一种带功率前馈的可控整流/逆变控制方法、装置及一种高压变频器制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种带功率前馈的可控整流/逆变控制方法、装置及一种高压变频器，其中，所述带功率前馈的可控整流/逆变控制方法包括：获取功率单元直流母线电压指令值与实时采样值；将所述功率单元直流母线电压指令值与实时采样值经由PID控制器产生的电路调节量与由瞬时功率前馈产生的电流调节量相加，得到电流控制量；获取三相输入电压实时相位的正弦值；根据所述电流控制量与三相输入电压实时相位的正弦值，获取电流控制指令值；获取功率单元输入侧三相电流实时采样值；将所述电流控制指令值与所述功率单元输入侧三相电流实时采样值进行滞环比较控制，输出6路开关控制信号，功率单元驱动单元前端的IGBT三相桥进行整流运行或者回馈运行。

【技术实现步骤摘要】
一种带功率前馈的可控整流/逆变控制方法、装置及一种高压变频器
本专利技术涉及高压变频
，尤其涉及一种带功率前馈的可控整流/逆变控制方法、装置及一种高压变频器。
技术介绍
在高压变频领域，传统的单元串联高压变频器的功率单元输入侧采用二极管不控整流桥结构，输出侧采用单相H型IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)逆变桥，各相单元输出侧串联，最终形成三相高压逆变输出电压。传统单元串联高压变频器拥有结构成熟可靠，系统输入及输出谐波很小，输出电压等级可灵活配置等优点，因此在实际工程中得到广泛的应用。然而，因为传统单元串联结构中单元前端输入侧采用了不控整流桥，所以使得能量只能单向流动，无法将电机再生电能回馈电网，因此在很多实际应用中存在一定的问题和局限，例如：负载电机无法应用于需四象限运行场合、负载电机减速制动产生再生电能造成的单元直流母线泵生电压问题。然而，现有技术方案中为实现高压变频系统四象限运行，提出了PWM（PulseWidthModulation，脉冲宽度调制）整流方案，该方案中功率单元前端的二极管整流桥被IGBT替代，以提供能量回馈通道，其功率单元拓扑结构如图1所示，其控制算法系统结构如图2所示。该系统的控制算法结构为双闭环结构，其中母线电压环为外环，其反馈控制保持功率单元直流母线的稳定，电流环为内环，其反馈控制保证输入电流实时跟随指令信号。现有PWM整流方案的控制系统中，母线电压指令值与实际值Udc的差值进入PID调节器，得到电流在同步旋转坐标系下的d轴分量指令值值的正负决定了功率单元前端的能量流向，当为正时，功率单元前端工作于可控整流状态，能量流向单元后端，反之，功率单元前端工作于可控逆变状态，能量从单元后端回馈到前端。电流在该坐标系下的q轴分量指令值往往直接给出，对于单位功率因数PWM整流来讲，而与分别与实际电流在同步旋转坐标系下的分量id与iq（由实际电流iabc经过Park变换得到）进行比较，其差值分别进入PID调节器，获得功率单元前端IGBT三相桥的控制电压指令值与再经Park反变换得到三相静止坐标系下控制指令值然后据此计算IGBT的开关信号，对IGBT三相桥进行整流控制。该控制系统中，Park变换与反变换所需的相位信息，通过对功率单元前端电压检测得到。从以上所述控制系统结构设计中可以知道，该控制结构中包含多个PID调节器，并且涉及Park变换与反变换，从而使得设计相对复杂；且PWM整流控制常常应用于直流负载场合，所以其控制结构无法抑制交流负载的瞬时波动，而交流负载的瞬时波动会引起直流母线电压的波动，影响系统输出稳定；为抑制母线电压波动只能加大直流侧电容，增加了成本；现有技术控制结构从功率单元前端电压获取电压相位信号，所以需要在单元控制电路中增加相应传感器及采样电路，增加了单元控制电路的成本，降低了可靠性。在实现现有所述的高压变频系统四象限运行过程中，专利技术人发现现有技术中存在如下问题：传统单元串联高压变频器由于单元前端的不控整流桥，无法使能量双向流动，所以在实际应用中存在诸如负载电机无法四象限运行，电机减速制动再生能量造成的单元直流母线泵生电压的局限和问题，现有技术中为解决这一问题有采用泄放（或者刹车）电阻释放再生能量的方案，不过此方案存在泄放电阻发热严重，可靠性差，以及能量浪费等问题。