CN106602860B - 一种小冲击电流的低压换流器软启动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小冲击电流的低压换流器软启动控制方法，该方法适用于一种小冲击电流低电压换流器软启动电路，由一个直流侧的软启动电阻，一个和软启动电阻串联的开关器件IGBT，一个与软启动电阻和IGBT串联支路相并联作为旁路开关的单极直流断路器构成。该电路通过串接于直流母线与直流电容之间，构成装置的小冲击电流软启动回路。利用上述方法，可在保证三相换流器快速完成软启动过程的同时，进一步降低了换流器在软启动过程中对交流系统以及换流器自身器件的冲击，在保护装置自身运行安全的同时，也减轻了装置在启动过程中对系统的影响。
Description
技术领域
本发明涉及基于电力技术的低压换流器应用技术领域，具体为一种小冲击电流的低压换流器软启动控制方法。
背景技术
近些年来，随着电力电子技术的飞速发展，基于绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等开关器件的电力电子设备广泛应用于不间断电源、变频调速、动态无功补偿、电能质量治理、电动汽车、新能源接入等领域。而在低压三相配电系统中，三相两电平电压源型换流器拓扑作为应用最为典型的电路拓扑，在各种电力电子技术的应用场合中得到了最为广泛的应用。例如，应用于电机调速的三相变频器、应用于动态无功补偿的静止无功发生器、以及应用于电能质量中谐波问题治理的有源电力滤波器等，均以该拓扑作为应用电路并加以针对性的优化，然后施加相应的控制来实现。而此类基于三相两电平电压源型换流器的电力电子装置，在正常工作之前都需要通过交流系统对装置的直流电容进行预充电，待直流侧电容充电至额定直流电压后，装置才可以开始正常逆变工作，实现各类电力电子装置预先设定的功能。
目前常用的方法是在装置的三相交流出口与系统电源之间每相各串联一个软启动电阻，每个电阻两端并联一个旁路开关，构成装置的软启动电路。当装置开始工作前，电阻两端旁路开关断开；此后装置接入交流系统，交流系统通过三相两电平换流器中与IGBT反并联的二极管构成不控整流电路，对装置的直流电容进行充电，其充电电流的大小则通过软启动电阻的阻值来进行限制；待直流电容电压充到设定电压后，软启动电阻两端的旁路开关闭合，将软启动电阻旁路，直流电容电压继续小幅上升，装置开始正常逆变工作。上述软启动电路实现方案，其电路上至少需要三个软启动电阻、一个三相交流断路器作为旁路开关来实现，这无形中增加了装置的制造成本，影响了装置的大规模推广；此外，由于软启动电阻的阻值需要综合考虑装置接入系统时所产生的冲击电流以及交流系统对直流电容的充电时间这对矛盾，在这二者之间进行折中选取，因此采用该方案进行启动，还是难以避免的会产生一定的冲击电流，对交流系统及装置自身的器件产生一定的冲击。
针对上述问题，本发明提出了一种小冲击电流低电压换流器软启动电路，由一个直流侧的软启动电阻，一个和软启动电阻串联的开关器件IGBT，一个与软启动电阻和IGBT串联支路相并联作为旁路开关的单极直流断路器构成。该电路通过串接于直流母线与直流电容之间，构成装置的小冲击电流软启动回路。装置投入系统时，该软启动电路中的旁路开关断开，IGBT处于闭锁状态；待电路接入系统后，通过控制IGBT触发脉冲的占空比，实现充电电流可调的直流电容充电过程；待直流电容电压充到设定值时，旁路开关闭合将软启动电阻和IGBT旁路；与此同时，封锁IGBT的触发脉冲，IGBT进入闭锁状态，完成装置的启动过程。
