[發(fā)明專利]一種基于殘壓預(yù)估的電機無縫切換供電方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410747959.1
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN104393672B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾偉章;李雄峰;羅建;何堅;翟照輝;任宗基;鐘振興;吳杰輝;周海瀟;楊沛霖;葉俊鴻;李曉鈞;羅志勇;姚志良;鄒小輝;黃世昌;戴華;劉超
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東電網(wǎng)有限責任公司東莞供電局;重慶大學(xué)
• 主分類號: H02J9/06
• 分類號: H02J9/06;H02P21/28;H02P21/26
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司44104
• 代理人: 周克佑

1.一種基于殘壓預(yù)估的電動機無縫切換供電方法，其特征是：所述方法采用一無縫切換供電系統(tǒng)，其包括分別與所述電動機連接的工作電源和備用電源，所述工作電源和備用電源的輸出之間設(shè)有整流器連接，所述整流器還通過逆變器連接所述電動機；

所述方法包括以下步驟：

S1,電動機失電殘壓建模

S1-1，計算電動機的穩(wěn)態(tài)定子磁鏈

正常運行時，電動機母線電壓的空間矢量為：

u(t)=U·sejωst]]>

其中,u(t)為母線電壓的空間矢量，為電動機母線電壓相量，e為自然對數(shù)的底數(shù)，ω_s為系統(tǒng)頻率，t為時間，j為虛數(shù)單位；

定子磁鏈與電動機母線電壓的關(guān)系為：

ψs=U·sejωst/jωs;]]>

其中,ψ_s為定子磁鏈；

S1-2，計算電動機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)子磁鏈

轉(zhuǎn)子磁鏈與電動機母線電壓的關(guān)系為：

ψr=LmRrU·sejωst/(jsωs)LsRr/s+jωs(LsLr-Lm2);]]>

其中，ψ_r為轉(zhuǎn)子磁鏈，R_r為轉(zhuǎn)子電阻，L_s為電動機定子電感，L_r為電動機轉(zhuǎn)子電感，L_m為電動機勵磁電感，s為轉(zhuǎn)差率；

S1-3，計算電壓跌落后電動機定子磁鏈

電壓跌落時定子磁鏈為：

ψs=Ks1e-tTs′+Ks2e-tTr′ejωrt+Ks3ejωst;]]>

式中，

Ks1=U·-1Ts′-jωs+(ψs0+LlmLrTs′ψr0-1Ts′+1Tr′-jωr);]]>

Ks2=-LmLrTs′ψr0-1Ts′+1Tr′-jωr;]]>

Ks3=U·sjωs+1Ts′;]]>

其中，T_s’＝(L_s-L_m²/L_r)/R_s，T_r’＝(L_r-L_m²/L_s)/R_r，ψ_s0為定子磁鏈初值，ψ_r0為轉(zhuǎn)子磁鏈初值，ω_r為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；

