一种开关型电网换流整流回馈系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种开关型电网换流整流回馈系统及其控制方法，属于电力电子变流技术领域，具体包括控制模块主要完成IGBT功率模块的触发控制，直流母线到电网的回馈功能；其中信号采集检测模块采集交直流电压和电流，并转换坐标系后，输送到电网同步锁相环模型跟踪并求出同步锁相角度θss，并按照触发逻辑开关扇区表，分配触发脉冲发送到功率模块；功率模块中由6个功率模块构成3相全桥整流回馈子模块，每个功率模块包含IGBT可关断器件和与之并联的二极管，6个二极管完成三相交流电压转换成直流电压，6个IGBT可关断器件完成直流母线回馈电网，其开通和关断与电网同步；本发明专利技术利用直流母线电压U

【技术实现步骤摘要】
一种开关型电网换流整流回馈系统及其控制方法
本专利技术属于电力电子变流
，具体涉及一种开关型电网换流整流回馈系统及其控制方法。
技术介绍
随着电力电子器件和变流器技术的发展，交流电源变成直流电源的技术在国民经济各行业得到迅猛发展，尤其在新能源、冶金和轨道交通等领域。常用的交-直整流系统有二极管整流、晶闸管半控整流、绝缘栅双极型晶体管(IGBT或IGCT)的有源前端整流AFE(ActiveFrontEnd)，也叫脉冲宽度调制PWM整流。二极管整流系统是不控三相全桥整流，结构简单、经济且运行可靠，但是能量不能回馈电网，可以通过在直流母线上增加制动单元和制动电阻消耗再生能量。这样，不仅增加庞大的设备，也不节能环保。晶闸管整流系统是半控三相全桥整流，每个桥臂由两只反并联的晶闸管组成，这种结构不仅能够实现能量回馈，还能实现四象限运行，直流母线电压可调且经济适用，但是存在当电网电压跌落时，能量回馈会出现逆变颠覆故障，造成系统过流，损坏器件。有源前端AFE整流系采用IGBT或集成门极换流晶闸管IGCT可控开关器件，通过电压外环和电流内环双闭环调节，可实现能量回馈，也可以避免逆变颠覆故障。但由于采用PWM调制方式，需要增加大型LC进线滤波器，总体价格较前两者昂贵，控制系统也较为复杂。针对上述几种整流电源特点，急需一种兼顾整流回馈功能和价格适中的回馈系统。
技术实现思路
针对上述问题；本专利技术提出了一种开关型电网换流整流回馈系统及其控制方法，能够兼顾整流和回馈功能，可以避免电网跌落时造成的逆变颠覆故障，其性能和价格都处于晶闸管整流系统与有源前端AFE整流系统之间，性价比高，控制方式简单，使用、维护方便。所述的开关型电网换流整流回馈系统，包括功率模块和控制模块。控制模块包括：操作及面板显示器，信号采集检测模块，核心处理模块，上位机和I/O逻辑控制模块；核心处理模块通过以太网连接上位机，通过DP网连接I/O逻辑控制模块；信号采集检测模块与核心处理模块相连，同时通过DP网连接操作及面板显示器；核心处理模块的故障输出以及参数计算也经过操作及面板显示器进行显示。核心处理模块包括：电网同步锁相环模型，以及与其相连的触发逻辑扇区表、故障保护监视模块和参数计算模块；信号采集检测模块采集的信号包括：交流进线的电压和电流信号，直流母线的电压信号以及开关器件的温度信号；将采集的进线电压Ua、Ub、Uc从三相坐标系转换为两相静止坐标系，得到两相电压矢量Uα和Uβ输送到电网同步锁相环模型，电网同步锁相环模型从静止α、β坐标系转换到同步旋转的d、q坐标系下，并求出电网的同步锁相角度θss，如果直流母线电压UDC激活控制有效，系统综合使能有效，此时，将电网同步锁相角度输送到触发逻辑扇区表，根据锁相角度，按照触发逻辑开关扇区表，分配触发脉冲并发送到功率模块；电网同步锁相环模型把相关参数输送到参数计算模块进行有功电流iq、无功电流id、有功功率，无功功率、总功率、功率因数、实际电流和直流母线电压UDC的计算，并将计算结果通过DP网在面板显示器上进行显示。如果直流母线电压UDC激活控制无效，封锁六个功率模块T1～T6；直流母线没有回馈功能。