此外，对于单元串联高压变频器的功率单元拓扑结构而言，由于各功率单元后端为单相逆变输出，其交流输出不像三相输出那么稳定，前者的输出功率瞬时值为周期脉动的，因而会对单元直流母线电压产生扰动冲击，使高压变频器最终的变频输出不稳定，从而直接影响高压变频器的系统输出性能及稳定性；为抑制母线电压的波动往往需要较大的直流电容，这又为产品成本控制增加了压力。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种带功率前馈的可控整流/逆变控制方法、装置及一种高压变频器。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：一种带功率前馈的可控整流/逆变控制方法，包括：获取功率单元直流母线电压指令值与实时采样值；将所述功率单元直流母线电压指令值与实时采样值的比对误差，经由PID控制器产生的电路调节量与由瞬时功率前馈产生的电流调节量相加，得到电流控制量；获取功率单元三相输入侧电压同步信号相位的正弦值；根据所述电流控制量与所述功率单元三相输入侧电压同步信号相位的正弦值，获取电流控制指令值；获取功率单元输入侧三相电流实时采样值；将所述电流控制指令值与所述功率单元输入侧三相电流实时采样值进行滞环比较控制，输出6路开关控制信号，功率单元驱动单元前端的IGBT三相桥进行整流运行或者回馈运行。一种带功率前馈的可控整流/逆变控制装置，包括：信息获取单元，用于获取功率单元直流母线电压指令值与实时采样值，功率单元三相输入侧电压同步信号相位的正弦值以及功率单元输入侧三相电流实时采样值；控制量获取单元，用于将所述功率单元直流母线电压指令值与实时采样值的比对误差，经由PID控制器产生的电路调节量与由瞬时功率前馈产生的电流调节量相加，得到电流控制量；指令值获取单元，用于根据所述电流控制量与所述功率单元三相输入侧电压同步信号相位的正弦值，获取电流控制指令值；信号输出单元，用于将所述电流控制指令值与所述功率单元输入侧三相电流实时采样值进行滞环比较控制，输出6路开关控制信号，功率单元驱动单元前端的IGBT三相桥进行整流运行或者回馈运行。一种高压变频器，，由移相变压器、功率单元、主控制器构成；其中，所述功率单元通过所述功率单元的控制电路中所述带功率前馈的可控整流/逆变控制装置实现能量的自由双向流动，系统可四象限运行；所述主控制器对所述移相变压器原边电压及电机电流采样，并将所述功率单元输入侧电压同步信号及系统输出对应相的瞬时功率前馈通过光纤下发至功率单元的控制电路。本专利技术实施例提供的一种带功率前馈的可控整流/逆变控制方法、装置及一种高压变频器，通过获取功率单元直流母线电压指令值与实时采样值；将所述功率单元直流母线电压指令值与实时采样值经由PID控制器产生的电路调节量与由瞬时功率前馈产生的电流调节量相加，得到电流控制量；获取三相输入电压实时相位的正弦值；根据所述电流控制量与三相输入电压实时相位的正弦值，获取电流控制指令值；获取功率单元输入侧三相电流实时采样值；将所述电流控制指令值与所述功率单元输入侧三相电流实时采样值进行滞环比较控制，输出6路开关控制信号，功率单元驱动单元前端的IGBT三相桥进行整流运行或者回馈运行。采用本专利技术实施例提供的带功率前馈的可控整流/逆变控制方法、装置及一种高压变频器在完好的保持传统功率单元串联高压变频器优点的基础上，实现了四象限运行功能，并且可将负载电机再生能量回馈电网，提高能源利用率；此外，带功率前馈的可控整流/逆变控制方法带瞬时功率前馈，有效降低输出功率的周期扰动对功率单元直流母线电压的影响，进而改善系统整体输出电压的性能，或者，在保证输出性能一致的前提下，可以酌情降低功率单元直流母线电容容量，进而更好的控制成本。