能量回馈单元及能量回馈方法技术

本发明专利技术公开了一种能量回馈单元及能量回馈方法，所述能量回馈单元包括用于对电网进行电压采样，并传送给控制模块的三相输入线电压采样模块；用于对电网进行电流采样，并传送给控制模块的电流采样模块；用于对能量回馈单元的母线侧电压进行采样，并传送给控制模块的母线电压采样模块；用于根据三相输入线电压采样模块传送的信号，进行相位自动辨别、自动锁相算法，并用于根据电流采样模块和母线电压采样模块传送的信号，进行双闭环控制算法和零序电流补偿控制算法，以产生驱动第一逆变桥的PWM驱动信号的控制模块。实施本发明专利技术的有益效果是，采用零序电流补偿法消除环流，提高供电可靠性；可以实现自动鉴别电网的相位，实现无差并网。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力
，更具体地说，涉及一种。
技术介绍
随着国家节能减排政策的不断完善以及法制的不断健全，节能环保观念已经深入 人心，变频器作为电力电子技术发展的产物，在国民经济的各个领域如冶金、石化、自来水、 电力等行业得到广泛的应用，并发挥着越来越重要的作用。变频器是利用半导体功率器件 的开通和关断作用将工频电源变换为频率可调的电能变换装置。该装置先把交流电源的电 能变换为直流电，再把直流电变换为频率可变的交流电来驱动负载。 对于应用于电机制动的场合的变频器，一般米用电阻耗能制动方式。该方法虽然 简单，但是存在浪费能量、效率低、电阻发热严重、影响系统的其他部分正常工作等缺点。 近几年，能量回馈单元的应用越来越广泛，能量回馈单元主要分为串联式能量回 馈单元和并联式能量回馈单元。串联式能量回馈单元虽然有利于增加提高功率因数，提高 系统的运行性能，并且能够实现能量回馈至电网，但是成本较高、功能单一，再加上一些产 品对电网的要求很高，不适合我国的国情。 并联式能量回馈单元，作为变频器的外围设备，并联到变频器的直流侧，将电机制 动的再生能量回馈到电网。 并联式能量回馈单元不必改变变频器的系统结构，可以作为一个制动单元使用， 因此非常适合我国国情。由于并联式能量回馈单元与变频器母线并联，与电源输入并联，传 统的双闭环控制容易出现环路电流，引起电网电压和回馈电流的畸变。另一方面，并联式能 量回馈单元在使用时将能量回馈至电网，传统的电能表无法实现反向电流的测量，因此对 于回馈电量无法准确测量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述双闭环控制易出现环路电流 的缺陷，提供一种。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种能量回馈单元，与变频器 并联，所述能量回馈单元包括滤波电路、第一逆变桥，第一逆变桥用于将变频器的直流母线 间的电压进行逆变，滤波电路用于滤除逆变后的并网电流中的高次谐波从而将其滤成正弦 波并注入电网；其特征在于，还包括：控制模块、三相输入线电压采样模块、电流采样模块 和母线电压采样模块； 三相输入线电压采样模块用于对电网进行电压采样，并进行信号调理后，将电网 电压转换为控制模块可接受的电压范围，并传送给控制模块； 电流采样模块用于对电网进行电流采样，并进行滤波调理后，传送给控制模块； 母线电压采样模块用于对能量回馈单元的母线侧电压进行采样，并经过滤波调理 后传送给控制模块； 控制模块用于根据三相输入线电压采样模块传送的信号，进行相位自动辨别、自 动锁相算法，并用于根据电流采样模块和母线电压采样模块传送的信号，进行双闭环控制 算法和零序电流补偿控制算法，以产生驱动所述第一逆变桥的PWM驱动信号。 优选的，电流采样模块包括依次连接的加法器、比例运算电路和调理电路，还包括 均与加法器连接的三个电流霍尔传感器； 调理电路与控制模块连接；电流霍尔传感器用于采样电网电流。 