專利名稱：一種高壓變頻器并網(wǎng)回饋裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓變頻器老化實(shí)驗(yàn)技術(shù)，更具體的說，涉及一種高壓變頻器并 網(wǎng)回饋裝置。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高壓變頻器廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石化、自來水、煤炭 等領(lǐng)域，節(jié)省了大量的電能，創(chuàng)造了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
為了保證產(chǎn)品的可靠性，高壓變頻器在出廠前都要進(jìn)行整機(jī)老化實(shí)驗(yàn)，即高壓變 頻器在額定電流下工作一段時間。在高壓變頻器行業(yè)內(nèi)，整機(jī)老化的負(fù)載方式主要有兩種 空電機(jī)負(fù)載和能量回饋型負(fù)載(如附圖1所示)?？针姍C(jī)負(fù)載一般是高壓變頻器拖動一臺高 壓電機(jī)，電機(jī)空載運(yùn)行，運(yùn)行時電流為電機(jī)空載電流，老化效果理想。能量回饋型負(fù)載主要 指高壓變頻器拖動原動機(jī)，由原動機(jī)拖動發(fā)電機(jī)發(fā)電，將通過四象限變頻器將電能回饋到 電網(wǎng)；此種方式雖然將能量回饋到電網(wǎng)，但是仍然有電機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的機(jī)械損耗。采用高壓 變頻器并網(wǎng)回饋裝置，可避免上述兩種整機(jī)老化存在的問題，而且操作簡單，節(jié)電率高，具 有相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)價值。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要解決的問題是提出一種新型的整機(jī)老化裝置，控制方便、適用性強(qiáng) 并且老化效率高。
本發(fā)明解決上述問題所采取的技術(shù)方案如下描述
一種高壓變頻器并網(wǎng)回饋裝置，包括進(jìn)線開關(guān)、高壓變頻器及控制系統(tǒng)、并網(wǎng)電抗 器、出線開關(guān)，其特征在于所述進(jìn)線開關(guān)與高壓變頻器相連，高壓變頻器與并網(wǎng)電抗器相 連，并網(wǎng)電抗器與出線開關(guān)相連，出線開關(guān)與進(jìn)線開關(guān)輸出端和高壓變頻器輸入端相連；所 述高壓變頻器控制系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓、高壓變頻器輸出電流進(jìn)行采樣，并對采樣信號進(jìn)行處 理，控制高壓變頻器的輸出脈沖，將能量回饋到電網(wǎng)。
所述的進(jìn)線開關(guān)，其作用為連接電網(wǎng)和高壓變頻器，當(dāng)高壓變頻器故障時進(jìn)線開 關(guān)主動分?jǐn)?，起到防止事故擴(kuò)大的保護(hù)作用。
采樣電路連接到功率回路和控制系統(tǒng)，采樣電路包括并網(wǎng)繞組的三相電壓采樣電 路、功率單元的輸出電壓采樣電路和功率單元的輸出電流采樣電路，采樣電路將各采樣信 號送到控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)對采樣信號進(jìn)行處理。
所述的高壓變頻器控制系統(tǒng)，由采樣處理及并網(wǎng)控制單元、計算單元、脈沖控制單 元、人機(jī)界面組成，控制系統(tǒng)對采樣電壓、電流進(jìn)行處理；通過同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下基于PI控 制的電流控制算法，計算得到三相參考電壓，將參考電壓輸出到脈沖控制單元，進(jìn)行脈沖管 理，生成對應(yīng)的驅(qū)動信號，驅(qū)動高壓變頻器的功率部分，從而控制高壓變頻器的輸出；人機(jī) 界面通過設(shè)置不同的參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同的老化電流控制。
所述的并網(wǎng)電抗器連接到三個功率單元的U接線端子和并網(wǎng)開關(guān)上，并網(wǎng)電抗器為三相可調(diào)電抗器，根據(jù)功率單元的電流值大小來調(diào)整電抗器感值，起到功率傳輸和濾波的作用，同時保證不同功率下功率單元輸出的電流諧波小于標(biāo)準(zhǔn)值。
所述的并網(wǎng)開關(guān)，其連接到并網(wǎng)電抗器和并網(wǎng)變壓器的繞組。并網(wǎng)開關(guān)控制由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
前述的高壓變頻器并網(wǎng)回饋裝置的控制系統(tǒng)中的控制方法，包括基于PI控制的電流控制算法，其特征在于，包括以下步驟