附图说明图1为现有技术中PWM整理方案中功率单元的拓扑结构图；图2为现有技术中PWM整理方案中功率单元的控制算法系统结构图；图3为本专利技术实施例提供的一种带功率前馈的可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带功率前馈的可控整流/逆变控制方法,其特征在于,包括：获取功率单元直流母线电压指令值与实时采样值；将所述功率单元直流母线电压指令值与实时采样值的比对误差，经由PID控制器产生的电路调节量与由瞬时功率前馈产生的电流调节量相加，得到电流控制量；获取功率单元三相输入侧电压同步信号相位的正弦值；根据所述电流控制量与所述功率单元三相输入侧电压同步信号相位的正弦值，获取电流控制指令值；获取功率单元输入侧三相电流实时采样值；将所述电流控制指令值与所述功率单元输入侧三相电流实时采样值进行滞环比较控制，输出6路开关控制信号，功率单元驱动单元前端的IGBT三相桥进行整流运行或者回馈运行。

【技术特征摘要】
1.一种带功率前馈的可控整流/逆变控制方法,其特征在于,包括：获取功率单元直流母线电压指令值与实时采样值；将所述功率单元直流母线电压指令值与实时采样值的比对误差，经由PID控制器产生的电路调节量与由瞬时功率前馈产生的电流调节量相加，得到电流控制量；获取功率单元三相输入侧电压同步信号相位的正弦值；根据所述电流控制量与所述功率单元三相输入侧电压同步信号相位的正弦值，获取电流控制指令值；获取功率单元输入侧三相电流实时采样值；将所述电流控制指令值与所述功率单元输入侧三相电流实时采样值进行滞环比较控制，输出6路开关控制信号，功率单元驱动单元前端的IGBT三相桥进行整流运行或者回馈运行；所述功率单元三相输入侧电压同步信号，由高压变频系统的主控制器通过对移相变压器原边电压采样，并根据移相变压器原副边相位对应关系获得，再通过光纤通讯电路而获取。2.根据权利要求1所述的带功率前馈的可控整流/逆变控制方法，其特征在于，根据所述电流控制量与三相输入电压实时相位的正弦值，获取电流控制指令值的步骤，具体为：根据所述电流控制量与三相输入电压实时相位的正弦值相乘，获取电流控制指令值。3.根据权利要求2所述的带功率前馈的可控整流/逆变控制方法，其特征在于，所述瞬时功率前馈，由高压变频系统的主控制器通过对电机对应相的电流采样，再与对应相的输出电压相乘，然后除以单元级数N与功率单元输入侧电压幅值的乘积获取到，N≥1。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的带功率前馈的可控整流/逆变控制方法，其特征在于，所述带功率前馈的可控整流/逆变控制方法，在系统负载电机处于电动状态时，功率单元前端处于可控整流状态，能量从电网流入负载电机；在负载电机处于再生发电状态时，功率单元前端处于可控逆变状态，能量从负载电机回馈电网，在运行过程中，功率单元母线电压保持恒定。5.一种带功率前馈的可控整流/逆变控制装置，其特征在于,包括：信息获取单元，用于获取功率单元直流母线电压指令值与实时采样值，功率单元三相输入侧电压同步信号相位的正弦值以及功率单元输入侧三相电流实时采样值；控制量获取单元，用于将所述功率单元直流母线电压指令值与实时采样值的比对误差，经由PID控制器产生的电路调节量与由瞬时功率前馈产生的电流调节量相加，得到电流控制量；指令值获取单元，用于根据所述电流控制量与所述功率单元三相输入侧电压同步信号相位的正弦值，获取电流控制指令值；信号输出单元，用于将所述电流控制指令值与所述功率单元输入侧三相电流实时采样值进行滞环比较控制，输出6路开关控制信号，功率单元驱动单元前端的IGBT三相桥进行整流运行或者回馈运行；所述功率单元三相输入侧电压同步信号，由高压变频系统的主控制器通过对移相变压器原边电压采样，并根据移相变压器原副边相位对应关系获得，再通过光纤通讯电路而获取。6.根据权利要求5所述的带功率前馈的可控整流/逆变控制装置，其特征在于，所述指令值获取单元，具体用于根据所述电流控制量与三相输入电压实时相位的正弦值相乘...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑翔，
申请(专利权)人：北京动力源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：