[發明專利]一種三相大功率逆變電源的負載不平衡控制裝置及方法

有效

• 申請號: 201310481403.8
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN103516250A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 袁俊國;曹慧軍;宋志強
• 申請（專利權）人: 艾普斯電源（蘇州）有限公司
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02J3/26
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 李艷;孫仿衛

技術領域

本發明涉及逆變電源領域，特別涉及一種三相大功率逆變電源的負載不平衡控制裝置及方法。

背景技術

當前交流逆變電源應用日益廣泛，功率也越來越大，從幾十kVA到MVA。一般大功率的交流逆變電源基本上都是三相輸出方式，幾乎絕大多數的電源輸出都會用三相隔離變壓器做隔離輸出，應用這種拓撲結構的交流逆變電源一般都存在一個共同的問題：

三相逆變電源出現不平衡負載時，三相變壓器因其相互磁耦合，使得控制算法中的解耦控制很復雜，通常會允許負載不平衡≤30%且很難達到100%的不平衡負載控制。而當實際使用環境出現100%不平衡負載（如，A相100%負載、B、C相0%負載）時，會出現逆變電源無法正常工作，或者輸出電源電壓的相角嚴重偏移，使三相線電壓超出相應標準要求的≤2°或≤4°，對于寬頻（45Hz~800Hz）和高頻（1000Hz）輸出時，因變壓器阻抗的提高使三相線電壓相移會非常嚴重到＞10°，甚至更大。

針對大功率三相交流逆變電源不平衡負載的情況，常見的一種處理方式是采用三個單相隔離變壓器，在三個隔離變壓器二次側采用Y接法來避免三相變壓器的磁耦合帶來的困擾，此種方案的電源控制算法相對簡單一些。而三個單相變壓器輸出電壓是進行單相控制、調節的，對于線電壓的平衡會同時受限于相電壓的平衡和三相之間相角。

尤其在電源輸出的頻率較寬（45Hz~800Hz）或高頻（1000Hz）時，當出現不平衡負載時，因變壓器阻抗的提高在200Hz以上頻段的三相線電壓不平衡度會隨頻率增高而增大且很難滿足相關標準要求（一般至少會＞4°），且三相線電壓相移在500Hz以上會嚴重到＞10°，電源輸出頻率再增大時甚至會更大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三相大功率逆變電源的負載不平衡控制裝置及方法，以實現在負載不平衡的情況下，三相大功率逆變電源的相電壓和線電壓均平衡。

本發明實施例提供了一種三相大功率逆變電源負載不平衡控制裝置，包括：由功率管組成的三相全橋逆變電路、交流濾波器、三相隔離變壓器以及控制電路；

其中三相全橋逆變電路的輸出端與交流濾波器的輸入端相連，交流濾波器的輸出端接隔離變壓器的一次側，三相隔離變壓器的二次側呈“Y”型連接；

三相全橋逆變電路的輸出端以及三相隔離變壓器的二次側連接至控制電路的反饋輸入端；控制電路的反饋輸出端連接至三相全橋逆變電路的輸入端；

控制電路，用于獲取三相全橋逆變電路的每相電流的前饋信號以及三相隔離變壓器二次側的每相輸出電壓的反饋信號，根據電流的前饋信號和輸出電壓的反饋信號實現對三相全橋逆變電路的控制。

優選的，裝置還包括設置在三相隔離變壓器二次側的第一電容，控制電路通過檢測第一電容兩端的電壓獲取每相輸出電壓的反饋信號。

優選的，裝置還包括設置在三相功率管全橋逆變電路與交流濾波器組成的回路中的電流互感器，控制電路的反饋輸入端連接至電流互感器，用于通過電流互感器獲取每相電流的前饋信號。

優選的，控制電路包括：三相基準正弦波數字頻率相位合成單元、電壓頻率相位檢測單元、輸入端與三相基準正弦波數字頻率相位合成單元和電壓頻率相位檢測單元相連的第一PI控制器、電壓反饋調理單元、輸入端與第一PI控制器的輸出端和電壓反饋調理單元的輸出端相連的第二PI控制器、輸入端與第二PI控制器的輸出端相連的比較器以及輸入端與比較器的輸出端相連的驅動單元；

三相基準正弦波數字頻率相位合成單元，用于將給定的參考頻率生成包含相應相的相位和頻率的頻率相位指令信號；

電壓頻率相位檢測單元，用于將每相輸出電壓的反饋信號的頻率和相位信息進行分離，獲取每相輸出電壓的反饋信號的相位和頻率；

第一PI控制器，用于根據相應相的相位和頻率、每相輸出電壓的反饋信號的相位和頻率以及給定的參考電壓進行運算，生成相應相的電壓指令信號；

所述電壓反饋調理單元，用于將所述每相輸出電壓的反饋信號轉變為對應相的弱電壓反饋信號；

所述第二PI控制器，用于根據所述的每相電流的前饋信號、所述的相應相的電壓指令信號以及所述的對應相的弱電壓反饋信號進行PI運算，并將得到的誤差信號與母線電壓通過相應的調制比運算得到相應相的輸出信號；

比較器，用于將相應相的輸出信號與對應的調制載波進行比較運算得到相應相的驅動信號；

驅動單元，用于根據相應相的驅動信號驅動對應的功率管。

優選的，三相全橋逆變電路由12個IGBT組成。

優選的，逆變電源的輸出頻率為45Hz～800Hz或1000Hz。