能量回饋單元及能量回饋方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種能量回饋單元及能量回饋方法，所述能量回饋單元包括用于對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行電壓采樣，并傳送給控制模塊的三相輸入線電壓采樣模塊；用于對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行電流采樣，并傳送給控制模塊的電流采樣模塊；用于對(duì)能量回饋單元的母線側(cè)電壓進(jìn)行采樣，并傳送給控制模塊的母線電壓采樣模塊；用于根據(jù)三相輸入線電壓采樣模塊傳送的信號(hào)，進(jìn)行相位自動(dòng)辨別、自動(dòng)鎖相算法，并用于根據(jù)電流采樣模塊和母線電壓采樣模塊傳送的信號(hào)，進(jìn)行雙閉環(huán)控制算法和零序電流補(bǔ)償控制算法，以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)第一逆變橋的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制模塊。實(shí)施本發(fā)明的有益效果是，采用零序電流補(bǔ)償法消除環(huán)流，提高供電可靠性；可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鑒別電網(wǎng)的相位，實(shí)現(xiàn)無差并網(wǎng)。
【專利說明】能量回饋單元及能量回饋方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種能量回饋單元及能量回饋方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國家節(jié)能減排政策的不斷完善以及法制的不斷健全，節(jié)能環(huán)保觀念已經(jīng)深入 人心，變頻器作為電力電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域如冶金、石化、自來水、 電力等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮著越來越重要的作用。變頻器是利用半導(dǎo)體功率器件 的開通和關(guān)斷作用將工頻電源變換為頻率可調(diào)的電能變換裝置。該裝置先把交流電源的電 能變換為直流電，再把直流電變換為頻率可變的交流電來驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
[0003] 對(duì)于應(yīng)用于電機(jī)制動(dòng)的場(chǎng)合的變頻器，一般米用電阻耗能制動(dòng)方式。該方法雖然 簡單，但是存在浪費(fèi)能量、效率低、電阻發(fā)熱嚴(yán)重、影響系統(tǒng)的其他部分正常工作等缺點(diǎn)。
[0004] 近幾年，能量回饋單元的應(yīng)用越來越廣泛，能量回饋單元主要分為串聯(lián)式能量回 饋單元和并聯(lián)式能量回饋單元。串聯(lián)式能量回饋單元雖然有利于增加提高功率因數(shù)，提高 系統(tǒng)的運(yùn)行性能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)能量回饋至電網(wǎng)，但是成本較高、功能單一，再加上一些產(chǎn) 品對(duì)電網(wǎng)的要求很高，不適合我國的國情。
[0005] 并聯(lián)式能量回饋單元，作為變頻器的外圍設(shè)備，并聯(lián)到變頻器的直流側(cè)，將電機(jī)制 動(dòng)的再生能量回饋到電網(wǎng)。
[0006] 并聯(lián)式能量回饋單元不必改變變頻器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以作為一個(gè)制動(dòng)單元使用， 因此非常適合我國國情。由于并聯(lián)式能量回饋單元與變頻器母線并聯(lián)，與電源輸入并聯(lián)，傳 統(tǒng)的雙閉環(huán)控制容易出現(xiàn)環(huán)路電流，引起電網(wǎng)電壓和回饋電流的畸變。另一方面，并聯(lián)式能 量回饋單元在使用時(shí)將能量回饋至電網(wǎng)，傳統(tǒng)的電能表無法實(shí)現(xiàn)反向電流的測(cè)量，因此對(duì) 于回饋電量無法準(zhǔn)確測(cè)量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述雙閉環(huán)控制易出現(xiàn)環(huán)路電流 的缺陷，提供一種能量回饋單元及能量回饋方法。