S1-4，計算電壓跌落后電動機轉(zhuǎn)子磁鏈

電壓跌落時轉(zhuǎn)子磁鏈為：

ψr=Kr1e-tTs′+Kr2e-tTr′ejωrt+Kr3ejωst;]]>

式中，

Kr1=MmLsTr′(1Tr′-1Ts′-jωr)(U·s-1Ts′-jωs+ψs0);]]>

Kr2=-MmLsTr′(1Tr′-1Ts′-jωr)(U·s-1Tr′+jωr-jωs+ψs0)+ψr0;]]>

Kr3=MmLs1Tr′U·s(jωs+1Ts′)(jωs+1Tr′-jωr);]]>

其中，M_m為電動機定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的互感；

S1-5，計算電壓跌落后電動機定子電流

電壓跌落時電動機定子電流為：

is=1LsLr-Mm2[LrKs1e-tTs′-MmKr2e-tTr′ejωrt+(LrKs3-MmKr3)ejωst];]]>

S1-6，計算電動機A相定子電流過零時間

令電壓跌落時電動機A相定子電流為零，

real{1LsLr-Mm2[LrKs1e-tTs′-MmKr2e-tTr′ejωrt+(LrKs3-MmKr3)ejωst]}=0;]]>

其中，real()為對括號內(nèi)式中求實部計算；

得到對應(yīng)的A相定子電流過零時對應(yīng)時間為：t1，t2，t3，…，t20；

S2，預(yù)測電動機母線殘壓

在A相定子電流過零時間分別為t1，t2，t3，…，t20時，分別進行下列步驟計算：

S2-1，計算A相斷流后電動機定子磁鏈

A相斷流后電動機定子磁鏈為：

ψs=Ks1es1t+Ks2es2t+Ks3es3t+Ks4ejωst+Ks5e-jωst;]]>

式中，

Ks1=(s-s1)ψs|s=s1;Ks2=(s-s2)ψs|s=s2;]]>

Ks3=(s-s1)ψs|s=s3;Ks4=(s-s1)ψs|s=jωs;Ks5=(s-s1)ψs|s=-jωs;]]>

其中，s₁、s₂、s₃為以下方程的解：

s3+(1Ts′+1Tr′-1Tr)s2+(1Tr′Tr-2Ts′Tr+ωr2)s+1Ts′(1Tr2+ωr2)=0;]]>

其中，s₁為待求變量，Tr＝Lr/Rr；

S2-2，計算A相斷流后電動機轉(zhuǎn)子磁鏈

A相斷流后電動機轉(zhuǎn)子磁鏈為：

ψr=Kr1e-tT1+Kr2e-tT2+jω2t+Kr3e-tT2-jω2t+Kr4ejωst+Kr5e-jωst;]]>

式中，

Kr1=(s-s1)ψr|s=s1;Kr2=(s-s2)ψr|s=s2;]]>

Kr3=(s-s1)ψr|s=s3;Kr4=(s-s1)ψr|s=jωs;Kr5=(s-s1)ψr|s=-jωs;]]>

其中，T₁、T₂是與s₁、s₂、s₃相關(guān)的時間常數(shù)變量；

S2-3，計算A相斷流后電動機定子電流

A相斷流后電動機定子電流為：

is=1LsLr-Mm2(LrKs1-MmKr1)e-tT1+(LrKs2-MmKr2)e-tT2+jω2t+(LrKs3-MmKr3)e-tT2-jω2t+(LrKs4-MmKr4)ejωst+(LrKs5-MmKr5)e-jωst;]]>

S2-4，計算定子電流過零時間

令電動機定子電流為零，

1LsLr-Mm2(LrKs1-MmKr1)e-tT1+(LrKs2-MmKr2)e-tT2+jω2t+(LrKs3-MmKr3)e-tT2-jω2t+(LrKs4-MmKr4)ejωst+(LrKs5-MmKr5)e-jωst=0;]]>

得到對應(yīng)的定子電流過零時對應(yīng)時間為：tm

S2-5，計算失電后電動機母線殘壓

失電后電動機母線殘壓初值為：

ψr=jωr(Kr1e-tmT1+Kr2e-tmT2+jω2tm+Kr3e-tT2-jω2tm+Kr4ejωstm+Kr5e-jωstm)---(1);]]>

失電后感應(yīng)電動機殘壓空間矢量表達式為：

us(t)=ψs0(jωr-Rr/Lr)e-tTrejωrt≈jωrψs0e-tTrejωrt---(2);]]>

S3，由S2-5中的公式(1)、(2)預(yù)測感應(yīng)電動機失電后母線殘壓的初值，當母線殘壓的初值小于母線額定電壓時，確定啟動逆變器，使逆變器穩(wěn)定在為感應(yīng)電動機供電的工作狀態(tài)；

S4，將母線殘壓相位與備用電源電壓相位進行比較，當兩者相位差小于20°時，將備用電源投入；

S5，檢測備用電源投入后沖擊電流的幅值大小，仿真結(jié)果表明備用電源投入后產(chǎn)生的沖擊電流小于感應(yīng)電動機的自啟動電流，表明備用電源合閘條件是正確且有效的。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于殘壓預(yù)估的電動機無縫切換供電方法，其特征是：當逆變器啟動后，通過控制逆變器來控制與逆變器相連的母線殘壓相位值，逐步調(diào)整母線殘壓相位，使母線殘壓相位逐步接近備用電源電壓相位，使之盡快滿足備用電源合閘條件；

所述的逆變器控制方法如下：

逆變器通過電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和母線電壓外環(huán)控制并穩(wěn)定逆變器輸出功率，而電流內(nèi)環(huán)則用于改善控制性能；在控制系統(tǒng)中，對d軸和q軸分別進行雙閉環(huán)控制，外環(huán)控制負載側(cè)輸出功率，內(nèi)環(huán)控制d軸和q軸的電流分量，改善其動態(tài)性能；

d軸外環(huán)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速參考值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速反饋量之差通過一個PI調(diào)節(jié)器運算之后得到電流給定值，再與實際電流相比較，其結(jié)果通過一個PI調(diào)節(jié)器進行計算實現(xiàn)電流的內(nèi)環(huán)控制；

最后，同樣通過SVPWM算法驅(qū)動開關(guān)器件得到PWM脈沖信號，即可輸出所需的有功功率，q軸同理；

控制系統(tǒng)通過四個PI控制器實現(xiàn)對逆變器的功率控制；

所述的逆變器控制方法分為三個工作階段：

第一階段：逆變電源接收到啟動信號，在空載情況下開始工作；系統(tǒng)檢測到故障信息之后，經(jīng)過短暫的判斷時間，確定是故障之后發(fā)出工作電源斷路器動作信號，斷路器收到分閘指令，經(jīng)過固有分閘時間再實現(xiàn)分閘動作：感應(yīng)電動機斷開電源；當確定故障之后，逆變電源收到開啟信號，此時逆變電源處于空載狀態(tài)；

第二階段：逆變電源接入系統(tǒng)，為負載供電，并調(diào)節(jié)輸出電壓相位；當斷路器斷開，工作電源切斷，感應(yīng)電動機進入惰行狀態(tài)；逆變電源由空載接入為電動機供電，逆變電源由空載到接入負載，經(jīng)歷動態(tài)過程，要求在短時間內(nèi)恢復(fù)穩(wěn)定的供電；當系統(tǒng)進入穩(wěn)定運行之后，逆變電源開始第二階段的工作：對輸出電壓的相位進行調(diào)節(jié)；

相位調(diào)節(jié)通過改變逆變器的參考電壓，將幅值不變但相位有所變化之后的電壓作為逆變器的新給定輸出電壓；通過逐次小角度地改變逆變器輸出電壓的相位，在短時間內(nèi)調(diào)整到備用電源電壓的相位，即與備用電源電壓相位一致；

第三階段：當逆變器輸出電壓相位調(diào)整到與備用電源電壓相位一致時，切換到備用電源旁路，逆變電源退出運行。