無速度傳感器矢量控制算法進行。如圖3所示即為基于定子磁鏈定 向的無速度傳感器矢量控制算法原理框圖，由圖可知該方法過程為：對AD采樣得到的定子 電壓進行Clark變換以及積分運算，即可獲得定子磁鏈以及磁鏈幅值；再對定子磁鏈進行 "數(shù)字鎖相"即可獲得定子磁鏈的角頻率和旋轉(zhuǎn)角度的正弦值sin Θ JP余弦值cos Θ s; 轉(zhuǎn)差頻率coslijlj用轉(zhuǎn)矩電流及磁鏈進行計算，進而可以估計出電機轉(zhuǎn)速ω ^獲取了磁鏈 幅值、電機轉(zhuǎn)速、以及旋轉(zhuǎn)坐標下的定子勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，基于磁鏈外環(huán)及勵磁電流內(nèi) 環(huán)，轉(zhuǎn)速外環(huán)及轉(zhuǎn)矩電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制算法，即可實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的精確控制。"快速 響應(yīng)"階段需同時進行以下兩個操作：a、基于圖3中的矢量控制系統(tǒng)，脫開轉(zhuǎn)速控制環(huán)，直 接設(shè)定轉(zhuǎn)矩電流指令值為零安培，即可盡量減小變頻器輸出功率，避免直流欠壓故障；b、設(shè) 定定子磁鏈指令為額定磁鏈值的一半，避免由于直流電壓下降導(dǎo)致PWM過調(diào)制。上述兩個 控制目標達到以后，由于系統(tǒng)存在損耗，直流電壓仍將緩慢下降，隨即進入"發(fā)電饋能穩(wěn)壓 控制"階段。
[0039] 步驟3):采用直流電壓外環(huán)，轉(zhuǎn)矩電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制機制，控制直流電壓穩(wěn) 定輸出。此步驟即為"發(fā)電饋能穩(wěn)壓控制"階段。由于在電網(wǎng)失電期間，保持磁鏈穩(wěn)定，忽 略定子電阻損耗，則直流電壓與定子電流的關(guān)系為：
[0041] 其中：N為級聯(lián)單元個數(shù)；
[0042] Ud。為直流電壓；
[0043] C為支撐電容值；
[0044] R為直流母線并聯(lián)電阻值；
[0045] Rs為定子電阻值；
[0046] ω為電機轉(zhuǎn)速；
[0047] Φ為定子磁鏈幅值；
[0048] iq為轉(zhuǎn)矩電流值。
[0049] 該式說明ω Ψ%即為釋放的電機轉(zhuǎn)軸儲能，通過控制轉(zhuǎn)矩電流i q的大?。撮g接 控制電機轉(zhuǎn)軸能量釋放的多少），補償包括直流電阻發(fā)熱和定子電阻發(fā)熱在內(nèi)的各種損耗 以后，直流電壓即可穩(wěn)定。通過該結(jié)論，本方案在該階段控制電機運行于發(fā)電饋能狀態(tài)，利 用電機轉(zhuǎn)軸的慣性能量穩(wěn)定直流電壓。
[0050] 圖4即為本發(fā)明直流電壓控制策略原理框圖，圖4采用直流電壓外環(huán)、轉(zhuǎn)矩電流 內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制算法，直流電壓外環(huán)的PI輸出作為轉(zhuǎn)矩電流內(nèi)環(huán)的指令，由于損耗功率 相對較小，本實施例將轉(zhuǎn)矩電流指令的限幅值設(shè)定為[-15 15]。設(shè)定功率單元的直流電壓 指令為770V，控制系統(tǒng)根據(jù)實時采樣獲得的直流母線電壓值，計算直流電壓偏差，然后通過 PI控制算法，實時調(diào)整變頻器吸收或發(fā)出的轉(zhuǎn)矩電流的大小，達到功率平衡，最終達到利用 電機轉(zhuǎn)軸上的慣性能量，確保每個功率單元的直流母線電壓在電網(wǎng)失電期間均可以穩(wěn)定于 770V左右，避免欠壓保護停機的目的。