[0008] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種能量回饋單元，與變頻器 并聯(lián)，所述能量回饋單元包括濾波電路、第一逆變橋，第一逆變橋用于將變頻器的直流母線 間的電壓進(jìn)行逆變，濾波電路用于濾除逆變后的并網(wǎng)電流中的高次諧波從而將其濾成正弦 波并注入電網(wǎng)；其特征在于，還包括：控制模塊、三相輸入線電壓采樣模塊、電流采樣模塊 和母線電壓采樣模塊；
[0009] 三相輸入線電壓采樣模塊用于對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行電壓采樣，并進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后，將電網(wǎng) 電壓轉(zhuǎn)換為控制模塊可接受的電壓范圍，并傳送給控制模塊；
[0010] 電流采樣模塊用于對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行電流采樣，并進(jìn)行濾波調(diào)理后，傳送給控制模塊；
[0011] 母線電壓采樣模塊用于對(duì)能量回饋單元的母線側(cè)電壓進(jìn)行采樣，并經(jīng)過濾波調(diào)理 后傳送給控制模塊；
[0012] 控制模塊用于根據(jù)三相輸入線電壓采樣模塊傳送的信號(hào)，進(jìn)行相位自動(dòng)辨別、自 動(dòng)鎖相算法，并用于根據(jù)電流采樣模塊和母線電壓采樣模塊傳送的信號(hào)，進(jìn)行雙閉環(huán)控制 算法和零序電流補(bǔ)償控制算法，以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)所述第一逆變橋的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0013] 優(yōu)選的，電流采樣模塊包括依次連接的加法器、比例運(yùn)算電路和調(diào)理電路，還包括 均與加法器連接的三個(gè)電流霍爾傳感器；
[0014] 調(diào)理電路與控制模塊連接；電流霍爾傳感器用于采樣電網(wǎng)電流。
[0015] 優(yōu)選的，所述控制模塊還用于根據(jù)公式P ^ X r X / X cosp計(jì)算有功功率，并將得 到的有功功率乘以時(shí)間得到回饋到電網(wǎng)的總電量，其中，P為有功功率，U為線電壓，I為線 電流，ewp為系統(tǒng)的功率因數(shù)。
[0016] 優(yōu)選的，所述相位自動(dòng)辨別算法包括：
[0017] 對(duì)采樣得到的三相電壓進(jìn)行預(yù)鎖相；判斷相序，若判斷結(jié)果為反相序，則調(diào)換采樣 結(jié)果U B。和υα，并執(zhí)行鎖相算法；若判斷結(jié)果不為反相序，則不執(zhí)行相位調(diào)整，并結(jié)束流程。
[0018] 優(yōu)選的，所述第一逆變橋包括三相橋臂，所述三相橋臂由六個(gè)功率開關(guān)管組成；所 述第一逆變橋用于將變頻器的直流母線間的直流電壓逆變成交流電壓。
[0019] 優(yōu)選的，所述濾波電路包括三個(gè)電感。
[0020] 另一方面，提供一種能量回饋方法，包括以下步驟：
[0021] 對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行電壓采樣，并進(jìn)行濾波調(diào)理；
[0022] 對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行電流采樣，并進(jìn)行濾波調(diào)理；
[0023] 對(duì)能量回饋單元的母線側(cè)電壓進(jìn)行采樣，并進(jìn)行濾波調(diào)理；
[0024] 根據(jù)采樣得到的電網(wǎng)電壓，進(jìn)行相位自動(dòng)辨別和自動(dòng)鎖相算法；
[0025] 根據(jù)電流采樣和電壓采樣結(jié)果，進(jìn)行雙閉環(huán)控制算法和零序電流補(bǔ)償控制算法， 以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)第一逆變橋PWM的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0026] 優(yōu)選的，所述根據(jù)采樣得到的電網(wǎng)電壓，進(jìn)行自動(dòng)鎖相算法包括：
[0027] 將采樣得到的三相電網(wǎng)線電壓UAB、UBC、UCA進(jìn)行電網(wǎng)電壓鎖相算法，通過鎖相環(huán)使 并網(wǎng)電流相位始終跟蹤電網(wǎng)電壓相位；
[0028] 采用PI調(diào)節(jié)器控制母線電壓，將母線電壓穩(wěn)定于設(shè)定的電壓值Vd。。
[0029] 優(yōu)選的，所述雙閉環(huán)控制算法包括以下步驟：
[0030] 將母線電壓參考值vd"rf與母線電壓Vd。經(jīng)加法器后，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器，得到有功電 流分量的參考值i d_M;