基于上述电路，若仍采用普通三相两电平换流器的常规软启动方法，则本发明所提小冲击电流低电压换流器软启动电路仍不能达到设计目标，减少换流器在软启动过程中对系统及设备本身器件的电流冲击，甚至将导致换流器无法达到工作所需的直流电压，直接影响换流器的正常工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小冲击电流的低压换流器软启动控制方法，该方法适用于本发明中所提小冲击电流低电压换流器软启动电路，在保证三相换流器快速完成软启动过程的同时，进一步降低了换流器在软启动过程中对交流系统以及换流器自身器件的冲击，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种小冲击电流的低压换流器软启动控制方法，包括软启动电路、三相两电平换流器电路和软启动回路；其中，软启动电路由一个直流侧的软启动电阻R、一个和软启动电阻R串联的开关器件T、一个与软启动电阻R和T串联支路相并联作为旁路开关的单极直流断路器KM2构成；三相两电平换流器电路中设置有三相交流断路器KM1、换流器直流侧直流母线正极DC+以及直流电容C，其软启动回路由软启动电路通过串接于直流母线正极DC+与直流电容C之间构成；其控制方法包括以下步骤：
S1：使单极直流断路器KM2和三相交流断路器KM1处于断开状态，并使换流器直流侧直流电容C两端电压为零；
S2：闭合三相交流断路器KM1，使换流器三相桥臂中的开关器件处于闭锁状态，软启动电路的单极直流断路器KM2保持断开状态，开关器件T处于闭锁状态，直流电容C的充电电流为零；
S3：控制开关器件通过PWM方式对直流电容C进行充电；
S4：待直流电容C充到设定的工作电压后，开关器件T闭锁，直流旁路单极直流断路器KM2闭合，换流器软启动过程结束。
优选的，单极直流断路器KM2与软启动电阻R的公共连接端为软启动电路的输入端In，单极直流断路器KM2与开关器件T的公共连接端为软启动电路的输出端Out，其输入端In与直流母线正极DC+连接，输出端Out与直流电容C的正极连接。
优选的，针对S3中PWM信号产生方式的具体过程为：
S3-1：将流经直流电容C的电流与设定的最大充电电流做差，经过比例积分环节并对结果进行限幅后，与直流电容C两端电压相加，作为开关器件的调制波；
S3-2：设置载波信号，载波信号为幅值从零至额定直流电压，频率小于开关器件的最大开关频率的三角波，调制波与三角载波的比较结果作为开关器件PWM开关信号；
S3-3：通过驱动电路控制开关器件通断，对直流电容C进行充电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本小冲击电流的低压换流器软启动控制方法，由软启动回路构成的装置在投入系统时，软启动电路中的单极直流断路器KM2断开，开关器件T处于闭锁状态，待电路接入系统后，通过控制开关器件T触发脉冲的占空比，实现充电电流可调的直流电容C充电过程；待直流电容C电压充到设定值时，单极直流断路器KM2将软启动电阻R和开关器件T旁路闭合；并封锁开关器件T的触发脉冲，使开关器件T进入闭锁状态，完成装置的启动过程；实现换流器直流电压的稳定、迅速爬升，并在无冲击电流的同时，使换流器的直流电压达到设定值，这既减少了冲击电流对系统产生的影响，也保护了换流器设备自身的安全，进一步降低了换流器在软启动过程中对交流系统以及换流器自身器件的冲击问题。
附图说明
图1为本发明的小冲击电流低电压换流器软启动电路；
图2为本发明的开关器件PWM信号生成控制框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种小冲击电流的低压换流器软启动控制方法，包括软启动电路、三相两电平换流器电路和软启动回路；其中，软启动电路由一个直流侧的软启动电阻R、一个和软启动电阻R串联的开关器件T、一个与软启动电阻R和T串联支路相并联作为旁路开关的单极直流断路器KM2构成；三相两电平换流器电路中设置有三相交流断路器KM1、换流器直流侧直流母线正极DC+以及直流电容C，其软启动回路由软启动电路通过串接于直流母线正极DC+与直流电容C之间构成，其中，单极直流断路器KM2与软启动电阻R的公共连接端为软启动电路的输入端In，单极直流断路器KM2与开关器件T的公共连接端为软启动电路的输出端Out，其输入端In与直流母线正极DC+连接，输出端Out与直流电容C的正极连接；其控制方法包括以下步骤：
