wǎng)。因?yàn)椴唤?jīng)過電壓外環(huán)，及外環(huán)PI控制器，響 應(yīng)速度比常規(guī)的直流母線控制快一個數(shù)量級，可W有效的防止直流母線過壓。并且運(yùn)種方 便不是通過外加的硬件電阻放電，而是一種虛擬的放電電阻，通過在電流環(huán)中給定放電電 流，將電容的電荷抽走。當(dāng)直流母線沒有快速過壓時，還是通過電壓環(huán)控制直流母線，不影 響原來系統(tǒng)的運(yùn)行。
[0013] 在=電平背靠背式變頻器沒有硬件放電電路的情況下，基于有源阻尼的直流母線 過壓保護(hù)方法，可W提高系統(tǒng)對過壓的響應(yīng)速度，有效的防止直流母線過壓。
【附圖說明】
[0014] 圖1為常規(guī)的=電平交直交變頻器示意圖。其中CUC2為直流母線電容，S1、R1、 S2、R2組成直流母線的放電回路。
[0015] 圖2為應(yīng)用該有源電阻后，不需要硬件放電回路的控制系統(tǒng)示意圖。
[0016] 圖3為傳統(tǒng)的有源整流的雙閉環(huán)控制回路的控制原理圖。
[0017] 圖4為加上本說明所提的有源電阻后的可控整流的雙閉環(huán)控制回路的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[001引在具體實(shí)施過程中，圖3中給出了采用傳統(tǒng)的硬件保護(hù)時的控制系統(tǒng)的雙閉環(huán)控 制原理。同圖3中的傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)相比，圖4雙閉環(huán)控制回路中虛線方框內(nèi)為新增 加的通過設(shè)計(jì)有源電阻來解決直流母線過電壓問題的作用原理。該有源電阻主要是通過判 斷直流母線的過電壓信號，并把過電壓信號傳送給DSP控制忍片，通過軟件響應(yīng)處理。
[0019] 例如，兩個直流母線反饋電壓信號750￥《11。1，11。2《120(^，當(dāng)超出運(yùn)一范圍時，與 給定值1200V比較，產(chǎn)生的電壓偏差信號，經(jīng)有源電阻系數(shù)Kk(1. 5《3.W作用后，產(chǎn) 生電流偏差信號，再經(jīng)一個電流限幅環(huán)節(jié)（限幅值為Im。、= 50A)，形成新的電流偏差信號， 最后疊加到電流內(nèi)環(huán)。
[0020] 在電機(jī)快速制動時，直流母線電壓迅速升高，此時，在電壓外環(huán)PI控制器還沒響 應(yīng)時，直流母線較高的電壓信號：母線中性點(diǎn)Cl電容電壓U。1或者母線中性點(diǎn)C2電容電壓 11。2,分別跟事先已給定的兩個直流母線電容過壓值咕電容過壓值UUPW，Cz電容過壓值Udt Uf)相比較，得到兩個電容電壓的偏差，AUti與Aut2,兩個電壓偏差通過一個最大值選擇器 MAX,選擇電壓偏差較大的一個，得到AUmJ言號。Aum。、電壓信號經(jīng)過一個電阻系數(shù)Kk,形 成電流調(diào)節(jié)信號Ik。Ik通過一個電流限幅環(huán)節(jié)，進(jìn)入電流環(huán)，與原來電壓環(huán)的PI控制器輸 出的電流給定信號做差，形成新的電流給定信號，進(jìn)入電流內(nèi)環(huán)控制，最后產(chǎn)生SVPWM的發(fā) 波信號，使中點(diǎn)電壓降低到給定的:。
[0021] 在電流信號限幅環(huán)節(jié)，在電流信號Ik為負(fù)時，輸出電流信號一直為0,在Ik為正時， 一定范圍內(nèi)山《Im。、，Im。、為電流限幅值），輸出電流信號即為IK，在擁，輸出電流信 號即為限幅值Im。、。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Ξ電平交直交變頻器直流母線過壓保護(hù)方法，其特征在于，具體步驟及在步驟 中控制的技術(shù)參數(shù)如下： (1) 兩個直流母線反饋電壓11。1、11。2與給定過壓值的比較環(huán)節(jié)：兩個給定值大小相等，比 較時均為反饋值減去給定值；750V《Uei，1200V; (2) 最大值選擇環(huán)節(jié)：通過比較兩個電壓偏差的大小，選擇最大的電壓偏差作為輸出 信號； (3) 電阻系數(shù)設(shè)定環(huán)節(jié)：電阻系數(shù)Κκ的具體大小，定為1. 5《3. 5,或手動調(diào)制，但 必須為正，Κκ越大，過電壓控制效果響應(yīng)越快；Κκ越小，過電壓控制效果響應(yīng)越慢； (4) 電流信號限幅環(huán)節(jié)，在電流信號In為負(fù)時，輸出電流信號一直為0,在In為正時，范 圍市《Im。、，ImJ%電流限幅值，大小為50A;輸出電流信號即為lu，在擁，輸出電流 信號即為限幅值Im。、； (5) 疊加到電流內(nèi)環(huán)控制環(huán)節(jié)：從有源電阻輸出的電流信號，必須疊加在電流ip的電 流內(nèi)環(huán)，并與ip的給定值這做差，生成新的ip給定值，0A《i 133A。
【專利摘要】一種三電平交直交變頻器直流母線過壓保護(hù)方法，屬于三電平背靠背式變頻器的控制領(lǐng)域。具體步驟為：兩個直流母線反饋電壓uc1、uc2與給定過壓值的比較：最大值選擇：電阻系數(shù)設(shè)定：電流信號限幅，疊加到電流內(nèi)環(huán)控制。適用于帶有源整流的AC-DC-AC電壓源型變頻器，在三電平背靠背式變頻器沒有硬件放電電路的情況下，基于有源阻尼的直流母線過壓保護(hù)方法，可以提高系統(tǒng)對過壓的響應(yīng)速度，有效的防止直流母線過壓。
【IPC分類】H02M1/32
【公開號】CN105406698
【申請?zhí)枴緾N201510765209
【發(fā)明人】石志學(xué), 羅曉飛, 金傳付, 路尚書, 宋克儉
【申請人】冶金自動化研究設(shè)計(jì)院
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年11月10日