一种飞轮涡轮储能制动方法技术

本发明专利技术公开了一种飞轮涡轮储能制动方法，其包括，通过控制单元对控制量进行计算和对逻辑信号量进行处理的步骤；通过主功率单元使电压由零稳定升至额定电流和完成对飞轮涡轮储能制动装置中各个元件功率的放大的步骤；通过驱动隔离单元实现强电信号与弱电信号的光电隔离的步骤；以及，通过采样部件实现对交流电压和交流电流的采样的步骤。本发明专利技术对变频器带电机运行过程中由于电机发电而引起的能量回馈进行了有效的控制，从而达到抑制了母线电压的升高，进一步避免了母线电压过高而引起变频器过压故障停机的情况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电机能量回馈控制
，尤其涉及一种飞轮涡轮储能制动方法。
技术介绍
在变频器带动电机运行时，有可能运行于电机的发电状态，尤其是在带大惯量负载以及处于快速减速运行状态时，或者在快速加速频率并进行动态调整的过程时，或者在运行过程中负载引起转速波动等场合时，电机都有可能进入发电状态，此时电机相当于一个发电机，电机在发电时产生的能量回馈会流向变频器，引起母线电压剧烈上升。由于变频器前端一般为二极管整流，不具有可控整流的能力，如果此时系统没有配备制动电阻或者能力回馈单元，能量就没有消耗的地方，产生的能量回馈就有可能冲高母线电压，达到变频器的母线电压保护点，引起变频器过压保护而停机，这在工业应用场合是绝对不允许的。而增加制动电阻或者能力回馈单元会大幅增加设备成本和降低系统可靠性，因而变频驱动场合的能量回馈的回避功能必不可少，这在某些时候严重制约了变频器的实际应用效果。通常情况下电机产生的能量都被以热能的形式通过散热塔散发掉，这种能量处理方式不但产生极大的能源浪费而且在一定程度上也会造成周遭环境的污染，这种情况下，将产生的能量通过逆变装置变为三相交流电，调节频率、相位与电网同步后回馈至电网，一台电机一个小时所节约的能量足够一个家庭一天的生活用电。由此可见，能量回馈可以提高能量的利用率，较好的解决能源浪费问题，在现今社会意义十分重大。国外相应的能量回馈装置已较为成熟，四象限电压型交-直-交变频器及电网侧脉冲整流器等的研制报道也较为常见。如日本富士公司的相关产品，以RHR系列、FRENIC系列电源再生单元为例加以说明，它把有源逆变单元直接作为变频器的一个外围装置，从变频器当中分离出来，将其并联到变频器的直流侧，从而将产生的相应能源回馈到电网中。由于二极管不可控整流器具有单向性，产生的再生能量将累计在储能电容上，形成泵升电压，过高的泵升电压可能会威胁到系统的安全。我们通常所采用的方法是接通一个能耗电阻在直流母线之间释放能量。能量回馈控制系统不仅可以使装置获得较快的动态响应，而且还可以把发电机产生的能量回送至电网，在一定程度上缓解了能源的短缺问题。
技术实现思路
本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。鉴于上述和/或现有飞轮涡轮储能制动方法中存在的问题，提出了本专利技术。因此，本专利技术的目的是提供一种飞轮涡轮储能制动方法，其解决了现有技术中在控制环路中由于存在大电容的积分环节引起整个环路的振荡调节，使母线电压的振荡超调的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种飞轮涡轮储能制动方法，通过控制单元对控制量进行计算和对逻辑信号量进行处理的步骤；通过主功率单元使电压由零稳定升至额定电流和完成对飞轮涡轮储能制动装置中各个元件功率的放大的步骤；通过驱动隔离单元实现强电信号与弱电信号的光电隔离的步骤；以及，通过采样部件实现对交流电压和交流电流的采样的步骤；该方法通过飞轮涡轮储能制动装置实现