CN106556762B - 一种用于级联式高压变频器老化测试的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于级联式高压变频器老化测试的控制策略，包括以下步骤：A）高压变频器通过电抗器L1与场内高压电网GRID相连，平衡高压电频器与高压电网GRID之间的电压压降；B）设定电压、电流的采样点分别位于高压变频器的进线端及输出端；C）对高压变频器的进线端电压e_a、e_b、e_c进行锁相，得到电网电压的相位θ；D）将三相电流信号i_a、i_b、i_c经过等量3s/2r变换至dq坐标系，得到i_d、i_q作为电流环的反馈量；E)将Ud、Uq按照公式e^（jθ）在dq/αβ坐标系下进行变换，输出空间电压矢量U_α、U_β；F）SVPWM模块采用移向方式对级联式高压变频器的每一级全桥模块进行调制。

Description

一种用于级联式高压变频器老化测试的控制方法

技术领域

本发明涉及高压变频器，特别是一种用于级联式高压变频器老化测试的控制方法。

背景技术

高压变频器，尤其是大容量高压变频器存在测试复杂、测试危险、工序繁琐等问题，且对测试平台要求很高，以往的测试不能满足满功率的运行，也不能达到老化的目的，往往仅进行小电流的带电机测试后发到工程现场验证，严重制约了产品调试、出品质量。目前用的最多是专门采用一台四象限的高压变频器和测试机进行背对背测试，但由于测试复杂、控制系统要求高、损耗较大；不同容量段时，对四象限的高压变频器要求不同，不具备通用性，且老化时间不能过长，也不能很好地验证整个系统性能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在解决不同容量段下的高压变频器控制逻辑的测试以及变频器并网功能的测试等，为实现高压变频器满载及老化运行奠定技术基础等。

本发明采用的技术方案是：

一种用于级联式高压变频器老化测试的控制方法，包括以下步骤：

A)高压变频器通过电抗器L1与场内高压电网GRID相连，平衡高压电频器与高压电网GRID之间的电压压降；

B)设定电压、电流的采样点分别位于高压变频器的进线端及输出端，分别采集三相电压信号e_a、e_b、e_c和三相电流信号i_a、i_b、i_c；

C)对高压变频器的进线端电压e_a、e_b、e_c进行锁相，得到电网电压的相位θ；

D)将三相电流信号i_a、i_b、i_c经过等量3s/2r变换至dq坐标系，得到i_d、i_q作为电流环的反馈量；设定Id_ref为有功电流给定值，Iq_ref为无功电流给定值；给定值Id_ref与反馈量i_d的差值作为PI调节的输入量，考虑电流dq轴之间i_q的耦合值以及电网电压d轴正序分量e_d，计入到PI调节后的输出量Ud上；给定值Iq_ref与反馈量i_q的差值作为PI调节的输入量，考虑电流dq轴之间i_d的耦合值以及电网电压q轴正序分量e_q，计入到PI调节后的输出量Uq上；

E)将Ud、Uq按照公式e^(jθ)在dq/αβ坐标系下进行变换，输出空间电压矢量U_α、U_β；

F)SVPWM模块采用移相方式对级联式高压变频器的每一级全桥模块进行调制，单级全桥模块的调制方法为：根据αβ坐标系下空间电压矢量U_α、U_β合成空间电压矢量指令，根据空间电压矢量处于不同的区间，输出高压变频器功率开关电路中三相模块的PWM导通信号，使实际的空间电压矢量逼近指令电压矢量，以达到电流控制的目的，通过控制开关管的导通与关断，控制开关管侧的输出电流i_a、i_b、i_c。

进一步，所述步骤C)的锁相方法为：三相电压传感器采集的电压信号e_a、e_b、e_c经过等量3s/2r变换得到电网电压正序分量e_d、e_q和负序分量；对正序分量通过一阶滤波器滤掉交流信号，得到网侧电压的正序分量e^p _d、e^p _q；再将正序分量e^p _d、e^p _q进行标幺化处理e_q ^*；将参考值0和实际的e_q ^*相减，得到误差信号，该误差信号再经过PI调节后得到角频率ω^*的误差信号，再考虑理论角频率ω_grid ^*＝2πf的前馈作用，即得到网侧电压的实际角频率ω，根据角频率ω经过一阶积分环节后，得到电网电压的相位θ。

进一步，所述步骤F)SVPWM模块对级联式高压变频器的移相实现方式为：①先将级联式高压变频器的第一级全桥模块作为基准，全桥模块分为左半桥和右半桥两个半桥系统，而左半桥和右半桥采用导通信号互补的方式，即只需要考虑其中一个半桥即可，此作为级联式模块的基准PWM信号，在DSP中实现；②由于级联式高压变频器的级数不定，且通常都采用移相载波的方式对不同级数的模块导通信号处理，设模块的级数为n，移相角度则为pi/n；由DSP设定模块级数及载波频率，FPGA根据实际需要对载波进行相应的移相，生成适用于级联式高压变频器的SVPWM。

