CN106059061B - 一种结合低电压穿越支持的变频器高电压抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结合变频器低电压穿越支持装置的高电压抑制方法，该方法对于在直流环节配置有低电压穿越支持装置的变频器，在其三相交流电源输入回路上串联一组由双向电子开关和降压电阻组成的降压环节，当电源出现电压暂升时，三相降压环节的双向电子开关断开，串入电阻，使变频器输入端电压强行降低，此时变频器的工作电源由并联于直流环节低电压穿越支持装置提供，从而保证变频器在电压暂升期间仍正常工作。它能在电网电压暂升的情况下保证变频器不停机，确保与其相关的整个生产系统连续工作。通过理论计算和MATLAB仿真，验证了本发明的有效性，可满足工矿企业变频器高电压穿越的技术要求，具有工程应用价值。

Description

一种结合低电压穿越支持的变频器高电压抑制方法
技术领域
本发明涉及变频器高低电压穿越技术领域，具体涉及一种结合变频器低电压穿越支持装置的高电压抑制方法，它能在电网电压暂升的情况下保证变频器不停机，确保与其相关的整个生产系统连续工作。
背景技术
实际电网中，特高压交直流线路故障、电网低频振荡、大型电机启动和电网短路故障等会引起较大的电压暂降；而大规模负载的突减、大容量电容补偿器的投入等又会引起电网电压的暂升。这类电网电压暂升/暂降的情况，经常会导致工厂变频器的停机，如果停机发生在一些关键设备上，进而会使整个生产系统停止工作，对企业乃至社会造成严重的经济损失。这个安全隐患已引起业内的高度重视，为了解决此类变频器低电压穿越能力的问题，目前已有多种方案，但其中解决高电压穿越的方法不很理想。
交流供电回路采用不间断电源(UPS)除了能解决供电中断问题，也能抑制瞬时电压跌落和过压的问题。但是实际上考虑到电机的功率和变频器的负载特性，需要更大容量的UPS加以匹配，导致成本成倍提高，再加上其本身的电力电子环节较多，在可靠性和本身的抗高电压能力等各方面限制了其在变频器电压穿越领域的应用。
过压斩波卸能的方法，该电路由电子开关和放电耗能电阻串联后与直流环节并联，为了达到较好的高电压抑制效果，该方法要求并联电阻小，功率很大，存在缺陷。
发明内容
本发明克服以上诸方案的缺点，提出一种结合低电压穿越支持装置的变频器高电压抑制的新方法，解决变频器高电压穿越的技术问题。
一种结合低电压穿越支持的变频器高电压抑制方法，对于在直流环节配置有低电压穿越支持装置的变频器，在其三相交流电源输入回路上串联一组由双向电子开关和降压电阻组成的降压环节，当电源出现电压暂升时，三相降压环节的双向电子开关断开，串入电阻，使变频器输入端电压强行降低，此时变频器的工作电源由并联于直流环节低电压穿越支持装置提供，从而保证变频器在电压暂升期间仍正常工作。
该变频器直流环节上并联有直流能量单元，用于在一定时间的交流低电压出现时，输出能量，保证变频器继续运行；
三相交流电源输入回路上串联一组由双向电子开关和降压电阻；其中每相都是一个双向电子开关与降压电阻R并联。
所述的双向电子开关S是两个基于IGBT的电力电子开关串联，其开断由监控单元控制。
本发明的工作过程是：正常工作状态下，三相降压环节的双向电子开关处于开通状态，降压电阻被短接，变频器由电网供电正常工作；当电网发生电压暂升时，监控单元控制降压环节的双向电力电子开关快速断开，降压电阻串入回路，强行分压，降低变频器输入电压；这时的变频器通过直流储能单元供电，维持运转，实现变频器的高电压穿越。
本发明的高电压穿越电路，具有控制简单、运行可靠、经济实用等优点。通过MATLAB/Simulink仿真的结果表明，在变频器的整流输入侧串联降压环节、直流环节并联可控储能单元的方案能够有效地解决变频器高低电压穿越问题，满足工矿企业变频器高电压穿越的技术要求，具有工程应用价值。
