一种十二脉波电压型可逆整流装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种十二脉波电压型可逆整流装置及其控制方法，可逆整流装置包括主电路单元和控制单元，主电路单元包括次边两绕组Y‑△移相变压器、整流逆变桥I和整流逆变桥II，两绕组Y‑△移相变压器的次边两绕组输出端分别与整流逆变桥I和整流逆变桥II相连，整流逆变桥I和整流逆变桥II两者串联布置；控制方法包括采用恒压限流的工作模式，数据内部标幺化、PLL相位计算、直流滤波、给定与反馈差值死区限定、工况判定、数字离散PI处理与叠加、输出幅值限定和脉冲生成整流逆变桥I和整流逆变桥II的晶闸管控制脉冲信号。本发明专利技术晶闸管可承受电压等级高、能够有效降低系统纹波和总谐波畸变，具有适用范围广、成本较低、模块可简化的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可逆整流技术，具体涉及一种十二脉波电压型可逆整流装置及其控制方法。
技术介绍
工业上大功率整流器采用不可控二极管和相控晶闸管整流的电路形式，二极管整流存在直流电压不可调、不可逆的缺陷。相控整流器则易受晶闸管触发导通引起的电压畸变到诊相位检测波动和振荡、系统动态性能低，难以实现可逆整流控制；六脉波全控桥或半控桥的功率因素低、谐波畸变大；逆变时极易出现失控，不适用于大功率运用。常规采用二极管和晶闸管整流形式的大功率整流器的形式，由于受限于器件本身的原因和结构，如二极管整流不可控、带负载特性软；相控晶闸管的整流形式虽然可控，但六脉波及以下脉波整流的方式会导致系统功率因数(PF)低、谐波含量(THD)高、电压波动大和电能利用率低；十二脉波的晶闸管整流器，易受到主电路换相过程中电网畸变的影响和干扰，在很多种情况下造成相位误测、振荡，最终导致晶闸管的误触发，系统抗干扰能力低。另外采用晶闸管整流方案需要同时采集三相交流电压电流信号、直流电压(和电流)信号形成控制闭环，交流侧采用霍尔器件还需要额外的供电，导致系统器件增多、成本增大和可靠性降低。而不带逆变功能的晶闸管整流系统如果在某些情况下系统带逆变器运行时，当能量回馈至直流母线、导致直流电压抬升又无法回馈至电网时，系统无法正常运行。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种晶闸管可承受电压等级高、能够有效降低系统纹波和总谐波畸变、适用范围广、成本较低、模块可简化的十二脉波电压型可逆整流装置及其控制方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术提供一种十二脉波电压型可逆整流装置，包括主电路单元和控制单元，所述主电路单元包括次边两绕组Y-△移相变压器、整流逆变桥I和整流逆变桥II，所述两绕组Y-△移相变压器的次边两绕组输出端分别与整流逆变桥I和整流逆变桥II相连，所述整流逆变桥I和整流逆变桥II两者串联布置在正直流母线和负直流母线之间，所述整流逆变桥I包括相互反并联布置的整流桥I和逆变桥I，所述整流逆变桥II包括相互反并联布置的整流桥II和逆变桥II，所述整流桥I和整流桥II构成12脉波整流器，所述逆变桥I和逆变桥II构成12脉波逆变器，所述控制单元的高速脉冲输出端分别通过晶闸管驱动板与整流桥I、逆变桥I、整流桥II、逆变桥II的晶闸管控制端相连。优选地，所述整流逆变桥I的整流桥I和逆变桥I设有共同的交流电流互感器、电压互感器和直流电压传感器，所述整流逆变桥II的整流桥II和逆变桥II设有共同的交流电流互感器、电压互感器、直流电压传感器。优选地，所述控制单元包括实时处理器、模块机箱、同步数据采集模块、通讯接口和高速脉冲输出模块，所述模块机箱中设有FPGA背板，所述FPGA背板通过背板总线和实时处理器相连，所述同步数据采集模块、通讯接口和高速脉冲输出模块插设于模块机箱的插槽中，所述FPGA背板的输入端通过同步数据采集模块分别与各个整流逆变模块的交流电流互感器、电压互感器和直流电压传感器相连，所述FPGA背板通过背板总线和高速脉冲输出模块相连，所述高速脉冲输出模块包含24路输出端，其中12路输出端通过晶闸管驱动板和整流桥I及逆变桥I的晶闸管控制端相连、其余12路输出端通过晶闸管驱动板和整流桥II及逆变桥II的晶闸管控制端相连。