CN105281621A - 静止变频器功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了静止变频器功率控制方法，当静止变频器工作在弱磁区域时，引入以网桥触发角余弦值为控制目标的辅助控制环，控制目标定值整定，并将其输出叠加于机端电压参考值，实现静止变频器机网协调的优化功率控制。当在静止变频器系统进入弱磁工作区以后，启动辅助控制环，对网桥触发角度的余弦值U_K进行闭环PI控制，参考值可定值整定。本发明的有益效果是：在满足系统输出功率的前提下，减小了对直流回路电流的需求，同时兼顾了中压电源幅值波动的影响；方便软件实现，便于工程调试。

Description

静止变频器功率控制方法

技术领域

本发明涉及静止变频器拖动发电机组启动过程中的静止变频器功率控制方法。

背景技术

如图1所示，静止变频器拖动发电机组启动过程中，当机组转速超过设计的基值，系统将进入弱磁区，静止变频器系统进入功率控制模式。

在需要长时间连续运行的场合，在系统输出功率一定的前提下，为了充分利用静止变频器的一次电压设计裕量，可适当抬高机端电压参考值，提高机侧直流电压U_di，进而可降低静止变频器的直流电流。这不仅能减少一次回路的功率损耗，还利于晶闸管换相，对系统的安全可靠运行有意义。

然而，考虑到系统中压电源的幅值存在波动，如果机侧直流电压U_di高于网侧直流电压U_dr，会影响系统的功率传输与安全运行。因此，在提升机端电压的同时，需要考虑静止变频器机桥与网桥的协调控制，防止网桥触发角度限幅，导致回路电流失控。

发明内容

本发明的目的是：通过引入静止变频器的网桥触发角余弦值闭环控制，实现一种机网协调的抗中压电源波动功率优化控制。

本发明采取的技术方案是：静止变频器功率控制方法，其特征是：当静止变频器工作在弱磁区域时，引入以网桥触发角余弦值为控制目标的辅助控制环，控制目标定值整定，并将其输出叠加于机端电压参考值。

进一步的，当在静止变频器系统进入弱磁工作区以后，启动辅助控制环，对网桥触发角度的余弦值U_K进行闭环PI控制，参考值可定值整定。

进一步的，U_K控制辅环的输出，叠加到原有机端电压控制环的参考值上，并设置电压参考值设置最大限幅。

进一步的，当电机转速超过弱磁转速，静止变频器进入弱磁区运行，系统切换至功率闭环控制模式；其中，功率参考值为P_ref，P_ref来自转速闭环计算或定值曲线；

引入控制辅环，以网桥触发角余弦值U_K＝cos(α)为直接控制目标，其调节器AKR的闭环计算输出为U_{M_ref2}，参考值U_{K_ref}可定值整定；

将U_{M_ref2}叠加于发电机电压控制环的参考值U_{M_ref}，并得到新的参考值U'_{M_ref}；为了保证机桥晶闸管的安全可靠运行，设置限幅值U_{M_max}。在整个过程中，为保证换相安全，机桥侧采用恒换流剩余角度触发策略；

如式①所示，计算机桥侧直流电压U_di，得到电流参考值I_ref＝P_ref/U_di；

$U_d=1.35Ucos\mathrm{\α}+\frac{3{\mathrm{\ωL}}_c}{\mathrm{\π}}{I}_d$ 式①

上式中，U_d为晶闸管三相全控桥直流侧电压，U为交流侧线电压有效值，α为触发角度，ω为交流侧电压角频率，L_c为换相电感，I_d为回路电流；

当网桥触发角余弦值U_K大于参考值U_{K_ref}，在辅助环AKR的作用下，机桥侧直流电压缓慢升高；为了维持回路电流，在自动电流调节器ACR的作用下，U_K将增大，并趋于参考值；同时，功率外环会适当降低回路电流参考值；

当中压电源电压降低时，在自动电流调节器ACR的作用下，U_K将增大，当其大于U_{K_ref}时，辅助控制环将适当的降低机端压参考值，保证网桥触发角度不超过最小限制值；同时，功率外环会适当提高回路电流参考值，以满足功率需求。

本静止变频器功率控制方法，当静止变频器进入弱磁区运行，系统切换至功率闭环控制模式；其中，功率参考值为P_ref，P_ref来自转速闭环计算或定值曲线。引入控制辅环，以网桥触发角余弦值U_K＝cos(α)为直接控制目标，其调节器AKR的闭环计算输出为U_{M_ref2}，如图2所示，参考值U_{K_ref}可定值整定。将U_{M_ref2}叠加于发电机电压控制环的参考值U_{M_ref}，并得到新的参考值U'_{M_ref}。为了保证机桥晶闸管的安全可靠运行，设置限幅值U_{M_max}。