I)將采樣的電網(wǎng)電壓鎖相得到電網(wǎng)電壓角度Θ，將電網(wǎng)電壓、輸出電流進(jìn)行矢量解耦，得到電網(wǎng)電壓有功分量Ed、電網(wǎng)電壓無功分量E,、電網(wǎng)電流有功分量id、電網(wǎng)電流無功分量，初始電網(wǎng)電流有功分量id與有功分量給定值idMf比較，得到的差值經(jīng)PI控制器輸出；
2)輸出的電壓值與電網(wǎng)電壓有功分量Ed、iqcoL比較得到參考電壓有功分量Udraf, ω為角頻率、L為輸出電抗器電感值；
3)同樣，初始電網(wǎng)電流無功分量i,與無功分量給定值i_f比較，比較得出的差值經(jīng)PI控制器輸出，得到的電壓值與電壓無功分量E,、id L比較得到參考電壓無功分量
4)對所得的utof、Uqref進(jìn)行逆變換得到三相參考電壓；
5)脈沖控制單元根據(jù)三相參考電壓形成PWM脈沖，生成驅(qū)動信號，并驅(qū)動高壓變頻器的功率部分。
基于PI控制的電流控制算法包括以下步驟
控制系統(tǒng)通過離散化處理，得到
I)電流q軸分量PI調(diào)節(jié)步驟如下
Δ q(n)=iqref-1q(n)其中ivef為q軸電流分量的參考值，iq(n)為采樣電流的q軸尚散化分量，Aq(n)為q軸電流分量的差值。
Uqref=- (Kp Δ q (n) +Ki Σ Δ q (η)) - ω L · id+Eq 其中 Kp 為比例參數(shù)，Ki 為積分參數(shù), Σ Δ q(n)為Aq (η)的累加值。
2)電流d軸分量PI調(diào)節(jié)步驟如下
Ad(n) =idref-1d(η)其中itoef為d軸電流分量的參考值，id(n)為采樣電流的d軸尚散化分量，Δ(1(η)為d軸電流分量的差值。
Udref=-(Kp Ad(n)+Ki Σ Ad(n)) + coL · iq+Ed 其中 Kp 為比例參數(shù)，Ki 為積分參數(shù)， Σ Δ d(n)為Ad (η)的累加值。
本發(fā)明的高壓變頻器并網(wǎng)回饋裝置替代傳統(tǒng)的整機(jī)老化裝置，將能量回饋到電網(wǎng)，電網(wǎng)只補(bǔ)充很少的系統(tǒng)損耗，使電能循環(huán)利用，從而達(dá)到整機(jī)老化目的，同時又能節(jié)能降耗。另外，本發(fā)明的裝置體積小、控制方便、適用性強(qiáng)、老化效率高。
圖1傳統(tǒng)整機(jī)老化電氣原理圖2本發(fā)明電氣原理圖3控制系統(tǒng)控制原理圖4系統(tǒng)控制流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步描述
如圖2所示，本發(fā)明一種高壓變頻器并網(wǎng)回饋裝置，包括進(jìn)線開關(guān)、高壓變頻器及控制系統(tǒng)、并網(wǎng)電抗器、出線開關(guān)。
所述進(jìn)線開關(guān)與高壓變頻器相連，高壓變頻器與并網(wǎng)電抗器相連，并網(wǎng)電抗器與出線開關(guān)相連，出線開關(guān)與進(jìn)線開關(guān)輸出端和高壓變頻器輸入端相連；所述高壓變頻器控制系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓、高壓變頻器輸出電流進(jìn)行采樣，并對采樣信號進(jìn)行處理，控制高壓變頻器的輸出脈沖，將能量回饋到電網(wǎng)。
所述的進(jìn)線開關(guān)，其作用為連接電網(wǎng)和高壓變頻器，當(dāng)高壓變頻器故障時進(jìn)線開關(guān)主動分?jǐn)?，起到防止事故擴(kuò)大的保護(hù)作用。
采樣電路連接到功率回路和控制系統(tǒng)，采樣電路包括并網(wǎng)繞組的三相電壓采樣電路、功率單元的輸出電壓采樣電路和功率單元的輸出電流采樣電路，采樣電路將各采樣信號送到控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)對采樣信號進(jìn)行處理。
所述的高壓變頻器控制系統(tǒng)，由采樣處理及并網(wǎng)控制單元、計算單元、脈沖控制單元、人機(jī)界面組成，控制系統(tǒng)對采樣電壓、電流進(jìn)行處理；通過同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下基于PI控制的電流控制算法，計算得到三相參考電壓，將參考電壓輸出到脈沖控制單元，進(jìn)行脈沖管理，生成對應(yīng)的驅(qū)動信號，驅(qū)動高壓變頻器的功率部分，從而控制高壓變頻器的輸出；人機(jī)界面通過設(shè)置不同的參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同的老化電流控制。
所述的并網(wǎng)電抗器連接到三個功率單元的U接線端子和并網(wǎng)開關(guān)上，并網(wǎng)電抗器為三相可調(diào)電抗器，根據(jù)功率單元的電流值大小來調(diào)整電抗器感值，起到功率傳輸和濾波的作用，同時保證不同功率下功率單元輸出的電流諧波小于標(biāo)準(zhǔn)值。