优选地，所述主电路单元和控制单元布置于屏柜单元中，所述屏柜单元包括三个深度一致且依次排列布置的屏柜A、屏柜B和屏柜C，整流桥I、整流桥II均布置于屏柜A中，逆变桥I、逆变桥II均布置于屏柜C中，所述屏柜B包括上室B1和下室B2，所述控制单元布置于上室B1中，所述下室B2中设有用于连接至整流桥I、逆变桥I、整流桥II、逆变桥II的主回路的机车电缆，所述控制单元通过机车电缆柔性连接至整流桥I、逆变桥I、整流桥II、逆变桥II的主回路，屏柜A、屏柜B和屏柜C三者中相邻的两者之间以及上室B1和下室B2之间设有金属隔板。本专利技术还提供一种前述十二脉波电压型可逆整流装置的控制方法，实施步骤包括：1)针对整流逆变桥I和整流逆变桥II，将直流电压和给定直流电压分别进行标幺化后得到电压偏差；2)对电压偏差进行死区限制；3)针对死区限制后的电压偏差，判断电压偏差是否超过预设的逆变门槛值，如果超过逆变门槛值，则跳转执行步骤4)；否则，跳转执行步骤5)；4)针对死区限制后的电压偏差，判断电压偏差是否超过预设的过压门槛值，如果超过过压门槛值，则进行过压保护并退出；否则，将同步交流电压通过软件锁相环获得相位信号，将相位信号进行标幺化后和死区限制后的电压偏差一起输入逆变PI控制器，其输出和预设的角度偏移叠加后得到逆变控制角度后进行上下限限幅，然后判断进行上下限限幅的结果和相位信号进行标幺化后的结果是否相同，如果相等则输出双窄脉冲的第一个脉冲，并实时生成双窄脉冲的第二个脉冲，将双窄脉冲输出给整流逆变桥I的逆变桥I或整流逆变桥II的逆变桥II，退出；5)将同步交流电压通过软件锁相环获得相位信号，将相位信号进行标幺化后和死区限制后的电压偏差一起输入整流PI控制器，其输出和预设的角度偏移叠加得到整流控制角度后进行上下限限幅，然后判断进行上下限限幅的结果和相位信号进行标幺化后的结果是否相同，如果相等则输出双窄脉冲的第一个脉冲，并实时生成双窄脉冲的第二个脉冲，将双窄脉冲输出给整流逆变桥I的整流桥I或整流逆变桥II的整流桥II，退出。优选地，所述将同步交流电压通过软件锁相环获得相位信号的详细步骤包括：S1)对同步交流电压进行坐标转换，将同步交流电压进行Clark变换和Park变换，即将三相静止abc坐标系的电压变量变换成两相静止αβ坐标系，再从两相静止αβ坐标系变换到同步旋转dq坐标系的电压变换，通过如式(5)所示函数表达式对两相静止αβ坐标系中的电压分量vα和vβ对d轴进行投影，得到真实相角与估算相角之差△θ；△θ＝vαcosθ+vβsinθ(5)式(5)中，△θ表示真实相角与估算相角之差，vα和vβ为两相静止αβ坐标系的两个分量，θ表示真实相角；S2)将计算得到的真实相角与估算相角之差△θ经过离散数字低通滤波器，得到估算的d轴电压纹波和噪声ed；S3)将离散数字低通滤波器输出的估算的d轴电压纹波和噪声ed通过数字离散PI控制器；S4)将数字离散PI控制器的输出与同步电网旋转角度ωN叠加后再通过积分器进行积分处理得到相位信号。优选地，步骤S2)中离散数字低通滤波器的输入输出关系如式(6)所示；θ(N)＝m△θ(N)+(1-m)θ(N-1)(6)式(6)中，θ(N)是本次的滤波输出值，m为滤波系统系数，△θ(N)为本次折算的相角偏差，θ(N-1)是上次的滤波输出值。优选地，步骤S3)中数字离散PI控制器的输入输出关系如式(14)所示；式(14)中，u(n)表示第n次采样时刻数字离散PI控制器的输出值，e(n)表示第n次采样时刻输入的偏差值，Ts表示采样周期，Kp为比例系数，Ki＝KpTs/TI为积分系数，n表示采样序列。优选地，所述标幺化具体是指将输入电压转化为无符号整数，使得输入电压一个周期内相位从0到2π直接线性对应无符号整数0～20000。