[0031] 將采樣并經(jīng)濾波調(diào)理后得到的電網(wǎng)電流ia、ib、i。經(jīng)三相到兩相變換后，再由兩相 變換到dq坐標(biāo)系下，得到電流i d、i,;
[0032] 給定電流的無功分量的參考值為0,將、#和i,經(jīng)過加法器和PI調(diào)節(jié)器后， 與電流i d在q軸的電流耦合量相加后得到電壓分量Vd，其中，d軸上的電流分量id在q軸 上的電流耦合量為+?Li d;
[0033] 將id Mf與id通過加法器相加，相加后的信號(hào)經(jīng)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，將經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后 的電壓、q軸電流的耦合量以及電網(wǎng)電壓有功分量U d通過加法器相加得到電壓分量V,，其 中，q軸上的電流分量在d軸上的耦合量為+ ω Li,。
[0034] 優(yōu)選的，所述零序電流補(bǔ)償控制算法包括：將零序電流的實(shí)際值L與0經(jīng)加法器， 并經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到電壓分量％ ;
[0035] 將電壓分量Vd、Vq和V。經(jīng)過dqO坐標(biāo)系到α β 〇坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換后，得到Va、Ve、VQ， 然后進(jìn)行空間矢量調(diào)制，獲得驅(qū)動(dòng)第一逆變橋的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0036] 其中，4 = +?:Λ)，ia、ib和i。為通過電流霍爾傳感器米樣得到的電網(wǎng)電流。
[0037] 實(shí)施本發(fā)明一種能量回饋單元及能量回饋方法，具有以下有益效果：通過采用零 序電流補(bǔ)償法消除環(huán)流，提高供電可靠性，而且可以實(shí)現(xiàn)電能表的功能，能夠準(zhǔn)確的計(jì)算出 回饋到電網(wǎng)的電量；通過三相輸入線電壓采樣和三相電流的采樣，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鑒別電網(wǎng) 的相位，實(shí)現(xiàn)無差并網(wǎng)；實(shí)現(xiàn)并聯(lián)式能量回饋單元安全、可靠、方便的與變頻器并聯(lián)使用； 能夠?qū)崿F(xiàn)快速回饋、能夠解決傳統(tǒng)的并聯(lián)式能量回饋單元的環(huán)流問題，并且不必顧忌接入 電網(wǎng)的相位問題，使用更加方便、可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：
[0039] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的能量回饋單元與變頻器的連接電路圖；
[0040] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的能量回饋單元的結(jié)構(gòu)框圖；
[0041] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的控制模塊的雙閉環(huán)控制算法和零序電流補(bǔ)償控制算法原 理圖；
[0042] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的相位自動(dòng)辨別的流程圖；
[0043] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例的電流采樣模塊的結(jié)構(gòu)框圖。 圖6是本發(fā)明實(shí)施例的能量回饋方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說明 本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0045] 本發(fā)明實(shí)施例的并聯(lián)式能量回饋單元，應(yīng)用于電機(jī)制動(dòng)場(chǎng)合，與變頻器并聯(lián)使用。 本發(fā)明實(shí)施例的并聯(lián)式能量回饋單元及能量回饋方法，通過采用零序電流補(bǔ)償法消除環(huán) 流，提高供電可靠性，而且可以實(shí)現(xiàn)電能表的功能，能夠準(zhǔn)確的計(jì)算出回饋到電網(wǎng)的電量； 通過三相輸入線電壓采樣和三相電流的采樣，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鑒別電網(wǎng)的相位，實(shí)現(xiàn)無差并 網(wǎng)。