功率模块包括：三相主断路器QA，预充电三相接触器KZ和电阻R，进线电抗器L1，电流互感器CT，电压互感器PT，整流回馈子模块AC/DC，直流母线和直流电压互感器；三相接触器KZ串联三相电阻R构成预充电回路；I/O逻辑控制模块发出合闸/分闸指令控制三相主断路器QA以及预充电回路；同时三相主断路器QA以及预充电回路构成并联电路，一端连接三相交流进线A、B、C，另一端连接三相电抗器L1；进一步，三相主断路器QA通过I/O逻辑控制模块控制其分或合，将三相交流进线A、B、C进行接入；三相电抗器L1依次经三相电流互感器CT和三相电压互感器PT连接整流回馈子模块AC/DC；三相电流互感器CT副边形成交流电流ia、ib、ic，并传输到信号采集检测模块；三相电压互感器PT副边形成交流侧电压Ua、Ub、Uc，并传输到信号采集检测模块；整流回馈子模块AC/DC包括：六个IGBT功率模块、三只熔断器和一个驱动板；整流回馈子模块AC/DC的输出连接直流母线，同时，直流母线并联直流电压互感器；直流电压互感器检测直流母线的输出电压；直流母线为电容C1以及两个串联的均压电阻构成的并联电路。进一步，均压电阻用于直流母线的均压和能量泄放；直流电压互感器形成直流电压UDC，并输送给信号采集检测模块。所述的整流回馈子模块AC/DC的具体结构如下：每个IGBT功率模块都包括：一个IGBT及与其并联的二极管，每两只功率模块构成每一相的上下两个桥臂，共形成六个功率模块T1～T6，完成三相全桥整流及回馈电路，其中的二极管完成三相交流电压转换成直流电压，IGBT完成直流母线到电网的回馈功能；驱动板接收触发逻辑扇区表发送的六路触发脉冲，并进行整形、放大和驱动后，分别输出给6个功率模块T1～T6，对其中的IGBT发出导通和关断信号；同时6个功率模块的导通和关断状态通过光纤反馈给核心处理模块；经三相电压互感器PT输入整流回馈子模块AC/DC的电压，首先经过三相熔断器FU与三相全桥整流及回馈电路进行连接，具体为：A相熔断器FU1接开关器件T1阳极与开关器件T2阴极连接点，B相熔断器FU2接开关器件T3阳极与开关器件T4阴极连接点，C相熔断器FU3接开关器件T5阳极与开关器件T6阴极连接点，开关器件T1、T3和T5的阴极连接在一起输出直流母线DC+，开关器件T2、T4和T6的阳极连接在一起输出直流母线DC-，直流母线DC+和DC-之间是直流电压互感器；所述的触发逻辑开关扇区表包括内圆圈和外圆圈，内圆圈包括3个扇区：T1、T3和T5形成上桥臂；外圆圈也包括三个扇区：T2、T4和T6，为下桥臂；内圆圈与外圆圈为同心圆，内圆圈的3个扇区与外圆圈的3个扇区交错，外圆圈外为与其同心的正六边形，正六边形6个顶点从0°到360°，间隔60°逆时针分布，分别对应六个开关器件的触发角度及时序，具体为：正六边形0°顶点到圆心的连线与开关器件T4和T6的分界线重合，正六边形60°顶点到圆心的连线与开关器件T1和T3的分界线重合，正六边形120°顶点到圆心的连线与开关器件T6和T2的分界线重合，正六边形180°顶点到圆心的连线与开关器件T3和T5的分界线重合，正六边形240°顶点到圆心的连线与开关器件T2和T4的分界线重合，正六边形300°顶点到圆心的连线与开关器件T5和T1的分界线重合；所述的开关型电网换流整流回馈系统的控制方法，具体步骤如下：步骤一、将整个开关型电网换流整流回馈系统的功率模块和控制模块的各部分连接好，通电后合闸预充电回路和三相主断路器QA；步骤二、三相交流进线电压依次经过三相电抗器L1，三相电流互感器CT和三相电压互感器PT输入到整流回馈子模块AC/DC，经过不同的开关器件完成整流后，直流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关型电网换流整流回馈系统，包括功率模块和控制模块，其特征在于：所述的控制模块包括：操作及面板显示器，信号采集检测模块，核心处理模块，上位机和I/O逻辑控制模块；/n核心处理模块包括：电网同步锁相环模型，以及与其相连的触发逻辑扇区表、故障保护监视模块和计算参数模块；/n信号采集检测模块采集的信号包括：交流进线的电压和电流信号，直流母线的电压信号以及开关器件的温度信号；将采集的进线电压Ua、Ub、Uc从三相坐标系转换为两相静止坐标系，得到两相电压矢量Uα和Uβ输送到电网同步锁相环模型，电网同步锁相环模型从静止α、β坐标系转换到同步旋转的d、q坐标系下，并求出电网的同步锁相角度θss，如果直流母线电压U

