[發明專利]高壓變頻器制動減速保護系統和方法

有效

• 申請號: 201310481732.2
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN103501135A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 蔡準
• 申請（專利權）人: 蘇州匯川技術有限公司
• 主分類號: H02P3/18
• 分類號: H02P3/18
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 陸軍

技術領域

本發明涉及高壓變頻器控制領域，更具體地說，涉及一種高壓變頻器制動減速保護系統和方法。

背景技術

高壓變頻器廣泛應用于石油化工、礦業、冶金及城市建設等應用領域，在降低能耗、改善工藝等方面起著重要的作用。目前高壓變頻器主回路主要采用了功率單元串聯型結構。功率單元串聯型多電平高壓變頻器是廣泛應用的高壓變頻器，如圖1、2所示，其輸入側通過移相變壓器移相隔離，降壓得到多組低壓三相交流電，每組三相低壓交流電接入不同功率單元（例如A1單元-A5單元、B1單元-B5單元、C1單元-C5單元），并經功率單元整流濾波、逆變后輸出串聯，得到高壓交流輸出到高壓電動機，其中每一功率單元通過控制板控制運行。

如圖3所示，是上述高壓變頻器的矢量控制示意圖，其通過磁鏈環、速度環和電流環實現高壓變頻器的運行控制：速度給定與速度反饋差值經過速度調節器調節輸出，速度環輸出為轉矩電流給定大小；磁鏈給定與磁鏈反饋差值經過磁鏈調節器調節輸出，磁鏈環輸出為勵磁電流給定；電流環輸出為指令電壓給定。

在高壓電動機拖動系統應用的場合，由于系統慣性非常大，從額定轉速開始自由停車，需要幾十分鐘甚至幾個小時，因此有的高壓電動機應用場合需要通過高壓變頻器快速減速停車。然而在通過變頻器快速減速停車時，高壓電動機處于發電狀態，此時制動能量通過逆變側回饋到電網。由于電網側往往采用二極管整流，容易造成功率單元的母線電壓升高，若減速時間過快，會造成功率單元過壓故障。

為避免功率單元過壓，通常高壓變頻器采用為功率單元配置制動能量吸收電路，以抑制減速制動時功率單元過壓，但這將大大增加高壓變頻器成本。

也有通過增大每個功率單元內直流母線電容值，或者增大母線電容側均壓電阻的功率、減小均壓電阻阻值來達到對制動能量的吸收，以實現對制動能量的吸收。但這不但增加了成本，而且增加了功率單元內散熱負擔。并且在減速制動時依然存在功率單元過壓的可能性，無法從根本上解決制動能量回饋問題。

此外，還有在制動時通過提高功率單元的IGBT開關頻率、增加功率單元本身的損耗實現減速制動時能量吸收，但功率單元本身的消耗的能量有限，并且長期使用將嚴重影響功率單元的IGBT的壽命。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對上述串聯型高壓變頻器功率單元制動過壓的問題，提供一種高壓變頻器制動減速保護系統及方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案是，提供一種高壓變頻器制動減速保護系統，所述高壓變頻器采用功率單元串聯型結構，包括電壓采樣單元、壓差計算單元以及第一自調整控制器，其中：所述電壓采樣單元，用于在所述高壓變頻器處于減速制動狀態時，在每一采樣周期采樣高壓變頻器的所有功率單元的直流母線電壓；所述壓差計算單元，用于計算所述直流母線電壓的變化值；所述第一自調整控制器，用于在所述直流母線電壓的變化值超過第一閾值時，使高壓變頻器停止向電動機輸出制動電壓。

在本發明所述的高壓變頻器制動減速保護系統中，所述保護系統包括第二自調整控制器，用于在所述直流母線電壓的變化值小于第一閾值且大于第二閾值時上調高壓變頻器設定的減速步長、在所述直流母線電壓的變化值為負時下調高壓變頻器設定的減速步長，并使用調整后的減速步長生成輸出到電動機的電壓；所述第二閾值為正且小于第一閾值。

在本發明所述的高壓變頻器制動減速保護系統中，所述保護系統包括第三自調整控制器，用于在所述直流母線電壓的變化值小于第一閾值且大于第二閾值時上調高壓變頻器設定的減速步長時下調速度調節器的制動轉矩上限、在所述直流母線電壓的變化值為負時上調速度調節器的制動轉矩上限，并使用調整后的制動轉矩上限生成輸出到電動機的電壓；所述第二閾值為正且小于第一閾值。

在本發明所述的高壓變頻器制動減速保護系統中，所述壓差計算單元將當前采樣周期內所有功率單元中直流母線電壓最大值與前一采樣周期內所有功率單元中直流母線電壓最大值之差作為直流母線電壓的變化值。

在本發明所述的高壓變頻器制動減速保護系統中，所述第二自調整控制器調整減速步長和/或所述第三自調整控制器調整速度調節器的制動轉矩上限的幅度與直流母線電壓的變化值的絕對值同向變化。

在本發明所述的高壓變頻器制動減速保護系統中，每一所述功率單元的控制板包括一個電壓采樣單元，且所述采樣周期為所有功率單元的控制板中的電壓采樣單元將各自母線電壓值上傳到高壓變頻器主控系統的時間。

本發明還提供一種高壓變頻器制動減速保護方法，所述高壓變頻器采用功率單元串聯型結構，包括以下步驟：