CN105356737B - 高压变频器输出电压自均衡方法 - Google Patents

高压变频器输出电压自均衡方法 Download PDF

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Abstract

高压变频器输出电压自均衡方法，包括以下步骤：高压变频器的主控模块在发生功率单元发生故障时，提升高压变频器三相相电压；判断是否出现任意两相a、c的相电压小于剩余一相b的相电压的状况，若出现，主控模块基于预设的b相相电压Ub、输出线电压Ul、a相与b相之间的夹角x、a相与c相之间的夹角y或b相与ab线电压之间的夹角z，计算出Ub、Ul、x、y和z中的其余四者；主控模块计算出b相与c相之间的夹角w；主控模块按照获得的Ub、x、y和w向高压变频器的功率单元组发送实际的PWM控制信号，对高压变频器的b相相电压、a相与b相之间的夹角、a相与c相之间的夹角以及b相与c相之间的夹角进行调整，从而实现高压变频器输出电压的自均衡。

Description

高压变频器输出电压自均衡方法
技术领域
本发明涉及高压变频器输出电压自均衡方法。
背景技术
图1示出了一种目前常见的五级联高压变频器系统的拓扑结构。该高压变频器系统由移相变压器91、功率单元组92、主控模块93、光纤通信模块94、信号采集模块95、I/O接口96、通信模块97和人机界面98等八大部分组成。
在高压变频器的功率单元出现故障时，通常是在将发生故障的功率单元旁路的同时，让其它两相相应的单元也同时旁路，这样让变频器三相输出电压平衡，从而使电机的三相电流平衡，但这样变频器的输出功率被过多降低，不适宜长期工作，也无法适应较大负载的情况。
近年来，有些公司也提出了带中性点偏移的单元旁路方法，但这种方法只能适用于高压变频器的任意两相相电压之和大于第三相相电压的情况，对于高压变频器的任意两相相电压之和小于第三相相电压的情况则无法实现电压自均衡，只能停机。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种高压变频器输出电压自均衡方法，其能够在高压变频器发生功率单元故障、且高压变频器的任意两相相电压之和小于剩余一相相电压的情况下实现高压变频器输出电压自均衡。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种高压变频器输出电压自均衡方法，所述高压变频器的每相有多个功率单元串联，其特点在于，所述高压变频器输出电压自均衡方法包括以下步骤：
步骤a、高压变频器的主控模块在所述高压变频器发生功率单元故障时，提升高压变频器的三相的相电压，每一相的相电压提升值应大于等于零、且小于等于发生故障的所有功率单元的目标输出电压有效值之和，同时还应避免出现过调制；
步骤b、在完成对高压变频器的三相相电压的提升后，判断是否出现任意两相a、c的相电压之和小于剩余一相b的相电压的状况，若出现a相相电压Ua和c相相电压Uc之和小于b相相电压Ub的状况，所述主控模块基于预设的b相相电压Ub、输出线电压Ul、a相与b相之间的夹角x、a相与c相之间的夹角y或b相与ab线电压之间的夹角z，通过以下公式计算出Ub、Ul、x、y和z中的其余四者；
步骤c、主控模块根据步骤b计算出的x、y和z计算出b相与c相之间的夹角w；
步骤d、主控模块按照步骤b中获得的Ub、x、y以及步骤c中获得的w向所述高压变频器的功率单元组发送实际的PWM控制信号，对高压变频器的b相相电压、a相与b相之间的夹角、a相与c相之间的夹角以及b相与c相之间的夹角进行调整。
采用上述技术方案后，实现了高压变频器输出电压的自均衡，能够使高压变频器在功率单元出现故障的情况下仍能持续运行，不至于因为停机对生产等产生更大影响。
附图说明
图1示出了现有的一种五级联高压变频器系统的拓扑结构示意图。
图2示出了根据本发明一实施例的高压变频器输出电压自均衡方法的流程示意图。
图3示出了根据本发明一实施例的高压变频器输出电压自均衡方法的实现原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
请参阅图2。根据本发明一实施例的高压变频器输出电压自均衡方法包括以下步骤：
步骤a、高压变频器的主控模块在高压变频器发生功率单元故障时，提升高压变频器的三相的相电压，每一相的相电压提升值应大于等于零、且小于等于发生故障的所有功率单元的目标输出电压有效值之和，同时还应避免出现过调制。
步骤b、在完成对高压变频器的三相相电压的提升后，判断是否出现任意两相a、c的相电压之和小于剩余一相b的相电压的状况，若出现a相相电压Ua和c相相电压Uc之和小于b相相电压Ub的状况，主控模块基于预设的b相相电压Ub、输出线电压Ul、a相与b相之间的夹角x、a相与c相之间的夹角y或b相与ab线电压之间的夹角z，通过以下公式计算出Ub、Ul、x、y和z中的其余四者；
公式(1)
公式(2)
公式(3)