所述的并網(wǎng)開關(guān)，其連接到并網(wǎng)電抗器和并網(wǎng)變壓器的繞 組。并網(wǎng)開關(guān)控制由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
首先，通過人機(jī)界面設(shè)置需要的老化電流，控制系統(tǒng)根據(jù)老化電流選擇并網(wǎng)電抗器的電感值。
經(jīng)過一定時間，控制系統(tǒng)閉合進(jìn)線開關(guān)，電網(wǎng)電壓經(jīng)過進(jìn)線開關(guān)至高壓變頻器。高壓變頻器輸出交流電壓?？刂葡到y(tǒng)采集并網(wǎng)開關(guān)兩側(cè)電壓，判斷兩端電壓的頻率、幅值、相位，三者關(guān)系滿足一定關(guān)系后，控制系統(tǒng)控制并網(wǎng)開關(guān)閉合，整個系統(tǒng)并網(wǎng)成功。系統(tǒng)并網(wǎng)成功后，控制系統(tǒng)根據(jù)人機(jī)界面設(shè)定的老化電流進(jìn)行電流控制。
具體控制流程如圖4所示?？刂葡到y(tǒng)采用同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下基于PI控制的電流控制算法對采集到的電網(wǎng)電壓進(jìn)行鎖相，得到電網(wǎng)電壓角度Θ ;對電壓和輸出電流進(jìn)行 dark和park變換，得到Ed、Eq, id、iq0控制系統(tǒng)通過離散化處理，將初始電流id與給定值 idref比較，得到的差值經(jīng)PI控制器輸出，輸出的電壓值與電網(wǎng)電壓有功分量Et^P 比較得到參考電壓有功分量Utof。同樣，初始電流i,與給定值i_f比較，比較得出的差值經(jīng) PI控制器輸出，得到的電壓值與電壓無功分量Eq和id ω L比較得到參考電壓無功分量Uvrf。
得到的參考電壓udraf、Uqref經(jīng)過park和clark逆變換得出ABC三相參考電壓,送往脈沖控制單元進(jìn)行脈沖分配，形成三相PWM信號。PWM信號傳輸?shù)礁邏鹤冾l器功率部分， 控制功率部分的開關(guān)器件的開通與關(guān)斷，使高壓變頻器輸出三相電壓，經(jīng)并網(wǎng)電抗器后接入電網(wǎng)，并向電網(wǎng)反饋能量。
與此同時電網(wǎng)通過進(jìn)線開關(guān)向高壓變頻器提供能量，形成能量的閉環(huán)。電網(wǎng)補(bǔ)償 整個系統(tǒng)的功率損耗。
本發(fā)明的有益效果為操作性強(qiáng)，控制性能良好，可靠性高；電能回饋率高，節(jié)能 效果顯著；占地面積小，可獨(dú)立完成整機(jī)老化實(shí)驗(yàn)，極大地提高了生產(chǎn)效率，創(chuàng)造了可觀的 經(jīng)濟(jì)價值。
權(quán)利要求
1.一種高壓變頻器并網(wǎng)回饋裝置，包括進(jìn)線開關(guān)、高壓變頻器及控制系統(tǒng)、并網(wǎng)電抗器、出線開關(guān)，其特征在于所述進(jìn)線開關(guān)與高壓變頻器相連，高壓變頻器與并網(wǎng)電抗器相連，并網(wǎng)電抗器與出線開關(guān)相連，出線開關(guān)與進(jìn)線開關(guān)輸出端和高壓變頻器輸入端相連；所述高壓變頻器控制系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓、高壓變頻器輸出電流進(jìn)行采樣，并對采樣信號進(jìn)行處理，控制高壓變頻器的輸出脈沖，將能量回饋到電網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓變頻器并網(wǎng)回饋裝置，其特征在于采樣電路連接到功率回路和控制系統(tǒng)，采樣電路包括并網(wǎng)繞組的三相電壓采樣電路、功率單元的輸出電壓采樣電路和功率單元的輸出電流采樣電路，采樣電路將各采樣信號送到控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)對采樣信號進(jìn)行處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓變頻器并網(wǎng)回饋裝置，其特征在于所述高壓變頻器控制系統(tǒng)，包括采樣處理及并網(wǎng)控制單元、計算單元、脈沖控制單元和人機(jī)界面，控制系統(tǒng)對采樣電壓、電流進(jìn)行處理；通過同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下基于PI控制的電流控制算法，計算得到三相參考電壓，將參考電壓輸出到脈沖控制單元，進(jìn)行脈沖管理，生成對應(yīng)的驅(qū)動信號，驅(qū)動高壓變頻器的功率部分，從而控制高壓變頻器的輸出；人機(jī)界面通過設(shè)置不同的參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同的老化電流控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓變頻器并網(wǎng)回饋裝置，其特征在于所述并網(wǎng)電抗器連接到三個功率單元的U接線端子和并網(wǎng)開關(guān)上，并網(wǎng)電抗器為三相可調(diào)電抗器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓變頻器并網(wǎng)回饋裝置，其特征在于所述并網(wǎng)開關(guān)連接到并網(wǎng)電抗器和并網(wǎng)變壓器的繞組。