本专利技术十二脉波电压型可逆整流装置具有下述优点：1、本专利技术十二脉波电压型可逆整流装置采用次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种十二脉波电压型可逆整流装置，其特征在于：包括主电路单元和控制单元，所述主电路单元包括次边两绕组Y‑△移相变压器、整流逆变桥I和整流逆变桥II，所述两绕组Y‑△移相变压器的次边两绕组输出端分别与整流逆变桥I和整流逆变桥II相连，所述整流逆变桥I和整流逆变桥II两者串联布置在正直流母线和负直流母线之间，所述整流逆变桥I包括相互反并联布置的整流桥I和逆变桥I，所述整流逆变桥II包括相互反并联布置的整流桥II和逆变桥II，所述整流桥I和整流桥II构成12脉波整流器，所述逆变桥I和逆变桥II构成12脉波逆变器，所述控制单元的高速脉冲输出端分别通过晶闸管驱动板与整流桥I、逆变桥I、整流桥II、逆变桥II的晶闸管控制端相连。

【技术特征摘要】
1.一种十二脉波电压型可逆整流装置，其特征在于：包括主电路单元和控制单元，所述主电路单元包括次边两绕组Y-△移相变压器、整流逆变桥I和整流逆变桥II，所述两绕组Y-△移相变压器的次边两绕组输出端分别与整流逆变桥I和整流逆变桥II相连，所述整流逆变桥I和整流逆变桥II两者串联布置在正直流母线和负直流母线之间，所述整流逆变桥I包括相互反并联布置的整流桥I和逆变桥I，所述整流逆变桥II包括相互反并联布置的整流桥II和逆变桥II，所述整流桥I和整流桥II构成12脉波整流器，所述逆变桥I和逆变桥II构成12脉波逆变器，所述控制单元的高速脉冲输出端分别通过晶闸管驱动板与整流桥I、逆变桥I、整流桥II、逆变桥II的晶闸管控制端相连。2.根据权利要求1所述的十二脉波电压型可逆整流装置，其特征在于：所述整流逆变桥I的整流桥I和逆变桥I设有共同的交流电流互感器、电压互感器和直流电压传感器，所述整流逆变桥II的整流桥II和逆变桥II设有共同的交流电流互感器、电压互感器、直流电压传感器。3.根据权利要求2所述的十二脉波电压型可逆整流装置，其特征在于：所述控制单元包括实时处理器(21)、模块机箱(22)、同步数据采集模块(23)、通讯接口(24)和高速脉冲输出模块(25)，所述模块机箱(22)中设有FPGA背板，所述FPGA背板通过背板总线和实时处理器(21)相连，所述同步数据采集模块(23)、通讯接口(24)和高速脉冲输出模块(25)插设于模块机箱(22)的插槽中，所述FPGA背板的输入端通过同步数据采集模块(23)分别与各个整流逆变模块(12)的交流电流互感器、电压互感器和直流电压传感器相连，所述FPGA背板通过背板总线和高速脉冲输出模块(25)相连，所述高速脉冲输出模块(25)包含24路输出端，其中12路输出端通过晶闸管驱动板和整流桥I及逆变桥I的晶闸管控制端相连、其余12路输出端通过晶闸管驱动板和整流桥II及逆变桥II的晶闸管控制端相连。4.根据权利要求1所述的十二脉波电压型可逆整流装置，其特征在于：所述主电路单元和控制单元布置于屏柜单元中，所述屏柜单元包括三个深度一致且依次排列布置的屏柜A、屏柜B和屏柜C，整流桥I、整流桥II均布置于屏柜A中，逆变桥I、逆变桥II均布置于屏柜C中，所述屏柜B包括上室B1和下室B2，所述控制单元布置于上室B1中，所述下室B2中设有用于连接至整流桥I、逆变桥I、整流桥II、逆变桥II的主回路的机车电缆，所述控制单元通过机车电缆柔性连接至整流桥I、逆变桥I、整流桥II、逆变桥II的主回路，屏柜A、屏柜B和屏柜C三者中相邻的两者之间以及上室B1和下室B2之间设有金属隔板。5.一种权利要求1～4中任意一项所述十二脉波电压型可逆整流装置的控制方法，其特征在于实施步骤包括：1)针对整流逆变桥I和整流逆变桥II，将直流电压和给定直流电压分别进行标幺化后得到电压偏差；2)对电压偏差进行死区限制；3)针对死区限制后的电压偏差，判断电压偏差是否超过预设的逆变门槛值，如果超过逆变门槛值，则跳转执行步骤4)；否则，跳转执行步骤5)；4)针对死区限制后的电压偏差，判断电压偏差是否超过预设的过压门槛值，如果超过过压门槛...

【专利技术属性】
技术研发人员：周亚雄，熊颉，程浩，黎凯平，涂嵩，杜贵益，杨正华，肖泉华，黄志国，李怡文，
申请(专利权)人：株洲中车时代装备技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43