优选的，所述控制模块还用于根据公式P ^ X r X / X cosp计算有功功率，并将得 到的有功功率乘以时间得到回馈到电网的总电量，其中，P为有功功率，U为线电压，I为线 电流，ewp为系统的功率因数。 优选的，所述相位自动辨别算法包括： 对采样得到的三相电压进行预锁相；判断相序，若判断结果为反相序，则调换采样 结果U B。和υα，并执行锁相算法；若判断结果不为反相序，则不执行相位调整，并结束流程。 优选的，所述第一逆变桥包括三相桥臂，所述三相桥臂由六个功率开关管组成；所 述第一逆变桥用于将变频器的直流母线间的直流电压逆变成交流电压。 优选的，所述滤波电路包括三个电感。 另一方面，提供一种能量回馈方法，包括以下步骤： 对电网进行电压采样，并进行滤波调理； 对电网进行电流采样，并进行滤波调理； 对能量回馈单元的母线侧电压进行采样，并进行滤波调理； 根据采样得到的电网电压，进行相位自动辨别和自动锁相算法； 根据电流采样和电压采样结果，进行双闭环控制算法和零序电流补偿控制算法， 以产生驱动第一逆变桥PWM的驱动信号。 优选的，所述根据采样得到的电网电压，进行自动锁相算法包括： 将采样得到的三相电网线电压UAB、UBC、UCA进行电网电压锁相算法，通过锁相环使 并网电流相位始终跟踪电网电压相位； 采用PI调节器控制母线电压，将母线电压稳定于设定的电压值Vd。。 优选的，所述双闭环控制算法包括以下步骤： 将母线电压参考值vdrf与母线电压Vd。经加法器后，经过PI调节器，得到有功电 流分量的参考值i d_M; 将采样并经滤波调理后得到的电网电流ia、ib、i。经三相到两相变换后，再由两相 变换到dq坐标系下，得到电流i d、i,; 给定电流的无功分量的参考值为0,将、#和i,经过加法器和PI调节器后， 与电流i d在q轴的电流耦合量相加后得到电压分量Vd，其中，d轴上的电流分量id在q轴 上的电流耦合量为+?Li d; 将id Mf与id通过加法器相加，相加后的信号经PI调节器调节，将经PI调节器后 的电压、q轴电流的耦合量以及电网电压有功分量U d通过加法器相加得到电压分量V,，其 中，q轴上的电流分量在d轴上的耦合量为+ ω Li,。 优选的，所述零序电流补偿控制算法包括：将零序电流的实际值L与0经加法器， 并经过PI调节器调节后得到电压分量％ ; 将电压分量Vd、Vq和V。经过dqO坐标系到α β 〇坐标系的转换后，得到Va、Ve、VQ， 然后进行空间矢量调制，获得驱动第一逆变桥的PWM驱动信号； 其中，4 = +?:Λ)，ia、ib和i。为通过电流霍尔传感器米样得到的电网电流。 实施本专利技术一种，具有以下有益效果：通过采用零 序电流补偿法消除环流，提高供电可靠性，而且可以实现电能表的功能，能够准确的计算出 回馈到电网的电量；通过三相输入线电压采样和三相电流的采样，可以实现自动鉴别电网 的相位，实现无差并网；实现并联式能量回馈单元安全、可靠、方便的与变频器并联使用； 能够实现快速回馈、能够解决传统的并联式能量回馈单元的环流问题，并且不必顾忌接入 电网的相位问题，使用更加方便、可靠。 【附图说明】 下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中： 图1是本专利技术实施例的能量回馈单元与变频器的连接电路图； 图2是本专利技术实施例的能量回馈单元的结构框图； 图3是本专利技术实施例的控制模块的双闭环控制算法和零序电流补偿控制算法原 理图； 图4是本专利技术实施例的相位自动辨别的流程图； 图5是本专利技术实施例的电流采样模块的结构框图。 图6是本专利技术实施例的能量回馈方法的流程图。 【具体实施方式】 为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明 本专利技术的【具体实施方式】。 本专利技术实施例的并联式能量回馈单元，应用于电机制动场合，与变频器并联使用。 