[發(fā)明專利]一體化控制的能量回饋?zhàn)冾l器控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210221587.X
• 申請日: 2012-06-30
• 公開（公告）號: CN102723908A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張華強(qiáng);王新生;朱子文;梁志平
• 申請（專利權(quán)）人: 山東五福星電器科技有限公司
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02M7/219;H02M7/5387
• 代理公司: 威海科星專利事務(wù)所 37202
• 代理人: 于濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能量回饋?zhàn)冾l器的控制方法，詳細(xì)講是一種動(dòng)、靜態(tài)性能好的一體化控制的能量回饋?zhàn)冾l器控制方法。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和國家節(jié)能減排政策的推動(dòng)，變頻器作為其發(fā)展的產(chǎn)物，在工業(yè)生產(chǎn)制造、冶金、石化及電力等各個(gè)行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮著重要的作用。特別是能量回饋?zhàn)冾l器的應(yīng)用日漸廣泛。

目前，變頻器結(jié)構(gòu)大多為如圖1所示的二極管不控整流-直流-逆變結(jié)構(gòu)，這種變頻器存在一些不足，不能用于快速啟、停和頻繁正、反轉(zhuǎn)的調(diào)速場合。因?yàn)楫?dāng)電動(dòng)機(jī)減速、制動(dòng)和位能性負(fù)載下放時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)。由于二極管構(gòu)成的不控整流電路的單向流動(dòng)性，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的再生電能只能傳輸?shù)街绷鱾?cè)，并不斷積存在直流側(cè)的濾波電容上，形成泵升電壓，過高的泵升電壓將擊穿逆變電路的IGBT器件和并聯(lián)在直流母線上的濾波電容。

為避免電動(dòng)機(jī)再生發(fā)電時(shí)，形成過高的泵升電壓，通常在直流回路中并聯(lián)如圖1所示的功率制動(dòng)單元，將再生能量通過功率制動(dòng)單元中的制動(dòng)電阻R產(chǎn)生熱量消耗。如果電動(dòng)機(jī)快速啟、停或頻繁正、反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的再生能量就越多，不但造成大量能量的浪費(fèi)，而且過多的能量將導(dǎo)致制動(dòng)電阻溫度過高，容易帶來安全隱患。由于制動(dòng)電阻產(chǎn)生較大熱量，制動(dòng)電阻需要特殊安裝，造成安裝困難等不足。

如圖2所示,通過在變頻器中增加能量回饋裝置，將再生能量回饋到電網(wǎng)，不但解決了能量浪費(fèi)問題，還能滿足快速啟、停及頻繁正、反轉(zhuǎn)的運(yùn)行要求，解決了泵升電壓問題。但是外加能量回饋裝置將導(dǎo)致一臺(tái)變頻器有兩套整流電路，器件的性能得不到充分的發(fā)揮，增加了系統(tǒng)的成本和結(jié)構(gòu)。

為降低系統(tǒng)成本，充分發(fā)揮器件性能，減小變頻器尺寸。現(xiàn)有技術(shù)提出一種能量回饋一體機(jī)，如圖3所示，采用雙PWM結(jié)構(gòu)即用PWM整流/回饋、PWM逆變形成變頻器。

該結(jié)構(gòu)的變頻器中，關(guān)于PWM?整流電路的控制方法，大概可以歸納為3種類型，即：電壓定向控制(Voltage?Oriented?Control?，簡稱VOC)、基于電壓的直接功率控制(Voltage?based?Direct?Power?Control?，簡稱V-?DPC)和基于虛擬磁鏈的直接功率控制(Virtual?Flux?based?Direct?Power?Control?，簡稱VF-DPC)?。電壓定向控制需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)系能不好；基于電壓的直接功率控制，功率計(jì)算時(shí)需要電流傳感器和電壓傳感器測量電網(wǎng)側(cè)的電流和電壓，增加系統(tǒng)的成本,降低了可靠性；基于虛擬磁鏈的直接功率控制采用滯環(huán)控制器和邏輯開關(guān)表來調(diào)節(jié)有功功率和無功功率，產(chǎn)生整流電路IGBT的開關(guān)信號，致使開關(guān)頻率不固定，不利于輸入端濾波電感的參數(shù)設(shè)計(jì)，存在無功功率調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，有功功率調(diào)節(jié)能力弱，且在一些區(qū)域內(nèi)無功功率調(diào)節(jié)失控的不足。

該結(jié)構(gòu)的變頻器中，關(guān)于PWM?逆變電路的控制方法，大概可以歸納為3種類型，即：恒壓頻比控制即U/F控制、磁場定向控制(Field-Oriented?Control?，簡稱FOC)和傳統(tǒng)的直接功轉(zhuǎn)矩控制(Classical?Direct?Torque?Control，簡稱DTC)?。恒壓頻比控制即保持電機(jī)電壓的幅值和頻率比為某個(gè)恒定值，該方案限制了變頻器輸出的最低頻率，主要適用于風(fēng)扇和送風(fēng)機(jī)等工業(yè)應(yīng)用，存在運(yùn)用范圍受限、控制性能不好等缺點(diǎn)；磁場定向控制通過坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)磁鏈、轉(zhuǎn)矩的解耦控制，但需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，并且系統(tǒng)工作過程中容易受電機(jī)參數(shù)影響；直接轉(zhuǎn)矩控制由于采用滯環(huán)控制器實(shí)現(xiàn)對磁鏈和轉(zhuǎn)矩的控制，并通過開關(guān)表產(chǎn)生逆變電路IGBT的開關(guān)信號，致使磁鏈、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、電流諧波含量高、低速性能不好及開關(guān)頻率不定等不足。

綜上所述，電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)，變頻器的整流電路采用不控整流或現(xiàn)有的PWM控制方法整流，變頻器存在泵升電壓過高、直流母線電容容量過大、功率因數(shù)低及再生能量浪費(fèi)等不足；逆變電路采用恒壓頻比、矢量控制或現(xiàn)有的直接控制方法，應(yīng)用范圍有限、運(yùn)算復(fù)雜、開關(guān)頻率不定及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)過大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能量回饋?zhàn)冾l器動(dòng)靜態(tài)性能好，能夠?qū)崿F(xiàn)對電網(wǎng)高效、無污染能量回饋的一體化控制的能量回饋?zhàn)冾l器控制方法。

本發(fā)明的采用的技術(shù)方案是：

一體化控制的能量回饋?zhàn)冾l器的控制方法,包括整流電路的控制和逆變電路的控制，其特征在于整流電路的控制步驟如下：