，所述飞轮涡轮储能制动装置包括，控制单元，其包括能够对控制量进行计算的数字处理部件和能够对逻辑信号量进行处理的逻辑处理部件；主功率单元，其包括软启动部件和功率部件，所述软启动部件使电压由零稳定升至额定电流，保证电机系统平滑的运行，所述功率部件完成对飞轮涡轮储能制动装置中各个元件功率的放大；驱动隔离单元，与所述控制单元和主功率单元相连接，实现强电信号与弱电信号的光电隔离，避免强电电路的尖峰对弱电控制电路的干扰；以及，采样部件，与所述控制单元和主功率单元相连接，包括电流采样部件和电压采样部件，实现对交流电压和交流电流的采样。作为本专利技术所述的飞轮涡轮储能制动方法的一种优选方案，其中：还包括，保护部件，与所述控制单元和主功率单元相连接，能够实时检测电压、电流信号，防止过压、过流损坏所述功率部件。作为本专利技术所述的飞轮涡轮储能制动方法的一种优选方案，其中：还包括，供电部件，与所述控制单元相连接，为飞轮涡轮储能制动方法的控制提供稳定的后备电源。作为本专利技术所述的飞轮涡轮储能制动方法的一种优选方案，其中：所述电流采样部件和电压采样部件的采样数据经由电压跟随部件、滤波部件、反比例放大部件和反比例加法部件最终完成调理输出，其中，所述电压跟随部件能够匹配电流采样部件和电压采样部件的输出阻抗与输入阻抗；所述滤波部件能够将电路中高频毛刺信号消除；所述反比例放大部件对采样得到的电压进行反相与比例调节，将输入信号调整到一定电压范围内，同时通过对运放正相端电位的调节来消除电路的零点漂移；所述反比例加法部件将输入信号调整到特定电压的范围内，满足数字处理部件的转换端口对输入电平的要求。作为本专利技术所述的飞轮涡轮储能制动方法的一种优选方案，其中：所述飞轮涡轮储能制动方法与所述电机系统相连接，通过电机系统的交流调速从而实现空间矢量脉宽调制，其中，实现空间矢量脉宽调制的方法包括，判断参考电压矢量所在的扇区；计算合成所需的各个空间电压矢量的作用时间；与三角载波进行比较得出三相脉宽调制信号，输入逻辑处理部件进行处理。作为本专利技术所述的飞轮涡轮储能制动方法的一种优选方案，其中：所述参考电压矢量所在的扇区通过构造三个变量：Vsβ，进而根据其正负关系判断扇区，其中，定义三个变量为： V r e f 1 = V s β V r e f 2 = 3 2 V s α - 1 2 V 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞轮涡轮储能制动方法，其特征在于：包括，通过控制单元(100)对控制量进行计算和对逻辑信号量进行处理的步骤；通过主功率单元(200)使电压由零稳定升至额定电流和完成对飞轮涡轮储能制动装置中各个元件功率的放大的步骤；通过驱动隔离单元(300)实现强电信号与弱电信号的光电隔离的步骤；以及，通过采样部件(400)实现对交流电压和交流电流的采样的步骤；该方法通过飞轮涡轮储能制动装置实现，所述飞轮涡轮储能制动装置包括，控制单元(100)，其包括能够对控制量进行计算的数字处理部件(101)和能够对逻辑信号量进行处理的逻辑处理部件(102)；主功率单元(200)，其包括软启动部件(201)和功率部件(202)，所述软启动部件(201)使电压由零稳定升至额定电流，保证电机系统(M)平滑的运行，所述功率部件(202)完成对飞轮涡轮储能制动装置中各个元件功率的放大；驱动隔离单元(300)，与所述控制单元(100)和主功率单元(200)相连接，实现强电信号与弱电信号的光电隔离，避免强电电路的尖峰对弱电控制电路的干扰；以及，采样部件(400)，与所述控制单元(100)和主功率单元(200)相连接，包括电流采样部件(401)和电压采样部件(402)，实现对交流电压和交流电流的采样。...