[0046] 參見圖1，為本發(fā)明實(shí)施例的能量回饋單元與變頻器的連接電路圖。變頻器的直流 母線P(+)端與能量回饋單元的DC+端相連接，變頻器的直流母線N(-)端與能量回饋單元 的DC-端相連接。能量回饋單元包括濾波電路2、第一逆變橋1和并聯(lián)于DC+端和DC-端之 間的電容C3和電容C4。濾波電路2與電網(wǎng)10連接。變頻器為現(xiàn)有的通用變頻器，其包括 二極管整流橋（由D1?D6組成）、大容量電容C1、C2和第二逆變橋。電機(jī)20連接于第二 逆變橋的輸出端。
[0047] 在電機(jī)20電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，由二極管整流橋、大容量電容和第二逆變橋組成的電動(dòng)供 電通路向電機(jī)20提供電能。當(dāng)電機(jī)20制動(dòng)（減速或位能釋放）時(shí)，變頻器的直流母線之 間的電壓會(huì)急劇上升，電機(jī)20再生的能量灌入能量回饋單元的直流母線間。能量回饋單元 檢測(cè)到直流母線間的電壓高于預(yù)定值時(shí)，控制第一逆變橋1的工作方式，將直流母線間的 電壓進(jìn)行逆變，經(jīng)濾波電路2后成為近似正弦波電流并注入電網(wǎng)10的R、S、T端。濾波電路 2(由電感L1、L2和L3組成）于濾除逆變后的并網(wǎng)電流中的高次諧波從而將其濾成正弦波 并注入電網(wǎng)，可有效提高回饋到電網(wǎng)的電流質(zhì)量。本發(fā)明實(shí)施例中，逆變橋1為由功率開關(guān) 管T1-T6組成的三相橋臂，用于將直流電壓逆變成交流電壓。
[0048] 在T1?T6進(jìn)行PWM開通與關(guān)斷的同時(shí)，電網(wǎng)電壓經(jīng)變頻器的輸入側(cè)二極管整流 橋D1?D6及能量回饋單元的T1?T6形成環(huán)流。本發(fā)明實(shí)施例的能量回饋單元通過采用 零序電流補(bǔ)償法消除環(huán)流，提高供電可靠性，詳見后續(xù)結(jié)合圖2?圖5進(jìn)行的描述。
[0049] 參見圖2,本發(fā)明實(shí)施例的能量回饋單元還包括控制模塊3、三相輸入線電壓采樣 模塊4、電流米樣模塊5和母線電壓米樣模塊6。三相輸入線電壓米樣模塊4與電網(wǎng)的R、 S、T端相連接，并與控制模塊3連接。電流采樣模塊5與電網(wǎng)的R、S、T端相連接，并與控制 模塊3連接。母線電壓采樣模塊6與能量回饋單元的直流母線側(cè)連接，并與控制模塊3連 接。
[0050] 三相輸入線電壓采樣模塊4用于對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行電壓UBC、UCA)采樣，并進(jìn)行信號(hào) 調(diào)理后，將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為控制模塊3可接受的電壓范圍，并傳送給控制模塊3。
[0051] 電流采樣模塊5用于對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行電流采樣，并進(jìn)行濾波調(diào)理后，傳送控制模塊3。 參見圖5,電流采樣模塊5包括三個(gè)電流霍爾傳感器41?43、加法器44、比例運(yùn)算電路45 和調(diào)理電路46。通過電流霍爾傳感器41?43采樣電網(wǎng)電流后，采樣的電流經(jīng)加法器44后 得到零序電流的瞬時(shí)值，再經(jīng)比例運(yùn)算電路45和調(diào)理電路46后轉(zhuǎn)換為控制模塊3可接受 的電壓范圍，并傳送給控制模塊3。
[0052] 母線電壓采樣模塊6用于對(duì)能量回饋單元的母線側(cè)電壓進(jìn)行采樣，并經(jīng)過濾波調(diào) 理后傳送給控制模塊3,以進(jìn)行母線電壓控制算法。
[0053] 控制模塊3用于根據(jù)三相輸入線電壓采樣模塊4傳送的信號(hào)，進(jìn)行相位自動(dòng)辨別、 自動(dòng)鎖相算法，并用于根據(jù)電流采樣模塊5和母線電壓采樣模塊6傳送的信號(hào)，進(jìn)行雙閉環(huán) 控制算法和零序電流補(bǔ)償控制算法，以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)第一逆變橋的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。本發(fā)明實(shí)施 例中，通過自動(dòng)辨別、自動(dòng)鎖相算法、雙閉環(huán)控制算法和零序電流補(bǔ)償算法，使得母線電壓 穩(wěn)定于設(shè)定值，保證變頻器正常運(yùn)行。通過零序電流補(bǔ)償?shù)乃惴?，控制第一逆變橋和變頻器 間的環(huán)流基本為〇，避免了環(huán)流對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性造成影響，避免對(duì)電網(wǎng)造成污染，減小了噪聲。