[0051] 步驟4):判斷電網(wǎng)是否恢復(fù)，若否則返回步驟3)，若是則執(zhí)行步驟5)。電網(wǎng)是否 恢復(fù)的檢測及判斷原理是：若電網(wǎng)相電壓有效值大于額定值的90%，且總直流母線電壓大 于額定值的90%，則認為電網(wǎng)恢復(fù)。
[0052] 步驟5):脫開直流電壓控制環(huán)，投入轉(zhuǎn)速控制環(huán)。即"電網(wǎng)來電轉(zhuǎn)速恢復(fù)"階段，該 階段基于圖3的矢量控制原理，同時進行以下兩個操作：a、設(shè)定電機磁鏈指令為額定值，以 每秒增加10韋伯的速度恢復(fù)磁鏈；b、設(shè)定電機轉(zhuǎn)速指令為電網(wǎng)失電之前的轉(zhuǎn)速值，以每秒 增加 lOOr/min的速度平穩(wěn)恢復(fù)電機轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速誤差小于lr/min時，調(diào)速系統(tǒng)即恢 復(fù)到失電之前的工況，本次"失電跨越"亦即成功完成。
[0053] 如圖4-6所示實施例以一臺1麗高壓變頻器進行說明，圖中給出了其運行中的轉(zhuǎn) 矩電流、功率單元直流電壓、電機轉(zhuǎn)速變化曲線。圖中可見，電網(wǎng)第IOs時失電，本發(fā)明通過 電網(wǎng)電壓瞬時值結(jié)合直流電壓值迅速檢出失電狀態(tài)，進入失電跨越工作模式。首先是通過 轉(zhuǎn)矩電流環(huán)將轉(zhuǎn)矩電流控制為零安培，同時通過磁鏈環(huán)將磁鏈幅值控制為7. 5韋伯；控制 目標達到以后，使能直流電壓環(huán)，設(shè)定直流電壓指令值為770V，利用電機轉(zhuǎn)軸能量抵消系統(tǒng) 損耗，保證在電網(wǎng)失電期間，直流電壓的穩(wěn)定。第15s時電網(wǎng)恢復(fù)，該實施例設(shè)定轉(zhuǎn)速給定 初值為當(dāng)前轉(zhuǎn)速，然后以每秒增加 lOOr/min的速率逐漸恢復(fù)到失電之前的轉(zhuǎn)速，同時以每 秒增加10韋伯的速率迅速增加磁鏈至額定值，從試驗結(jié)果可以看出，應(yīng)用本發(fā)明所提出的 控制方法有效地跨越了電網(wǎng)失電故障，并且沖擊電流較小。
[0054] 以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在 本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種大功率高壓變頻器的失電跨越控制方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1):判斷電網(wǎng)是否處于失電狀態(tài)，若是則執(zhí)行步驟2); 步驟2):脫開矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制環(huán)，設(shè)定轉(zhuǎn)矩電流指令值； 步驟3):采用直流電壓外環(huán)，轉(zhuǎn)矩電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制機制，控制直流電壓穩(wěn)定輸 出； 步驟4):判斷電網(wǎng)是否恢復(fù)，若否則返回步驟3)，若是則執(zhí)行步驟5); 步驟5):脫開直流電壓控制環(huán)，投入轉(zhuǎn)速控制環(huán)。2. 如權(quán)利要求1所述的大功率高壓變頻器的失電跨越控制方法，其特征在于，所述步 驟1)中失電狀態(tài)判斷方法如下：將本周期采樣的電網(wǎng)相電壓瞬時值與存儲在內(nèi)存中的上 一個正弦周期的采樣值作比較，當(dāng)其差值的絕對值和總直流母線電壓均達到失電標準，則 認為電網(wǎng)失電。3. 如權(quán)利要求2所述的大功率高壓變頻器的失電跨越控制方法，其特征在于，所述失 電標準為：本周期采樣的電網(wǎng)相電壓瞬時值與存儲在內(nèi)存中的上一個正弦周期的采樣值的 差值絕對值大于額定值的5%，總直流母線電壓低于額定值的80%。