所述三相电压信号e_a、e_b、e_c通过三相电压传感器采集，所述三相电流信号i_a、i_b、i_c通过三相电流传感器采集，所述高压变频器由移相变压器整流模块、级联式模块组成，该级联式模块依次连接电抗器L、变压器至电网。

本发明的有益效果：1：实现级联式高压变频器测试平台的通用化，可满足不同容量段、不同模块等级的变频器；2：实现级联式高压变频器满载测试，全方位地测试变频器的各个模块的性能；3：实现级联式高压变频器老化测试，大大提高了变频器产品质量，出品后可直接在工程现场上电运行；4、整个系统的控制系统可以直接通用，具有普遍性；5、整套控制系统兼容高压变频器的其它功能，不需要再额外扩展资源，有利于测试系统的推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在附图说明前提下，获得的其他设计方案和附图：

图1是本发明级联式高压变频器试验平台原理图；

图2为本发明锁相环原理框图；

图3为本发明变频器系统并网控制方法原理图。

具体实施方式

参照图1-图3所示，为本发明的一种用于级联式高压变频器老化测试的控制方法，包括以下步骤：

A)高压变频器通过电抗器L1与场内高压电网GRID相连，平衡高压电频器与高压电网GRID之间的电压压降；

B)设定电压、电流的采样点分别位于高压变频器的进线端及输出端，分别采集三相电压信号e_a、e_b、e_c和三相电流信号i_a、i_b、i_c；

C)对高压变频器的进线端电压e_a、e_b、e_c进行锁相，得到电网电压的相位θ；如图2所示，由于电网侧电压存在三相电压不平衡以及谐波的情况，锁相原理如下：三相电压传感器采集的电压信号e_a、e_b、e_c经过等量3s/2r变换得到电网电压正序分量e_d、e_q和负序分量；对正序分量通过一阶滤波器滤掉交流信号，得到网侧电压的正序分量e^p _d、e^p _q；再将正序分量e^p _d、e^p _q进行标幺化处理e_q ^*；将参考值0和实际的e_q ^*相减，得到误差信号，该误差信号再经过PI调节后得到角频率ω^*的误差信号，再考虑理论角频率ω_grid ^*＝2πf的前馈作用，即得到网侧电压的实际角频率ω，根据角频率ω经过一阶积分环节后，得到电网电压的相位θ。

D)将三相电流信号i_a、i_b、i_c经过等量3s/2r变换至dq坐标系，得到i_d、i_q作为电流环的反馈量；设定Id_ref为有功电流给定值，Iq_ref为无功电流给定值；给定值Id_ref与反馈量i_d的差值作为PI调节的输入量，考虑电流dq轴之间i_q的耦合值以及电网电压d轴正序分量e_d，计入到PI调节后的输出量Ud上；给定值Iq_ref与反馈量i_q的差值作为PI调节的输入量，考虑电流dq轴之间i_d的耦合值以及电网电压q轴正序分量e_q，计入到PI调节后的输出量Uq上；

E)将Ud、Uq按照公式e^(jθ)在dq/αβ坐标系下进行变换，输出空间电压矢量U_α、U_β；

F)为提高直流利用率，减少开关次数，采用了SVPWM(空间矢量脉宽调制)调制。SVPWM模块采用移相方式对级联式高压变频器的每一级全桥模块进行调制，单级全桥模块的调制方法为：根据αβ坐标系下空间电压矢量U_α、U_β合成空间电压矢量指令，根据空间电压矢量处于不同的区间，输出高压变频器功率开关电路中三相模块的PWM导通信号，使实际的空间电压矢量逼近指令电压矢量，以达到电流控制的目的，通过控制开关管的导通与关断，控制开关管侧的输出电流ia、ib、ic。由于上述SVPWM是基于三相半桥、单级模块系统，而级联式高压变频器是有不同级的全桥模块串联组成的高压系统，所以需要对SVPWM进行改造，如下。

SVPWM模块对级联式高压变频器的移相实现方式为：①先将级联式高压变频器的第一级全桥模块作为基准，全桥模块分为左半桥和右半桥两个半桥系统，而左半桥和右半桥采用导通信号互补的方式，即只需要考虑其中一个半桥即可，此作为级联式模块的基准PWM信号，在DSP中实现；②由于级联式高压变频器的级数不定，且通常都采用移相载波的方式对不同级数的模块导通信号处理，设模块的级数为n，移相角度则为pi/n；由DSP设定模块级数及载波频率，FPGA根据实际需要对载波进行相应的移相，生成适用于级联式高压变频器的SVPWM。