[0054] 參見圖4為本發(fā)明實(shí)施例的相位自動(dòng)辨別的流程圖?？刂颇K3根據(jù)接收到的 信號(hào)，進(jìn)行相位自動(dòng)辨別、自動(dòng)鎖相等算法，由此，在相位接反的情況下能量反饋單元仍能 正常運(yùn)行。其中，步驟S1是由三相輸入線電壓采用模塊4實(shí)現(xiàn)的。步驟S2?S6由控制模 塊3實(shí)現(xiàn)。在步驟S2中，對(duì)采樣得到的三相電壓進(jìn)行預(yù)鎖相；在步驟S3中判斷相序，步驟 S4中若判斷結(jié)果為反相序，則在步驟S5中調(diào)換采樣結(jié)果UB。和Ua，并在步驟S6中執(zhí)行鎖相 算法。若步驟S4中判斷結(jié)果不為反相序，則不執(zhí)行相位調(diào)整，結(jié)束流程。
[0055] 具體的，控制模塊3根據(jù)采樣得到的電網(wǎng)電壓進(jìn)行自動(dòng)鎖相算法包括：將采樣得 到的三相電網(wǎng)線電壓U AB、UBC、UCA進(jìn)行電網(wǎng)電壓鎖相算法，通過鎖相環(huán)使并網(wǎng)電流相位始終 跟蹤電網(wǎng)電壓相位；采用PI調(diào)節(jié)器控制母線電壓，將母線電壓穩(wěn)定于設(shè)定的電壓值V d。。
[0056] 參見圖3為雙閉環(huán)控制原理和零序電流補(bǔ)償原理的原理圖。
[0057] 在本發(fā)明實(shí)施例中，外環(huán)采用直流母線電壓環(huán)，采用PI調(diào)節(jié)器，將母線電壓穩(wěn)定 于設(shè)定的電壓值。電流環(huán)采用id、i,、i〇三個(gè)電流環(huán)并聯(lián)的模式，均采用PI調(diào)節(jié)器，可以實(shí) 現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，并且能夠達(dá)到良好的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。
[0058] 參見圖3,本發(fā)明實(shí)施例的雙閉環(huán)控制算法包括：
[0059] 將母線電壓參考值Vd"rf與母線電壓Vd。經(jīng)加法器后，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器，得到有功電 流分量的參考值i d_Mf ;
[0060] 將采樣并經(jīng)濾波調(diào)理后得到的電網(wǎng)電流込、113、込經(jīng)三相仏/13/(3)到兩相（〇/3) 變換后，再由兩相（α/β)變換到dq坐標(biāo)系下，得到電流i d、iq;
[0061] 給定電流的無功分量的參考值為0,將1, #和i,經(jīng)過加法器和PI調(diào)節(jié)器后， 與電流id在q軸的電流耦合量相加后得到電壓分量vd，其中，d軸上的電流分量i d在q軸 上的電流耦合量為+?Lid;
[0062] 將id Mf與id通過加法器相加，相加后的信號(hào)經(jīng)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，將經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后 的電壓、q軸電流的耦合量以及電網(wǎng)電壓有功分量U d通過加法器相加得到電壓分量V,，其 中，q軸上的電流分量在d軸上的耦合量為+ ω Li,。
[0063] 參見圖3,控制模塊3零序電流補(bǔ)償法的實(shí)現(xiàn)方法為將三相電流經(jīng)過加法器，轉(zhuǎn) 換成三相ABC各相的零序電流分量，然后采用零序電流注入法將零序分量注入控制環(huán)中， 實(shí)現(xiàn)零序電流補(bǔ)償，消除并聯(lián)應(yīng)用模式下的環(huán)流問題。具體的，零序電流補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)原理 為：與能量回饋單元并聯(lián)的變頻器流過的電流可以看成是能量回饋單元的零序電流，即 =^(4+4+4)，ia、ib和ic為通過電流霍爾傳感器采樣得至繼電網(wǎng)電流，要控制i〇 = 0， 就能抑制能量回饋單元與變頻器并聯(lián)時(shí)產(chǎn)生的環(huán)流。由于環(huán)流的控制對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要 求很高，因此加法部分由硬件完成（參見圖5)，直接產(chǎn)生零序電流的實(shí)際值L。將零序電流 的實(shí)際值與〇經(jīng)加法器，并經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到電壓分量％ ;將電壓分量Vd、V,和 %經(jīng)過dqO坐標(biāo)系到α β0坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換后，得到，然后進(jìn)行空間矢量調(diào)制，獲得 驅(qū)動(dòng)第一逆變橋的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)T1?T6將直流母線間的電壓進(jìn)行逆變，逆變后 經(jīng)濾波電路2后成為近似正弦波電流并注入電網(wǎng)10的R、S、T端。