上述的输出线电压Ul、夹角x、y、z请同时参阅图3。公式(1)、(2)、(3)组成了一个三元方程组，此时Ua、Uc为已知且不做调整，Ub虽然之前也已知但是作为需要被调整的参数，x、y和z也是作为要被调整的参数，因此只需预先将Ub、x、y和z中的一个参数设为已知，就可以求出其余的三个参数，将该预设的一个参数和计算出的三个参数均作为调整目标值。上述的三元方程组由图3所示出的几何关系推导得出。要使高压变频器的输出电压实现自均衡，本质上是要使ab线电压、ac线电压以及bc线电压相等(即均等于输出线电压Ul)，形成图3中虚线所示的等边三角形。图3中的点O代表中性点。当任意两相a、c的相电压小于剩余一相b的相电压的状况出现时，点O是位于图3中虚线所示的等边三角形之外的。需要说明的是，此处的a、b、c仅仅作为指示符号使用，以便于说明，而并非指代高压变频器特定的某一相。
步骤c、主控模块根据步骤b计算出的x、y和z计算出b相与c相之间的夹角w。
步骤d、主控模块按照步骤b中获得的Ub、x、y以及步骤c中获得的w向高压变频器的功率单元组发送实际的PWM控制信号，对高压变频器的b相相电压、a相与b相之间的夹角、a相与c相之间的夹角以及b相与c相之间的夹角进行调整，从而实现高压变频器的输出电压自均衡。
由于上述的三元方程组是基于图3中虚线所示的等边三角形推导得出的，因此按照该三元方程组求出的参数进行调整，高压变频器输出的ab线电压、ac线电压以及bc线电压一定是相等的。图3中的Ub’是代表调整后的b相相电压Ub的大小(如上所述，Ub’可以预设)，而Ub0是代表调整前的b相相电压Ub的大小。
在前述的步骤a中，每一相的相电压提升值可以等于零。也就是说，高压变频器的主控模块在该高压变频器发生功率单元故障时，也是可以不对高压变频器的三相的相电压进行提升的。提升的好处是可以尽可能地提升高压变频器的输出最大功率。在本实施例中，步骤a中所说的提升相电压并非是向高压变频器的功率单元组输出实际的PWM控制信号，而是在算法上所做的提升。
在一优选的实施例中，在前述的步骤b中，高压变频器的主控模块基于预设的a相与c相之间的夹角y计算出Ub、Ul、x和z，其中，预设的a相与c相之间的夹角y等于π。这样做的目的是为了使调整后的输出线电压Ul达到最大。根据公式(1)，可推导出：
取Ul2的极值，则令其导数＝0，即得：
即得sin(y)＝0时线电压取最大值，即y＝π。
以下结合一具体的应用实例来说明本发明的工作过程及原理。
假设五级联高压变频器的a相有4个单元损坏，b相的全部功率单元正常，c相的2个功率单元损坏。则发生故障的功率单元数BpNum等于6。功率单元的母线电压表示为Udcmi，功率单元的PWM占空比表示为PWMmi，其中m可代表为a相、b相、及c相，i对应功率单元号(对于五级联高压变频器，i即为1～5)，例如，Udca2即代表a相第2个功率单元的母线电压，功率单元的PWM占空比表示为PWMmi，如PWMa2即为a相第2个功率单元的PWM，一般而言同一相上功率单元的PWM占空比是一样的。这里所说的电压均指有效值。
在未发生功率单元故障时，a相的目标输出相电压Uan为：
Uan＝(Udca1*PWMa1+Udca2*PWMa2+Udca3*PWMa3+Udca4*PWMa4+Udca5*PWMa5)rms,rms表示有效值。
在未发生功率单元故障时，b相的目标输出相电压Ubn为：
Ubn＝(Udcb1*PWMb1+Udcb2*PWMb2+Udcb3*PWMb3+Udcb4*PWMb4+Udcb5*PWMb5)rms。
在未发生功率单元故障时，c相的目标输出相电压Ucn为：
Ucn＝(Udcc1*PWMc1+Udcc2*PWMc2+Udcc3*PWMc3+Udcc4*PWMc4+Udcc5*PWMc5)rms。
当a相的a1、a2、a4、a5单元损坏时，则a相的实际输出相电压Ua为：
Ua＝(Udca3*PWMa3)rms。
b相的功率单元全部正常，则b相的实际输出相电压Ub等于b相的目标输出电压Ubn。
当c相的c1、c4单元损坏时，则c相的实际输出相电压Uc为：
Uc＝(Udcc2*PWMc2+Udcc3*PWMc3+Udcc5*PWMc5)rms。
为了实现高压变频器的输出电压自均衡，高压变频器的主控模块要执行以下步骤：
步骤a、主控模块提升高压变频器的a相、b相、c相的相电压，每一相的相电压提升值应大于等于零、且小于等于发生故障的所有功率单元的目标输出电压有效值之和(即Udca1*PWMa1+Udca2*PWMa2+Udca4*PWMa4+Udca5*PWMa5+Udcc1*PWMc1+Udcc4*PWMc4)，同时还应避免出现过调制；
步骤b，在完成对高压变频器的三相相电压的提升后，主控模块判断提升后的a、c两相的相电压之和小于提升后的剩余一相b的相电压，即Ua+Uc＜Ub。此时，主控模块保持Ua、Uc不变，使其等于提升后的的a、c两相的相电压，并为b相相电压Ub设置一个预设值，这个预设值例如可以是图3中所示的Ub’，即Ub＝Ub’。因此，这个时候Ua、Ub和Uc均为已知值。然后，主控模块基于前述的公式(1)、公式(2)和公式(3)计算出输出线电压Ul、a相与b相之间的夹角x、a相与c相之间的夹角y以及b相与ab线电压之间的夹角z。
步骤c、主控模块根据步骤b计算出的x、y和z计算出b相与c相之间的夹角w。
步骤d、主控模块按照预设的Ub’、以及计算出的x、y、w的大小向高压变频器的功率单元组发送实际的PWM控制信号，对高压变频器的b相相电压、a相与b相之间的夹角、a相与c相之间的夹角以及b相与c相之间的夹角进行调整。
完成调整控制后的高压变频器输出的ab线电压、ac线电压以及bc线电压的大小均等于Ul，从而实现了高压变频器的输出电压自均衡。

