CN105406698A - 一种三电平交直交变频器直流母线过压保护方法 - Google Patents

Abstract

一种三电平交直交变频器直流母线过压保护方法，属于三电平背靠背式变频器的控制领域。具体步骤为：两个直流母线反馈电压u_c1、u_c2与给定过压值的比较：最大值选择：电阻系数设定：电流信号限幅，叠加到电流内环控制。适用于带有源整流的AC-DC-AC电压源型变频器，在三电平背靠背式变频器没有硬件放电电路的情况下，基于有源阻尼的直流母线过压保护方法，可以提高系统对过压的响应速度，有效的防止直流母线过压。

Description

一种三电平交直交变频器直流母线过压保护方法

技术领域

本发明涉及三电平背靠背式变频器的控制领域，特别是提供了一种基于有源阻尼的三电平交直交变频器直流母线过压保护方法，适用于带有源整流的AC-DC-AC电压源型变频器，在变频器主回路没有硬件电路过压保护的情况下，提供了一种防止直流母线过压的方法。

背景技术

常规的三电平背靠背式变频器的直流母线过压保护采用可控开关器件和放电电阻，通过导通开关器件，让直流母线电容的电荷通过放电电阻泄放。如图1所示，当直流母线电容C1的电压超过设定电压时，导通S1，通过R1放电；当直流母线电容C2的电压超过设定电压时，导通S2，通过R2放电。这种直流母线过电压的保护方法，控制简单。但是在大功率的交直交变频器中，放电电阻的功率很大，散热量很大，需要充分考虑安装空间，散热空间等问题，在一些受空间限制、散热条件限制的场合，实现比较困难。如矿用变频器，由于防爆要求，柜体密封性好，散热条件有限，并且安装空间受到限制不能安装大功率的放电电阻。

当变频器拖动的电机快速制动时，能量通过变频器的逆变单元从电机回馈到变频器的直流母线，直流母线电压再通过变频器的整流单元回馈到电网。直流母线电压受整流单元的控制，当直流母线电压高于设定值时，整流电压环的电压调节器通过对直流母线电压的调节，将能量回馈到电网。但是控制系统中电压环的控制响应相对较慢。假设电压环的响应速度为1ms，当电机快速制动时，在1ms内电压环还没有响应，而直流母线电压快速冲高，导致系统过压停机，有可能导致直流母线电容的损坏。

在整流侧的双闭环系统中，电流环在控制系统里面属于内环，要比电压环快一个数量级以上，假设电流环的响应时间是100us，比电压环快1个数量级。于是提出了一种基于有源阻尼的方法，响应速度与电流环相同。从而能够保证当电机快速制动时，控制系统能够快速反应，把多余的能量回馈到电网，可以有效降低直流母线电压，不会使系统过压停机，保护直流母线电容的安全。

发明内容

本发明的目的在于提出一种三电平交直交变频器直流母线过压保护方法，不通过硬件放电，基于软件实现的可以快速响应直流母线的过电压的实现。具有精度高、响应快，可靠性高，直接作用于电流内环的特点。

本发明的具体步骤及在步骤中控制的技术参数如下：

(1)两个直流母线反馈电压u_c1、u_c2(750V≤u_c1,u_c2≤1200V)与给定过压值的比较环节：两个给定值大小相等，比较时均为反馈值减去给定值；

(2)最大值选择环节：通过比较两个电压偏差的大小，选择最大的电压偏差作为输出信号；

(3)电阻系数设定环节：电阻系数K_R的具体大小，可定为1.5≤K_R≤3.5，也可以手动调制，但必须为正，K_R越大，过电压控制效果响应越快；K_R越小，过电压控制效果响应越慢；

(4)电流信号限幅环节，在电流信号I_R为负时，输出电流信号一直为0，在I_R为正时，一定范围内(I_R≤I_max，I_max为电流限幅值，大小为50A)，输出电流信号即为I_R，在I_R>I_max时，输出电流信号即为限幅值I_max；