本专利技术实施例的并联式，通过采用零序电流补偿法消除环 流，提高供电可靠性，而且可以实现电能表的功能，能够准确的计算出回馈到电网的电量； 通过三相输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能量回馈单元，与变频器并联，所述能量回馈单元包括滤波电路(2)、第一逆变桥(1)，第一逆变桥(1)用于将变频器的直流母线间的电压进行逆变，滤波电路(2)用于滤除逆变后的并网电流中的高次谐波从而将其滤成正弦波并注入电网；其特征在于，还包括：控制模块(3)、三相输入线电压采样模块(4)、电流采样模块(5)和母线电压采样模块(6)；三相输入线电压采样模块(4)用于对电网进行电压采样，并进行信号调理后，将电网电压转换为控制模块(3)可接受的电压范围，并传送给控制模块(3)；电流采样模块(5)用于对电网进行电流采样，并进行滤波调理后，传送给控制模块(3)；母线电压采样模块(6)用于对能量回馈单元的母线侧电压进行采样，并经过滤波调理后传送给控制模块(3)；控制模块(3)用于根据三相输入线电压采样模块(4)传送的信号，进行相位自动辨别、自动锁相算法，并用于根据电流采样模块(5)和母线电压采样模块(6)传送的信号，进行双闭环控制算法和零序电流补偿控制算法，以产生驱动所述第一逆变桥的PWM驱动信号。

【技术特征摘要】
1. 一种能量回馈单元，与变频器并联，所述能量回馈单元包括滤波电路（2)、第一逆变 桥（1)，第一逆变桥（1)用于将变频器的直流母线间的电压进行逆变，滤波电路（2)用于滤 除逆变后的并网电流中的高次谐波从而将其滤成正弦波并注入电网；其特征在于，还包括： 控制模块（3)、三相输入线电压米样模块（4)、电流米样模块（5)和母线电压米样模块（6); 三相输入线电压采样模块（4)用于对电网进行电压采样，并进行信号调理后，将电网 电压转换为控制模块（3)可接受的电压范围，并传送给控制模块（3); 电流采样模块（5)用于对电网进行电流采样，并进行滤波调理后，传送给控制模块 (3)； 母线电压采样模块（6)用于对能量回馈单元的母线侧电压进行采样，并经过滤波调理 后传送给控制模块（3); 控制模块（3)用于根据三相输入线电压采样模块（4)传送的信号，进行相位自动辨别、 自动锁相算法，并用于根据电流采样模块（5)和母线电压采样模块（6)传送的信号，进行双 闭环控制算法和零序电流补偿控制算法，以产生驱动所述第一逆变桥的PWM驱动信号。2. 根据权利要求1所述的能量回馈单元，其特征在于，电流采样模块（5)包括依次连接 的加法器（44)、比例运算电路（45)和调理电路（46)，还包括均与加法器连接的三个电流霍 尔传感器（41、42、43); 调理电路（46)与控制模块（3)连接；电流霍尔传感器（41、42、43)用于采样电网电流。3. 根据权利要求1所述的能量回馈单元，其特征在于，所述控制模块（3)还用于根据公 式P=>/JxGX/Xcosp计算有功功率，并将得到的有功功率乘以时间得到回馈到电网的总 电量，其中，P为有功功率，U为线电压，I为线电流，为系统的功率因数。4. 根据权利要求1所述的能量回馈单元，其特征在于，所述相位自动辨别算法包括： 对采样得到的三相电压进行预锁相；判断相序，若判断结果为反相序，则调换采样结果 Ub。和Ua，并执行锁相算法；若判断结果不为反相序，则不执行相位调整，并结束流程。5. 根据权利要求1所述的能量回馈单元，其特征在于，所述第一逆变桥（1)包括三相桥 臂，所述三相桥臂由六个功率开关管组成；所述第一逆变桥（1)用于将变频器的直流母线 间的直流电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨家卫，杨志洵，
申请(专利权)人：深圳市正弦电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44