本发明的有益效果是：在满足系统输出功率的前提下，减小了对直流回路电流的需求，同时兼顾了中压电源幅值波动的影响；方便软件实现，便于工程调试。

附图说明

图1是静止变频器启动主回路示意图；

图2是本发明控制方法示意图。

图1中：

ICB为输入断路器；

TLS为输入变压器；

DS为输出刀闸；

G为被拖动发电机；

Ld为平波电抗器；

CLS为6脉波网侧晶闸管变流器；

CMS为6脉波机侧晶闸管变流器；

PT1为网侧电压互感器组；

PT2为机侧电压互感器组；

CT为网侧晶闸管变流器电流互感器组；

U_dr为网侧晶闸管变流器直流电压；

U_di为机侧晶闸管变流器直流电压；

I_d为回路电流值。

图2中：

ASR为自动转速调节器；

ACR为自动电流调节器；

AKR为辅助控制环调节器；

EXC为机组励磁控制器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明：当电机转速超过弱磁转速，静止变频器进入弱磁区运行，系统切换至功率闭环控制模式。其中，功率参考值为P_ref，P_ref来自转速闭环计算或定值曲线。

实施例1

本静止变频器功率控制方法，当静止变频器工作在弱磁区域时，引入以网桥触发角余弦值为控制目标的辅助控制环，控制目标定值整定，并将其输出叠加于机端电压参考值。当在静止变频器系统进入弱磁工作区以后，启动辅助控制环，对网桥触发角度的余弦值U_K进行闭环PI控制，参考值可定值整定。U_K控制辅环的输出，叠加到原有机端电压控制环的参考值上，并设置电压参考值设置最大限幅。

如图2所示，引入控制辅环(图2虚线框内部分)，以网桥触发角余弦值U_K＝cos(α)为直接控制目标，其调节器AKR的闭环计算输出为U_{M_ref2}，参考值U_{K_ref}可定值整定。

将U_{M_ref2}叠加于发电机电压控制环的参考值U_{M_ref}，并得到新的参考值U'_{M_ref}。为了保证机桥晶闸管的安全可靠运行，设置限幅值U_{M_max}。在整个过程中，为保证换相安全，机桥侧采用恒换流剩余角度触发策略。

如式①所示，计算机桥侧直流电压U_di，得到电流参考值I_ref＝P_ref/U_di。

$U_d=1.35Ucos\mathrm{\α}+\frac{3{\mathrm{\ωL}}_c}{\mathrm{\π}}{I}_d$ 式①

上式中，U_d为晶闸管三相全控桥直流侧电压，U为交流侧线电压有效值，α为触发角度，ω为交流侧电压角频率，L_c为换相电感，I_d为回路电流。

当网桥触发角余弦值U_K大于参考值U_{K_ref}，在辅助环AKR的作用下，机桥侧直流电压缓慢升高。为了维持回路电流，在自动电流调节器ACR的作用下，U_K将增大，并趋于参考值。同时，功率外环会适当降低回路电流参考值。

当中压电源电压降低时，在自动电流调节器ACR的作用下，U_K将增大，当其大于U_{K_ref}时，辅助控制环将适当的降低机端压参考值，保证网桥触发角度不超过最小限制值。同时，功率外环会适当提高回路电流参考值，以满足功率需求。

Claims (4)

1.静止变频器功率控制方法，其特征是：当静止变频器工作在弱磁区域时，引入以网桥触发角余弦值为控制目标的辅助控制环，控制目标定值整定，并将其输出叠加于机端电压参考值。

2.根据权利要求1所述的静止变频器功率控制方法，其特征是：当在静止变频器系统进入弱磁工作区以后，启动辅助控制环，对网桥触发角度的余弦值U_K进行闭环PI控制，参考值可定值整定。

3.根据权利要求2所述的静止变频器功率控制方法，其特征是：U_K控制辅环的输出，叠加到原有机端电压控制环的参考值上，并设置电压参考值设置最大限幅。

4.根据权利要求3所述的静止变频器功率控制方法，其特征是：

当电机转速超过弱磁转速，静止变频器进入弱磁区运行，系统切换至功率闭环控制模式；其中，功率参考值为P_ref，P_ref来自转速闭环计算或定值曲线；

引入控制辅环，以网桥触发角余弦值U_K＝cos(α)为直接控制目标，其调节器AKR的闭环计算输出为U_{M_ref2}，参考值U_{K_ref}可定值整定；

将U_{M_ref2}叠加于发电机电压控制环的参考值U_{M_ref}，并得到新的参考值U'_{M_ref}；为了保证机桥晶闸管的安全可靠运行，设置限幅值U_{M_max}。在整个过程中，为保证换相安全，机桥侧采用恒换流剩余角度触发策略；

如式①所示，计算机桥侧直流电压U_di，得到电流参考值I_ref＝P_ref/U_di；

$U_d=1.35Ucos\mathrm{\α}+\frac{3{\mathrm{\ωL}}_c}{\mathrm{\π}}{I}_d$ 式①

上式中，U_d为晶闸管三相全控桥直流侧电压，U为交流侧线电压有效值，α为触发角度，ω为交流侧电压角频率，L_c为换相电感，I_d为回路电流；

当网桥触发角余弦值U_K大于参考值U_{K_ref}，在辅助环AKR的作用下，机桥侧直流电压缓慢升高；为了维持回路电流，在自动电流调节器ACR的作用下，U_K将增大，并趋于参考值；同时，功率外环会适当降低回路电流参考值；

当中压电源电压降低时，在自动电流调节器ACR的作用下，U_K将增大，当其大于U_{K_ref}时，辅助控制环将适当的降低机端压参考值，保证网桥触发角度不超过最小限制值；同时，功率外环会适当提高回路电流参考值，以满足功率需求。