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓變頻器并網(wǎng)回饋裝置，其特征在于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下基于PI控制的電流控制算法包括以下步驟控制系統(tǒng)通過離散化處理，得到1)電流q軸分量PI調(diào)節(jié)步驟如下Δ q(n) = iqref-1q(η)其中i—f為q軸電流分量的參考值，iq(n)為采樣電流的q軸離散化分量，Aq(η)為q軸電流分量的差值；Uqref=-(KpAq(n)+Ki Σ Aq(n))-coL · id+Eq 其中 Kp 為比例參數(shù)，Ki 為積分參數(shù)， Σ Δ q(n)為Aq (η)的累加值；2)電流d軸分量PI調(diào)節(jié)步驟如下Ad (n) =idref-1d(η)其中idMf為d軸電流分量的參考值，id(n)為采樣電流的d軸離散化分量，Ad(n)為d軸電流分量的差值；Udref=-(KpAd(n)+Ki Σ Ad(n)) + coL · iq+Ed 其中 Kp 為比例參數(shù)，Ki 為積分參數(shù)， Σ Δ d(n)為Ad (η)的累加值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓變頻器并網(wǎng)回饋裝置的控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟1)將采樣的電網(wǎng)電壓鎖相得到電網(wǎng)電壓角度Θ，將電網(wǎng)電壓、輸出電流進(jìn)行矢量解耦，得到電網(wǎng)電壓有功分量Ed、電網(wǎng)電壓無功分量Ε,、電網(wǎng)電流有功分量id、電網(wǎng)電流無功分量i,，初始電網(wǎng)電流有功分量id與有功分量給定值idMf比較，得到的差值經(jīng)PI控制器輸出；2)輸出的電壓值與電網(wǎng)電壓有功分量Ed、iqoL比較得到參考電壓有功分量Udraf,ω為角頻率、L為輸出電抗器電感值；3)同樣，初始電網(wǎng)電流無功分量i,與無功分量給定值i_f比較，比較得出的差值經(jīng) PI控制器輸出，得到的電壓值與電壓無功分量E,、id ω L比較得到參考電壓無功分量u_f;4)得到的參考電壓Udref、Uvef經(jīng)過park和clark逆變換得出ABC三相參考電壓，送往脈沖控制單元進(jìn)行脈沖分配，形成三相PWM信號，PWM信號傳輸?shù)礁邏鹤冾l器功率部分，控制功率部分的開關(guān)器件的開通與關(guān)斷，使高壓變頻器輸出三相電壓，經(jīng)并網(wǎng)電抗器后接入電網(wǎng)，并向電網(wǎng)反饋能量；5)脈沖控制單元根據(jù)三相參考電壓形成PWM脈沖，生成驅(qū)動信號， 并驅(qū)動高壓變頻器的功率部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓變頻器并網(wǎng)回饋裝置，包括進(jìn)線開關(guān)、高壓變頻器及控制系統(tǒng)、并網(wǎng)電抗器、出線開關(guān)。其特征在于所述進(jìn)線開關(guān)與高壓變頻器輸入端相連，高壓變頻器輸出端與并網(wǎng)電抗器相連，并網(wǎng)電抗器與出線開關(guān)相連，出線開關(guān)與進(jìn)線開關(guān)輸出端和高壓變頻器輸入端相連；所述高壓變頻器控制系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓，高壓變頻器輸出電流進(jìn)行采樣，并對其進(jìn)行處理，控制高壓變頻器的輸出脈沖，將能量回饋到電網(wǎng)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高壓變頻器并網(wǎng)并向電網(wǎng)回饋能量，實(shí)現(xiàn)了高壓變頻器整機(jī)老化的目的，同時又可以節(jié)能降耗;占地面積小，操作性強(qiáng)，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號H02J3/38GK103023063SQ20121040776
公開日2013年4月3日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者劉春松, 錢詩寶, 楊奇, 張俊成, 黃韜, 李冰 申請人:國電南京自動化股份有限公司