4. 如權(quán)利要求1所述的大功率高壓變頻器的失電跨越控制方法，其特征在于：所述步 驟2)中轉(zhuǎn)矩電流指令值設(shè)定為零安培。5. 如權(quán)利要求1或4所述的大功率高壓變頻器的失電跨越控制方法，其特征在于：所 述步驟2)中還需將定子磁鏈指令值設(shè)定為額定指令值的一半。6. 如權(quán)利要求1所述的大功率高壓變頻器的失電跨越控制方法，其特征在于，所述步 驟3)中，采用直流電壓外環(huán)，轉(zhuǎn)矩電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制機制控制直流電壓穩(wěn)定輸出的具 體方式為：設(shè)定功率單元的直流電壓指令為標定值，根據(jù)實時采樣獲得的直流母線電壓值 計算直流電壓偏差，通過PI控制算法實時調(diào)整變頻器吸收或發(fā)出的轉(zhuǎn)矩電流的大小，使直 流電壓以標定值穩(wěn)定輸出。7. 如權(quán)利要求6所述的大功率高壓變頻器的失電跨越控制方法，其特征在于，所述 步驟3)中，直流電壓外環(huán)，轉(zhuǎn)矩電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制機制的轉(zhuǎn)矩電流指令限幅值為 [-1515]〇8. 如權(quán)利要求1所述的大功率高壓變頻器的失電跨越控制方法，其特征在于，所述步 驟4)中電網(wǎng)恢復(fù)的標準為電網(wǎng)相電壓的有效值大于額定值的90 %，且總直流母線電壓大 于額定值的90%。9. 如權(quán)利要求1所述的大功率高壓變頻器的失電跨越控制方法，其特征在于：所述步 驟5)中，脫開直流電壓控制環(huán)，投入轉(zhuǎn)速控制環(huán)后，設(shè)定電機轉(zhuǎn)速指令為電網(wǎng)失電之前的 轉(zhuǎn)速值，以固定加速度平穩(wěn)恢恢復(fù)機轉(zhuǎn)速。10. 如權(quán)利要求1或9所述的大功率高壓變頻器的失電跨越控制方法，其特征在于：所 述步驟5)中，脫開直流電壓控制環(huán)，投入轉(zhuǎn)速控制環(huán)后，設(shè)定電機磁鏈指令為額定值，以固 定加速度平穩(wěn)恢復(fù)磁鏈。
【專利摘要】本發(fā)明涉及電能變換技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大功率高壓變頻器的失電跨越控制方法。斷電網(wǎng)是否處于失電狀態(tài)；若失電則脫開矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制環(huán)，設(shè)定轉(zhuǎn)矩電流指令值；采用直流電壓外環(huán)，轉(zhuǎn)矩電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制機制，控制直流電壓穩(wěn)定輸出；判斷電網(wǎng)是否恢復(fù)，若恢復(fù)則脫開直流電壓控制環(huán)，投入轉(zhuǎn)速控制環(huán)。本方法無需改變現(xiàn)有的主電路拓撲及硬件參數(shù)，幾乎不增加設(shè)備成本；整個電網(wǎng)失電期間，利用矢量控制算法，脫開轉(zhuǎn)速環(huán)，并直接設(shè)定轉(zhuǎn)矩電流指令值為零安培，避免了直流欠壓故障；利用直流電壓控制算法，利用電機轉(zhuǎn)軸的慣性能量穩(wěn)定直流電壓，避免欠壓保護停機，實現(xiàn)失電跨越。
【IPC分類】H02P29/02
【公開號】CN105227042
【申請?zhí)枴緾N201510671022
【發(fā)明人】吳振興, 孫樂, 蔡信健, 王書秀, 熊又星
【申請人】中國人民解放軍海軍工程大學(xué)
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月15日