[0064] 由此，當(dāng)外部能量使母線電壓升高至設(shè)定值時(shí)，控制模塊3通過如圖3所示的控制 算法，控制第一逆變橋1的工作方式，將直流母線間的電壓進(jìn)行逆變，經(jīng)濾波電路2后成為 近似正弦波電流并注入電網(wǎng)10的R、S、T端，將母線電壓穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值以下，母線電壓環(huán)輸 出作為有功電流的給定。由此，可消除環(huán)流，提高供電可靠性。
[0065] 此外，本發(fā)明實(shí)施例中，控制模塊3還用于根據(jù)公式P = W X ?； X / X cos p計(jì)算有功 功率，并將得到的有功功率乘以時(shí)間得到回饋到電網(wǎng)的總電量，其中，P為有功功率，U為線 電壓，I為線電流^%9為系統(tǒng)的功率因數(shù)。線電壓U、線電流I可根據(jù)三相輸入線電壓采 樣模塊4和電流采樣模塊5的采樣結(jié)果獲得。
[0066] 參見圖6為本發(fā)明實(shí)施例的能量回饋方法的流程圖，該方法包括以下步驟：
[0067] S10、對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行電壓采樣，并進(jìn)行濾波調(diào)理；
[0068] S11、對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行電流采樣，并進(jìn)行濾波調(diào)理；
[0069] S12、對(duì)能量回饋單元的母線側(cè)電壓進(jìn)行采樣，并進(jìn)行濾波調(diào)理；
[0070] S13、根據(jù)采樣得到的電網(wǎng)電壓，進(jìn)行相位自動(dòng)辨別和自動(dòng)鎖相算法；
[0071] S14、根據(jù)電流采樣和電壓采樣結(jié)果，進(jìn)行雙閉環(huán)控制算法和零序電流補(bǔ)償控制算 法，以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)第一逆變橋PWM的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0072] 根據(jù)采樣得到的電網(wǎng)電壓，進(jìn)行自動(dòng)鎖相算法包括：
[0073] 將采樣得到的三相電網(wǎng)線電壓UAB、UBC、UCA進(jìn)行電網(wǎng)電壓鎖相算法，通過鎖相環(huán)使 并網(wǎng)電流相位始終跟蹤電網(wǎng)電壓相位；
[0074] 采用PI調(diào)節(jié)器控制母線電壓，將母線電壓穩(wěn)定于設(shè)定的電壓值Vd。。
[0075] 雙閉環(huán)控制算法包括以下步驟：
[0076] 將母線電壓參考值Vd"rf與母線電壓Vd。經(jīng)加法器后，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器，得到有功電 流分量的參考值i d_Mf ;
[0077] 將采樣并經(jīng)濾波調(diào)理后得到的電網(wǎng)電流ia、ib、i c經(jīng)三相（a/b/c)到兩相（α/β) 變換后，再由兩相（α/β)變換到dq坐標(biāo)系下，得到電流id、i q;
[0078] 給定電流的無功分量的參考值為0,將、#和i,經(jīng)過加法器和PI調(diào)節(jié)器后， 與電流i d在q軸的電流耦合量相加后得到電壓分量Vd，其中，d軸上的電流分量id在q軸 上的電流耦合量為+?Li d;
[0079] 將id Mf與id通過加法器相加，相加后的信號(hào)經(jīng)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，將經(jīng)PI調(diào)節(jié)器 后的電壓、q軸電流的耦合量以及電網(wǎng)電壓有功分量^通過加法器相加得到電壓分量V,，其 中，q軸上的電流分量在d軸上的耦合量為+ ω Li,。
[0080] 零序電流補(bǔ)償控制算法包括：將零序電流的實(shí)際值L與0經(jīng)加法器，并經(jīng)過PI調(diào) 節(jié)器調(diào)節(jié)后得到電壓分量％;
