电力变换技术中的波形连续变换方法技术

本发明专利技术涉及一种电力变换技术中的波形连续变换方法，可应用于闭环或开环控制的高电压电力变换系统中。分别通过计算系统的实际输出频率值和设置系统最终运转频率值，由压频曲线或由模糊算法得到输出的线电压峰值，再根据线电压峰值的取值范围调整主控制器的算法，从而计算三相实时的输出量。本方法在保证线电压为正弦的前提下可连续调节相电压输出波形的形状，实现无级变化，保证逆变单元的最高电压利用率和最佳线电压波形和最小的谐波。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力变换技术，更确切地说是涉及一种波形连续变换方法。在电力变换
中，变换器或逆变器的作用是将直流电变换为交流电输出，其具体的变换方法通常有两种，一种是普通的正弦波调制方法，另一种就是电压矢量控制方法(VVC方法)。在这两种方法中，正弦波调制方法可以实现线电压和相电压均为正弦，而在电压矢量控制方法中，其相电压不是正弦但线电压为正弦，它的优点是电压利用率(输出线电压与相电压的峰值的比值)比正弦波调制方法提高15％，可达到2。上述两种电力变换技术中，其波形变换技术的电压利用率是非连续性的，若单纯采用正弦波调制方法，在低频低压时只能采用脉宽调制，输出谐波大，而在高频高压时又很难实现所要的高压；若单纯采用VVC方法，虽然可解决高频高压时的输出量问题，但低频低压时输出谐波较前一方法更严重。波形连续变换技术是一种连续调节相电压输出波形的技术，通过对相电压输出波形进行相应变形而保持线电压输出为正弦波不变，因而可保证最优的设备利用率和逼真的波形输出。本专利技术的目的是设计一种，实现电压利用率在1.15-2之间连续调节，从而自始至终保证逆变单元的最高利用率和最佳线电压波形输出和最小的谐波。本专利技术的方法可以这样实现，一种，应用于闭环控制系统中，其特征在于包括以下步骤a．在设备的主控单元中预置一个被控对象的输出量设定值，在设备运行中动态检测被控对象的实际输出量值，并采集输送至主控单元；b．主控单元将采集的实际输出量值与预置的设定量值相比较，并根据比较结果确定电力变换系统的实际输出频率值F，再计算ω=2πFc．根据预先设定的压频曲线或根据模糊算法获得电力变换系统输出的线电压峰值Ul；d．根据已知每相中最大可用叠加单元个数N及电力变换系统中已确定的中间直流电压值Ud，和根据线电压峰值Ul的取值范围选择主控单元的算法，计算实时的三相输出电压UA(t)、UB(t)、UC(t)；e．根据计算出的三相输出电压UA(t)、UB(t)、UC(t)的瞬时值，与功率单元模块的中间直流电压值Ud相比较，确定相应相各逆变单元的输出状态为正或负或零。本专利技术的方法也可以这样实现，另一种，应用于开环控制系统中，其特征在于包括以下步骤a．在设备的主控单元中，通过人机界面设置一个设定频率值Fm，电力变换系统起动后逐渐加速到Fm；b．按照系统的实际输出频率值F，并根据预先设定的压频曲线或根据模糊算法获得输出的线电压峰值Ul；c．根据已知每相中最大可用叠加单元个数N及电力变换系统中已确定的中间直流电压值Ud，和根据线电压峰值Ul的取值范围选择主控单元的算法，计算实时的三相输出电压UA(t)、UB(t)、UC(t)；d．根据计算出的三相输出电压UA(t)、UB(t)、UC(t)的瞬时值，与功率单元模块的中间直流电压值相比较，确定相应相各逆变单元的输出状态为正或负或零。本专利技术的波形连续变换方法，在保证线电压为正弦的前提下可以连续调节相电压输出波形的形状，根据输出线电压的幅值要求和每一相的最大可用的单元模块的数目，相电压的输出波形的形状从“瘦”逐渐变“胖”，其变化是无级的而不是普通变换方法中的只取几个点的有级调节方法，可以实现电压利用率在1.15-2之间连续调节，实现了在整个线电压变化范围内每一相自始至终都有最大数目的功率单元模块参加叠加和利用现有设备实现尽可能大的线电压输出，从而保证逆变单元的最高利用率和最佳线电压波形的输出和最小的谐波。下面结合实施例及附图进一步说明本专利技术的方法。附图说明图1是一种采用功率单元模块叠加技术的高压变频器结构原理框图。图2是采用本专利技术波形连续变换技术的波形变换过程示意图。