【技术特征摘要】
1.一种开关型电网换流整流回馈系统，包括功率模块和控制模块，其特征在于：所述的控制模块包括：操作及面板显示器，信号采集检测模块，核心处理模块，上位机和I/O逻辑控制模块；
核心处理模块包括：电网同步锁相环模型，以及与其相连的触发逻辑扇区表、故障保护监视模块和计算参数模块；
信号采集检测模块采集的信号包括：交流进线的电压和电流信号，直流母线的电压信号以及开关器件的温度信号；将采集的进线电压Ua、Ub、Uc从三相坐标系转换为两相静止坐标系，得到两相电压矢量Uα和Uβ输送到电网同步锁相环模型，电网同步锁相环模型从静止α、β坐标系转换到同步旋转的d、q坐标系下，并求出电网的同步锁相角度θss，如果直流母线电压UDC激活控制有效，系统使能有效(系统无故障，无急停操作)，则综合使能有效，此时，将电网同步锁相角度输送到触发逻辑扇区表，根据锁相角度，按照触发逻辑开关扇区表，分配触发脉冲并发送到功率模块；电网同步锁相环模型把相关参数输送到参数计算模块进行有功电流iq、无功电流id、有功功率，无功功率、总功率、功率因数、实际电流和直流母线电压UDC的计算，并将计算结果通过DP网在面板显示器上进行显示；
功率模块包括：三相主断路器QA，预充电回路，进线电抗器L1，电流互感器CT，电压互感器PT，整流回馈子模块AC/DC，直流母线和直流电压互感器；
I/O逻辑控制模块发出合闸/分闸指令控制三相主断路器QA以及预充电回路，通过三相电抗器L1依次经三相电流互感器CT和三相电压互感器PT连接整流回馈子模块AC/DC；
整流回馈子模块AC/DC的输出连接直流母线，同时，直流母线并联直流电压互感器；直流电压互感器形成直流电压UDC，输送给信号采集检测模块；
整流回馈子模块AC/DC包括：六个IGBT功率模块、三只熔断器和一个驱动板；
每个IGBT功率模块都包括：一个IGBT及与其并联的二极管，每两只功率模块构成每一相的上下两个桥臂，共形成六个功率模块T1～T6，完成三相全桥整流及回馈电路，其中的二极管完成三相交流电压转换成直流电压，IGBT完成直流母线到电网的回馈功能；
经三相电压互感器PT输入整流回馈子模块AC/DC的电压，首先经过三相熔断器FU与三相全桥整流及回馈电路进行连接，具体为：A相熔断器FU1接开关器件T1阳极与开关器件T2阴极连接点，B相熔断器FU2接开关器件T3阳极与开关器件T4阴极连接点，C相熔断器FU3接开关器件T5阳极与开关器件T6阴极连接点，开关器件T1、T3和T5的阴极连接在一起输出直流母线DC+，开关器件T2、T4和T6的阳极连接在一起输出直流母线DC-，直流母线DC+和DC-之间是直流电压互感器。


2.如权利要求1所述的一种开关型电网换流整流回馈系统，其特征在于：所述的核心处理模块通过以太网连接上位机，通过DP网连接I/O逻辑控制模块；信号采集检测模块与核心处理模块相连，同时通过DP网连接操作及面板显示器；核心处理模块的故障输出以及参数计算也经过操作及面板显示器进行显示。


3.如权利要求1所述的一种开关型电网换流整流回馈系统，其特征在于：所述的预充电回路由三相接触器KZ串联三相电阻R构成。


4.如权利要求1所述的一种开关型电网换流整流回馈系统，其特征在于：所述的三相主断路器QA以及预充电回路构成并联电路，一端通过控制三相开关的开或合将三相交流进线A、B、C进行接入；另一端连接三相电抗器L1。


5.如权利要求1所述的一种开关型电网换流整流回馈系统，其特征在于：所述的直流母线为电容C1以及两个串联的均压电阻构成的并联电路。


6.如权利要求1所述的一种开关型电网换流整流回馈系统，其特征在于：所述的驱动板接收触发逻辑扇区表发送的六路触发脉冲，并进行整形、放大和驱动后，分别输出给6个开关器件T1～T6发出导通和关断信号；同时6个开关器件的导通和关断状态通过光纤反馈给核心处理模块。


7.如权利要求1所述的一种开关型电网换流整流回馈系统，其特征在于：所述的触发逻辑开关扇区表包括内圆圈和外圆圈，内圆圈包括3个扇区：T1、T3和T5形成上桥臂；外圆圈也包括三个扇区：T2、T4和T6，为下桥臂；内圆圈与外圆圈为同心圆，内圆圈的3个扇区与外圆圈的3个扇区交错，外圆圈外为与其同心的正六边形，正六边形6个顶点从0°到360°，间隔60°逆时针分布，分别对应六个开关器件的触发角度及时序，具体为：正六边形0°顶点到圆心的连线与开关器件T...

【专利技术属性】
技术研发人员：许海涛，姚福君，郭艳兵，吕少鹏，薛士凡，
申请(专利权)人：北京金自天正智能控制股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11