[0081] 將電壓分量Vd、Vq和V。經(jīng)過dqO坐標(biāo)系到α β 〇坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換后，得到Va、 V e、％，然后進(jìn)行空間矢量調(diào)制（SVPWM)，獲得驅(qū)動(dòng)第一逆變橋的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)；其中， 4 = +4+4)，ia、ib和ic為通過電流霍爾傳感器采樣得至繼電網(wǎng)電流。
[0082] 應(yīng)理解，本發(fā)明實(shí)施例的方法和上述能量回饋單元是相對(duì)應(yīng)的，其電流采樣、母線 電壓采樣等可由上述的電流采樣模塊5、母線電壓采樣模塊6實(shí)現(xiàn)，其雙閉環(huán)控制算法和零 序電流補(bǔ)償控制算法可參考上述描述，在此不再贅述。
[0083] 本發(fā)明實(shí)施例的能量回饋單元，在與變頻器的并聯(lián)使用中，采用了零序電流補(bǔ)償 的雙閉環(huán)控制算法，能夠有效的消除能量回饋單元與變頻器之間的環(huán)流，具有安全、可靠， 效率高、無干擾等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓相序自動(dòng)辨別，使用更加方便，采用交流電抗器， 可直接并網(wǎng)回饋，無需使用其他附加電路。本發(fā)明實(shí)施例的并聯(lián)式能量回饋單元，可應(yīng)用于 需要電機(jī)制動(dòng)的變頻器的應(yīng)用場(chǎng)合，或者是風(fēng)能、太陽能分布式發(fā)電應(yīng)用場(chǎng)合。
[0084] 上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體 實(shí)施方式，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多 形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種能量回饋單元，與變頻器并聯(lián)，所述能量回饋單元包括濾波電路（2)、第一逆變 橋（1)，第一逆變橋（1)用于將變頻器的直流母線間的電壓進(jìn)行逆變，濾波電路（2)用于濾 除逆變后的并網(wǎng)電流中的高次諧波從而將其濾成正弦波并注入電網(wǎng)；其特征在于，還包括： 控制模塊（3)、三相輸入線電壓米樣模塊（4)、電流米樣模塊（5)和母線電壓米樣模塊（6); 三相輸入線電壓采樣模塊（4)用于對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行電壓采樣，并進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后，將電網(wǎng) 電壓轉(zhuǎn)換為控制模塊（3)可接受的電壓范圍，并傳送給控制模塊（3); 電流采樣模塊（5)用于對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行電流采樣，并進(jìn)行濾波調(diào)理后，傳送給控制模塊 (3)； 母線電壓采樣模塊（6)用于對(duì)能量回饋單元的母線側(cè)電壓進(jìn)行采樣，并經(jīng)過濾波調(diào)理 后傳送給控制模塊（3); 控制模塊（3)用于根據(jù)三相輸入線電壓采樣模塊（4)傳送的信號(hào)，進(jìn)行相位自動(dòng)辨別、 自動(dòng)鎖相算法，并用于根據(jù)電流采樣模塊（5)和母線電壓采樣模塊（6)傳送的信號(hào)，進(jìn)行雙 閉環(huán)控制算法和零序電流補(bǔ)償控制算法，以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)所述第一逆變橋的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量回饋單元，其特征在于，電流采樣模塊（5)包括依次連接 的加法器（44)、比例運(yùn)算電路（45)和調(diào)理電路（46)，還包括均與加法器連接的三個(gè)電流霍 爾傳感器（41、42、43); 調(diào)理電路（46)與控制模塊（3)連接；電流霍爾傳感器（41、42、43)用于采樣電網(wǎng)電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量回饋單元，其特征在于，所述控制模塊（3)還用于根據(jù)公 式P=>/JxGX/Xcosp計(jì)算有功功率，并將得到的有功功率乘以時(shí)間得到回饋到電網(wǎng)的總 電量，其中，P為有功功率，U為線電壓，I為線電流，為系統(tǒng)的功率因數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量回饋單元，其特征在于，所述相位自動(dòng)辨別算法包括： 對(duì)采樣得到的三相電壓進(jìn)行預(yù)鎖相；判斷相序，若判斷結(jié)果為反相序，則調(diào)換采樣結(jié)果 Ub。