Claims (3)

1.高压变频器输出电压自均衡方法，所述高压变频器的每相有多个功率单元串联，其特征在于，所述高压变频器输出电压自均衡方法包括以下步骤：
步骤a、高压变频器的主控模块在所述高压变频器发生功率单元故障时，提升高压变频器的三相的相电压，每一相的相电压提升值应大于等于零、且小于等于发生故障的所有功率单元的目标输出电压有效值之和，同时还应避免出现过调制；
步骤b、在完成对高压变频器的三相相电压的提升后，判断是否出现任意两相的相电压之和小于剩余一相的相电压的状况，若出现a相相电压Ua和c相相电压Uc之和小于b相相电压Ub的状况，所述主控模块基于预设的b相相电压Ub、输出线电压Ul、a相与b相之间的夹角x、a相与c相之间的夹角y或b相与ab线电压之间的夹角z，通过以下公式计算出Ub、Ul、x、y和z中的其余四者；
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步骤c、所述主控模块根据步骤b计算出的x、y和z计算出b相与c相之间的夹角w；
步骤d、所述主控模块按照步骤b中获得的Ub、x、y以及步骤c中获得的w向所述高压变频器的功率单元组发送实际的PWM控制信号，对高压变频器的b相相电压、a相与b相之间的夹角、a相与c相之间的夹角以及b相与c相之间的夹角进行调整。
2.根据权利要求1所述的高压变频器输出电压自均衡方法，其特征在于，在所述的步骤a中，每一相的相电压提升值等于零。
3.根据权利要求1或2所述的高压变频器输出电压自均衡方法，其特征在于，在所述的步骤b中，所述主控模块基于预设的a相与c相之间的夹角y计算出Ub、Ul、x和z，其中，预设的a相与c相之间的夹角y等于π。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102684467A (zh) * 2012-05-17 2012-09-19 华为技术有限公司 一种h桥级联型设备的功率单元旁路处理方法及控制器
US20130322123A1 (en) * 2012-05-31 2013-12-05 Delta Electronics, Inc. Control device and control method during bypassing of power units

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8976554B2 (en) * 2012-09-18 2015-03-10 Siemens Corporation Control for fault-bypass of cascaded multi-level inverter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102684467A (zh) * 2012-05-17 2012-09-19 华为技术有限公司 一种h桥级联型设备的功率单元旁路处理方法及控制器
US20130322123A1 (en) * 2012-05-31 2013-12-05 Delta Electronics, Inc. Control device and control method during bypassing of power units

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
单元串联式高压变频器功率单元故障处理技术的研究;汪伟等;《电气传动》;20101231;第40卷(第12期);第12-16页 *

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