通过不同容量和不同级数的级联式高压变频器的试验测试，验证了控制系统的可行性和有效性。

如上所述，本发明是在原有的级联式高压变频器控制系统基础上，增加并网功能，用于级联式高压变频器的满载运行及老化测试，解决厂内测试平台资源受限不能全方位测试的问题。主要实现改进之处如下：1、采用改进的锁相环技术得到级联式高压变频器输入侧电压的相位；2、基于SVPWM(空间矢量脉宽调制)原理，采用移相方式对各级模块生成脉冲，减小级联式高压变频器的输出电流谐波；3、整个试验平台采用回馈式系统，输出电网的电流可以控制地比较小，整个系统的损耗不高于7％；4、无须再额外扩展资源，适用性广。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于级联式高压变频器老化测试的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A)高压变频器通过电抗器L1与场内高压电网GRID相连，平衡高压变频器与高压电网GRID之间的电压压降；

B)设定电压、电流的采样点分别位于高压变频器的进线端及输出端，分别采集三相电压信号e_a、e_b、e_c和三相电流信号i_a、i_b、i_c；

C)对高压变频器的进线端电压e_a、e_b、e_c进行锁相，得到电网电压的相位θ；

D)将三相电流信号i_a、i_b、i_c经过等量3s/2r变换至dq坐标系，得到i_d、i_q作为电流环的反馈量；设定Id_ref为有功电流给定值，Iq_ref为无功电流给定值；给定值Id_ref与反馈量i_d的差值作为PI调节的输入量，考虑电流dq轴之间i_q的耦合值以及电网电压d轴正序分量e_d，计入到PI调节后的输出量Ud上；给定值Iq_ref与反馈量i_q的差值作为PI调节的输入量，考虑电流dq轴之间i_d的耦合值以及电网电压q轴正序分量e_q，计入到PI调节后的输出量Uq上；

E)将Ud、Uq按照公式e^(jθ)在dq/αβ坐标系下进行变换，输出空间电压矢量U_α、U_β；

F)SVPWM模块采用移相方式对级联式高压变频器的每一级全桥模块进行调制，单级全桥模块的调制方法为：根据αβ坐标系下空间电压矢量U_α、U_β合成空间电压矢量指令，根据空间电压矢量处于不同的区间，输出高压变频器功率开关电路中三相模块的PWM导通信号，使实际的空间电压矢量逼近指令电压矢量，以达到电流控制的目的，通过控制开关管的导通与关断，控制开关管侧的输出电流i_a、i_b、i_c；

所述步骤F)SVPWM模块对级联式高压变频器的移相实现方式为：①先将级联式高压变频器的第一级全桥模块作为基准，全桥模块分为左半桥和右半桥两个半桥系统，而左半桥和右半桥采用导通信号互补的方式，即只需要考虑其中一个半桥即可，此作为级联式模块的基准PWM信号，在DSP中实现；②由于级联式高压变频器的级数不定，且通常都采用移相载波的方式对不同级数的模块导通信号处理，设模块的级数为n，移相角度则为pi/n；由DSP设定模块级数及载波频率，FPGA根据实际需要对载波进行相应的移相，生成适用于级联式高压变频器的SVPWM。

2.根据权利要求1所述的一种用于级联式高压变频器老化测试的控制方法，其特征在于:所述步骤C)的锁相方法为：三相电压传感器采集的电压信号e_a、e_b、e_c经过等量3s/2r变换得到电网电压正序分量e_d、e_q和负序分量；对正序分量通过一阶滤波器滤掉交流信号，得到网侧电压的正序分量e^p _d、e^p _q；再将正序分量e^p _d、e^p _q进行标幺化处理；将参考值0和实际的e^p _q相减，得到误差信号，该误差信号再经过PI调节后得到角频率ω^*的误差信号，再考虑理论角频率ω_grid ^*＝2πf的前馈作用，即得到网侧电压的实际角频率ω，根据角频率ω经过一阶积分环节后，得到电网电压的相位θ。

3.根据权利要求1所述的一种用于级联式高压变频器老化测试的控制方法，其特征在于:所述三相电压信号e_a、e_b、e_c通过三相电压传感器采集。

4.根据权利要求1所述的一种用于级联式高压变频器老化测试的控制方法，其特征在于:所述三相电流信号i_a、i_b、i_c通过三相电流传感器采集。

5.根据权利要求1所述的一种用于级联式高压变频器老化测试的控制方法，其特征在于:所述高压变频器由移相变压器整流模块、级联式模块组成，该级联式模块依次连接所述电抗器L1、变压器至电网。