(5)叠加到电流内环控制环节：从有源电阻输出的电流信号，必须叠加在电流i_P的电流内环，并与i_P的给定值做差，生成新的i_P(0A≤i_P≤133A)给定值。

当电机快速制动，直流母线冲高，而电压环来不及反应时，通过在电流内环给定电流偏移量，将直流母线电容的能量回馈到电网。因为不经过电压外环，及外环PI控制器，响应速度比常规的直流母线控制快一个数量级，可以有效的防止直流母线过压。并且这种方便不是通过外加的硬件电阻放电，而是一种虚拟的放电电阻，通过在电流环中给定放电电流，将电容的电荷抽走。当直流母线没有快速过压时，还是通过电压环控制直流母线，不影响原来系统的运行。

在三电平背靠背式变频器没有硬件放电电路的情况下，基于有源阻尼的直流母线过压保护方法，可以提高系统对过压的响应速度，有效的防止直流母线过压。

附图说明

图1为常规的三电平交直交变频器示意图。其中C1、C2为直流母线电容，S1、R1、S2、R2组成直流母线的放电回路。

图2为应用该有源电阻后，不需要硬件放电回路的控制系统示意图。

图3为传统的有源整流的双闭环控制回路的控制原理图。

图4为加上本说明所提的有源电阻后的可控整流的双闭环控制回路的原理图。

具体实施方式

在具体实施过程中，图3中给出了采用传统的硬件保护时的控制系统的双闭环控制原理。同图3中的传统双闭环控制系统相比，图4双闭环控制回路中虚线方框内为新增加的通过设计有源电阻来解决直流母线过电压问题的作用原理。该有源电阻主要是通过判断直流母线的过电压信号，并把过电压信号传送给DSP控制芯片，通过软件响应处理。

例如，两个直流母线反馈电压信号750V≤u_c1,u_c2≤1200V，当超出这一范围时，与给定值1200V比较，产生的电压偏差信号，经有源电阻系数K_R(1.5≤K_R≤3.5)作用后，产生电流偏差信号，再经一个电流限幅环节(限幅值为I_max＝50A)，形成新的电流偏差信号，最后叠加到电流内环。

在电机快速制动时，直流母线电压迅速升高，此时，在电压外环PI控制器还没响应时，直流母线较高的电压信号：母线中性点C₁电容电压u_c1或者母线中性点C₂电容电压u_c2，分别跟事先已给定的两个直流母线电容过压值(C₁电容过压值u_{up_ref}，C₂电容过压值u_{dn_ref})相比较，得到两个电容电压的偏差，Δu_c1与Δu_c2，两个电压偏差通过一个最大值选择器MAX，选择电压偏差较大的一个，得到Δu_max信号。Δu_max电压信号经过一个电阻系数K_R，形成电流调节信号I_R。I_R通过一个电流限幅环节，进入电流环，与原来电压环的PI控制器输出的电流给定信号做差，形成新的电流给定信号，进入电流内环控制，最后产生SVPWM的发波信号，使中点电压降低到给定

在电流信号限幅环节，在电流信号I_R为负时，输出电流信号一直为0，在I_R为正时，一定范围内(I_R≤I_max，I_max为电流限幅值)，输出电流信号即为I_R，在I_R>I_max时，输出电流信号即为限幅值I_max。

Claims (1)

1.一种三电平交直交变频器直流母线过压保护方法，其特征在于，具体步骤及在步骤中控制的技术参数如下：

(1)两个直流母线反馈电压u_c1、u_c2与给定过压值的比较环节：两个给定值大小相等，比较时均为反馈值减去给定值；750V≤u_c1,u_c2≤1200V；

(2)最大值选择环节：通过比较两个电压偏差的大小，选择最大的电压偏差作为输出信号；

(3)电阻系数设定环节：电阻系数K_R的具体大小，定为1.5≤K_R≤3.5，或手动调制，但必须为正，K_R越大，过电压控制效果响应越快；K_R越小，过电压控制效果响应越慢；

(4)电流信号限幅环节，在电流信号I_R为负时，输出电流信号一直为0，在I_R为正时，范围：I_R≤I_max，I_max为电流限幅值，大小为50A；输出电流信号即为I_R，在I_R>I_max时，输出电流信号即为限幅值I_max；

(5)叠加到电流内环控制环节：从有源电阻输出的电流信号，必须叠加在电流i_P的电流内环，并与i_P的给定值做差，生成新的i_P给定值，0A≤i_P≤133A。