和Ua，并執(zhí)行鎖相算法；若判斷結(jié)果不為反相序，則不執(zhí)行相位調(diào)整，并結(jié)束流程。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量回饋單元，其特征在于，所述第一逆變橋（1)包括三相橋 臂，所述三相橋臂由六個(gè)功率開關(guān)管組成；所述第一逆變橋（1)用于將變頻器的直流母線 間的直流電壓逆變成交流電壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量回饋單元，其特征在于，所述濾波電路包括三個(gè)電感 (L1、L2、L3)。
7. -種能量回饋方法，其特征在于，包括以下步驟： 對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行電壓采樣，并進(jìn)行濾波調(diào)理； 對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行電流采樣，并進(jìn)行濾波調(diào)理； 對(duì)能量回饋單元的母線側(cè)電壓進(jìn)行采樣，并進(jìn)行濾波調(diào)理； 根據(jù)采樣得到的電網(wǎng)電壓，進(jìn)行相位自動(dòng)辨別和自動(dòng)鎖相算法； 根據(jù)電流采樣和電壓采樣結(jié)果，進(jìn)行雙閉環(huán)控制算法和零序電流補(bǔ)償控制算法，以產(chǎn) 生驅(qū)動(dòng)第一逆變橋PWM的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的能量回饋方法，其特征在于，所述根據(jù)采樣得到的電網(wǎng)電壓， 進(jìn)行自動(dòng)鎖相算法包括： 將采樣得到的三相電網(wǎng)線電壓Uab、UBC、Uca進(jìn)行電網(wǎng)電壓鎖相算法，通過鎖相環(huán)使并網(wǎng) 電流相位始終跟蹤電網(wǎng)電壓相位； 采用PI調(diào)節(jié)器控制母線電壓，將母線電壓穩(wěn)定于設(shè)定的電壓值vd。。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的能量回饋方法，其特征在于，所述雙閉環(huán)控制算法包括以下 步驟： 將母線電壓參考值Vd"rf與母線電壓Vd。經(jīng)加法器后，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器，得到有功電流分 量的參考值id_Mf; 將采樣并經(jīng)濾波調(diào)理后得到的電網(wǎng)電流ia、ib、i。經(jīng)三相到兩相變換后，再由兩相變換 到dq坐標(biāo)系下，得到電流id、iq; 給定電流的無功分量的參考值為〇,將?,+Μ和i,經(jīng)過加法器和PI調(diào)節(jié)器后，與 電流id在q軸的電流耦合量相加后得到電壓分量Vd，其中，d軸上的電流分量id在q軸上 的電流耦合量為+ωLid; 將id_Mf與id通過加法器相加，相加后的信號(hào)經(jīng)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，將經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后的電 壓、q軸電流的耦合量以及電網(wǎng)電壓有功分量^通過加法器相加得到電壓分量V,，其中，q 軸上的電流分量在d軸上的耦合量為+ωLi,。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的能量回饋方法，其特征在于，所述零序電流補(bǔ)償控制算法包 括：將零序電流的實(shí)際值與〇經(jīng)加法器，并經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到電壓分量Vtl ; 將電壓分量Vd、Vq和Vtl經(jīng)過dqO坐標(biāo)系到αβ〇坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換后，得到Va、Ve、V。，然 后進(jìn)行空間矢量調(diào)制，獲得驅(qū)動(dòng)第一逆變橋的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 其中Λ=4((, +4 +4)，ia、ib和i。為通過電流霍爾傳感器采樣得到的電網(wǎng)電流。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK104269882SQ201410495869
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】楊家衛(wèi), 楊志洵 申請(qǐng)人:深圳市正弦電氣股份有限公司