【技术特征摘要】
1.一种飞轮涡轮储能制动方法，其特征在于：包括，通过控制单元(100)对控制量进行计算和对逻辑信号量进行处理的步骤；通过主功率单元(200)使电压由零稳定升至额定电流和完成对飞轮涡轮储能制动装置中各个元件功率的放大的步骤；通过驱动隔离单元(300)实现强电信号与弱电信号的光电隔离的步骤；以及，通过采样部件(400)实现对交流电压和交流电流的采样的步骤；该方法通过飞轮涡轮储能制动装置实现，所述飞轮涡轮储能制动装置包括，控制单元(100)，其包括能够对控制量进行计算的数字处理部件(101)和能够对逻辑信号量进行处理的逻辑处理部件(102)；主功率单元(200)，其包括软启动部件(201)和功率部件(202)，所述软启动部件(201)使电压由零稳定升至额定电流，保证电机系统(M)平滑的运行，所述功率部件(202)完成对飞轮涡轮储能制动装置中各个元件功率的放大；驱动隔离单元(300)，与所述控制单元(100)和主功率单元(200)相连接，实现强电信号与弱电信号的光电隔离，避免强电电路的尖峰对弱电控制电路的干扰；以及，采样部件(400)，与所述控制单元(100)和主功率单元(200)相连接，包括电流采样部件(401)和电压采样部件(402)，实现对交流电压和交流电流的采样。2.如权利要求1所述的飞轮涡轮储能制动方法，其特征在于：所述飞轮涡轮储能制动装置还包括，保护部件(500)，与所述控制单元(100)和主功率单元(200)相连接，能够实时检测电压、电流信号，防止过压、过流损坏所述功率部件(202)。3.如权利要求1或2所述的飞轮涡轮储能制动方法，其特征在于：还包括，供电部件(600)，与所述控制单元(100)相连接，为飞轮涡轮储能制动方法的控制提供稳定的后备电源。4.如权利要求3所述的飞轮涡轮储能制动方法，其特征在于：所述电流采样部件(401)和电压采样部件(402)的采样数据经由电压跟随部件(403)、滤波部件(404)、反比例放大部件(405)和反比例加法部件(406)最终完成调理输出，其中，所述电压跟随部件(403)能够匹配电流采样部件(401)和电压采样部件(402)的输出阻抗与输入阻抗；所述滤波部件(404)能够将电路中高频毛刺信号消除；所述反比例放大部件(405)对采样得到的电压进行反相与比例调节，将输入信号调整到一定电压范围内，同时通过对运放正相端电位的调节来消除电路的零点漂移；所述反比例加法部件(406)将输入信号调整到特定电压的范围内，满足数字处理部件(101)的转换端口对输入电平的要求。5.如权利要求1、2或4任一所述的飞轮涡轮储能制动方法，其特征在于：所述飞轮涡轮储能制动方法与所述电机系统(M)相连接，通过电机系统(M)的交流调速从而实现空间矢量脉宽调制，其中，实现空间矢量脉宽调制的方法包括，判断参考电压矢量所在的扇区；计算合成所需的各个空间电压矢量的作用时间；与三角载波进行比较得出三相脉宽调制信号，输入逻辑处理部件(102)进行处理。6.如权利要求5所述的飞轮涡轮储能制动方法，其特征在于：所述参考电压矢量所在的扇区通过构造三个变量：进而根据其正负关系判断扇区，其中，定义三个变量为： V r e f 1 = V s β V r e f 2 = 3 2 V s α - 1 2 V s β V r e f 3 = - 3 2 V s α - 1 2 V s β ]]>定义二值函数A、B、C，若Vref1>0，则A＝1，反之A＝0；若Vref2>0，则B＝1，反之B＝0；若Vref3>0，则C＝1，反之C＝0，则sector＝A+2B+4C。7.如权利要求5或6所述的飞轮涡轮储能制动方法，其特征在于：所述计算合成所需的各个空间电压矢量的作用时间，设定各合成矢量的作用时间Tx、Ty，若发生过调制情况，即Tx+Ty>Ts，则 T x = T x T s T x + T y ...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋卓然，沈方，王春生，宁辽逸，赵琳，南哲，刘子源，侯玉琤，张子信，程孟增，张明理，刘岩，杨继业，梁毅，邓鑫阳，张娜，吉星，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11