参见图1，图中示出的高压变频器所采用的交直流功率变换方法不是传统的整体变换方法，而是利用电位叠加原理，采用中间交、直流电压的电力变换方法，即无论整机输入是交流电还是直流电，均将其变换成一定路数的彼此间电位独立的中间交流电，再分别整流滤波后形成相同路数的中间直流电，最后通过串联逆变电桥并按一定规律叠加，输出所需的单相交流电、三相交流电或直流电。采用该交直流功率变换方法的系统主电路是采用单元模块叠加并以其中任一模块作小范围脉宽调制(PWM)的方法来调节输出电压的，与单纯采用PWM的方法相比较，该方法可使谐波成份大为降低，其原因就是因为采用了堆波的方式，参与堆波叠加的模块越多，其输出的波形也越逼真。由于高压变频器的输出需保证一定的压频比(恒定或可调，由负载力矩变化曲线决定)，因而低频输出时，其输出电压需相应降低。如果采用单一的调制方法，必然导致在低频时参与叠加的模块数降低，当低到一定程度时则只能单纯采用PWM方法来调节电压。故，我们希望在低频低压时有尽量多的单元模块参与堆波，即采用电压利用率尽量低的调制方法；而出于对系统输出容量的考虑，又希望在现有设备的条件下输出尽量高的电压，来应付输入电网电压偏低的情况，因而必须将电压利用率提高，要高于标准的正弦波调制方式，即在高频高压时要采用电压利用率高的调制方式。由以上两方面的考虑而导致了本专利技术的波形连续变换方法。图中高压变频器的主电路由A、B、C三相组成，每一相由功能结构完全相同的M个单元模块叠加而成，每一单元模块由整流单元、滤波单元和逆变单元(叠加电桥)组成。整机的控制主要由主控单元1负责，主控单元1完成整机的运行状态监控、参数计算、控制算法的实现及控制信号的输出。主控单元1根据本专利技术方法对某种运行算法的规定，完成各输出控制信号的计算和输出，控制每个单元模块的工作状态，从而在每一相输出端得到相应的输出波形。下面结合参见图2详细介绍本专利技术主控单元的算法。当输出线电压幅值要求较低，其输出线电压峰值为0≤Ul≤ 时，调整主控单元的算法，使A、B、C三相的输出相电压满足如下的规律 uB(t)=uA(t)·e-j2π3]]>uC(t)=uA(t)·e-j4π3]]>从而保证了三相间线电压为 式中所涉及的N为每相中最大可用叠加单元数，ω=2πF,F为系统的实际输出频率值，Ud为系统动态检测时的实际输出电压值。其输出波形如图2中①所示。当输出线电压峰值为233·N·Ud≤Ul≤3·N·Ud]]>时，调整主控单元的算法，使A、B、C三相的输出相电压满足如下的规律 uB(t)=uA(t)·e-j2π3]]>uC(t)=uA(t)·e-j4π3]]>而相应的线电压为 式中所涉及的T1、Us均为中间变量，其输出波形如图2中②所示。在该变化区间内，每一相均保证有最大可用的N个单元模块参与电压叠加，保证了完美的波形输出。上述(2)式中，当Ul=3·N·Ud]]>(即满足T1=π6,Us=Ul/3]]>)，此时，三相相电压和三相间线电压分别为 此时这一工作点就是前文所说的普通的正弦波调制方法，如图2中③所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力变换技术中的波形连续变换方法，应用于闭环控制系统中，其特征在于包括以下步骤：ａ．在设备的主控单元中预置一个被控对象的输出量设定值，在设备运行中动态检测被控对象的实际输出量值，并采集输送至主控单元；ｂ．主控单元将采集的实际输出 量值与预置的设定量值相比较，并根据比较结果确定系统的实际输出频率值Ｆ，再计算ω＝２πＦｃ．根据预先设定的压频曲线或根据模糊算法获得输出的线电压峰值Ｕ↓［ｌ］；ｄ．根据已知每相中最大可用叠加单元个数Ｎ及电力变换系统中已确定的中间直流电 压值Ｕｄ，和根据线电压峰值Ｕ↓［ｌ］的取值范围选择主控单元的算法，计算实时的三相输出电压Ｕ↓［Ａ］（ｔ）、Ｕ↓［Ｂ］（ｔ）、Ｕ↓［Ｃ］（ｔ）；ｅ．根据计算出的三相输出电压Ｕ↓［Ａ］（ｔ）、Ｕ↓［Ｂ］（ｔ）、Ｕ↓［Ｃ］（ｔ）的瞬时值，与功 率单元模块的中间直流电压值Ｕｄ相比较，确定相应相各逆变单元的输出状态为正或负或零。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马志刚，张皓，
申请(专利权)人：北京先行新机电技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]