附图说明
图1：本发明装置的电路拓扑结构示意图；
图2：本发明装置中电力电子开关的电路结构示意图；
图3(a)本发明在电压升高至额定值135％、持续5s时的电网电压波形；
图3(b)本发明在电压升高至额定值135％、持续5s时的直流环节电压波形。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明作进一步说明。
参照图1，该变频器在直流环节配置有低电压穿越支持装置，可以确保在交流主电源跌落的一定时间内变频器不停机。为了抑制电压暂升，本发明在其交流输入侧串联电阻降压环节，如图2所示，降压环节包括：一个双向电子开关S与降压电阻R并联及其控制单元。正常工作状态下，三相降压环节的双向电子开关处于开通状态，降压电阻被短接，变频器由电网供电正常工作；当电网发生电压暂升时，监控单元控制降压环节的双向电力电子开关快速断开，降压电阻串入回路，强行分压，降低变频器输入电压；这时的变频器通过直流储能单元供电，维持运转，实现变频器的高电压穿越。
在变频器直流环节上并联的低电压穿越支持装置及其内含的直流能量单元，在此不具体涉及，基于IGBT的电力电子开关均为无触点的电力电子开关，具有控制速度快、无火花燃弧和开关寿命长等优点，它的开通与关断由电压监控单元控制，该单元实时监控电网交流电压，一旦检测到电压上升，马上关断电子开关S，使降压电阻R串入交流回路。
为了满足过电压穿越的要求，本发明的电路原理是，选取足够大的R值，当电网电压暂升瞬间被接入，产生一个电阻压降，使得变频器直流端的电压低于低电压穿越支持装置的最低工作电压，这样在满足高电压保护的同时，将电机工作的能量支持回路转移至低电压穿越支持装置，其中电阻R的功率也不需要太大。设电网的额定为暂升时电压为对应于低电压穿越支持装置最低工作电压的变频器输入端电压为接入电阻后交流电流为电阻上的压降为于是暂升时有如下关系式：
设k1＝1.7，k0＝0.7，则
若选电阻R为10千欧姆时，这时主回路电流只要大于40mA，就能达到400V以上的压降，或者说要输出额定工作电流，其电压已经很低了，达到了降压的目的，而电阻的功率有几十瓦便可以了。
MATLAB仿真：例子为11kW变频器，进线电压升高至额定电压135％，持续时间0.5s时，仿真结果见图3(a)。如图注所示，当电子开关S导通，降压电阻未起作用时，通过变频器直流母线电压波形可看出，其实际电压上升至约690V，为额定电压的1.28倍；
如图3(b)所示，当电子开关S断开，降压电阻起作用时(仿真中降压电阻取10kΩ)，变频器直流母线电压没有明显的上升，有效抑制了直流侧过电压情况的出现，使变频器实现高电压穿越。

Claims (3)

1.一种结合低电压穿越支持的变频器高电压抑制方法，其特征在于：对于在直流环节配置有低电压穿越支持装置的变频器，在其三相交流电源输入回路上串联一组由双向电子开关和降压电阻组成的降压环节，当电源出现电压暂升时，三相降压环节的双向电子开关断开，串入电阻，该电阻的阻值使得变频器直流端的电压低于低电压穿越支持装置的最低工作电压，此时变频器的工作电源由并联于直流环节低电压穿越支持装置提供，保证变频器在电压暂升期间仍正常工作。
2.如权利要求1所述的一种结合低电压穿越支持的变频器高电压抑制方法，其特征在于：三相交流电源输入回路上串联一组由双向电子开关和降压电阻；其中每相都是一个双向电子开关与降压电阻R并联。
3.如权利 要求1所述的一种结合低电压穿越支持的变频器高电压抑制方法，其特征在于：两个双向电子开关是基于IGBT的电力电子开关串联，其开断由监控单元控制。
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