第一步：使单极直流断路器KM2和三相交流断路器KM1处于断开状态，并使换流器直流侧直流电容C两端电压为零；
第二步：闭合三相交流断路器KM1，使换流器三相桥臂中的开关器件处于闭锁状态，软启动电路的单极直流断路器KM2保持断开状态，开关器件T处于闭锁状态，直流电容C的充电电流为零；
第三步：控制开关器件通过PWM方式对直流电容C进行充电；其中PWM信号产生方式为：将流经直流电容C的电流与设定的最大充电电流做差，经过比例积分环节并对结果进行限幅后，与直流电容C两端电压相加，作为开关器件的调制波；同时设置载波信号，载波信号为幅值从零至额定直流电压，频率小于开关器件的最大开关频率（一般为2500Hz～10000Hz之间）的三角波，调制波与三角载波的比较结果作为开关器件PWM开关信号；再通过外接的驱动电路控制开关器件通断，对直流电容C进行充电；
第四步：待直流电容C充到设定的工作电压后，开关器件T闭锁，直流旁路单极直流断路器KM2闭合，换流器软启动过程结束。
控制原理：本小冲击电流的低压换流器软启动控制方法，由软启动回路构成的装置在投入系统时，软启动电路中的单极直流断路器KM2断开，开关器件T处于闭锁状态，待电路接入系统后，通过控制开关器件T触发脉冲的占空比，实现充电电流可调的直流电容C充电过程；待直流电容C电压充到设定值时，单极直流断路器KM2将软启动电阻R和开关器件T旁路闭合；并封锁开关器件T的触发脉冲，使开关器件T进入闭锁状态，完成装置的启动过程。
综上所述：本小冲击电流的低压换流器软启动控制方法，在三相两电平换流器软启动电路上，实现换流器直流电压的稳定、迅速爬升，并在无冲击电流的同时，使换流器的直流电压达到设定值，这既减少了冲击电流对系统产生的影响，也保护了换流器设备自身的安全，进一步降低了换流器在软启动过程中对交流系统以及换流器自身器件的冲击问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种小冲击电流的低压换流器软启动控制方法，其特征在于，包括软启动电路、三相两电平换流器电路和软启动回路；其中，软启动电路由一个直流侧的软启动电阻R、一个和软启动电阻R串联的开关器件T、一个与软启动电阻R和T串联支路相并联作为旁路开关的单极直流断路器KM2构成；三相两电平换流器电路中设置有三相交流断路器KM1、换流器直流侧直流母线正极DC+以及直流电容C，其软启动回路由软启动电路通过串接于直流母线正极DC+与直流电容C之间构成；其控制方法包括以下步骤：
S1：使单极直流断路器KM2和三相交流断路器KM1处于断开状态，并使换流器直流侧直流电容C两端电压为零；
S2：闭合三相交流断路器KM1，使换流器三相桥臂中的开关器件处于闭锁状态，软启动电路的单极直流断路器KM2保持断开状态，开关器件T处于闭锁状态，直流电容C的充电电流为零；
S3：控制开关器件通过PWM方式对直流电容C进行充电；
S4：待直流电容C充到设定的工作电压后，开关器件T闭锁，直流旁路单极直流断路器KM2闭合，换流器软启动过程结束；
针对S3中PWM信号产生方式的具体过程为：
S3-1：将流经直流电容C的电流与设定的最大充电电流做差，经过比例积分环节并对结果进行限幅后，与直流电容C两端电压相加，作为开关器件的调制波；
S3-2：设置载波信号，载波信号为幅值从零至额定直流电压，频率小于开关器件的最大开关频率的三角波，调制波与三角载波的比较结果作为开关器件PWM开关信号；
S3-3：通过驱动电路控制开关器件通断，对直流电容C进行充电。
2.根据权利要求1所述的一种小冲击电流的低压换流器软启动控制方法，其特征在于，单极直流断路器KM2与软启动电阻R的公共连接端为软启动电路的输入端In，单极直流断路器KM2与开关器件T的公共连接端为软启动电路的输出端Out，其输入端In与直流母线正极DC+连接，输出端Out与直流电容C的正极连接。
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