CN110474362B - 一种用于高压大容量变频器的低压穿越控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于高压大容量变频器的低压穿越控制方法,包括:(1)计算目标励磁电压计算目标转矩电压计算同步角度θs;(2)根据所述目标励磁电压目标转矩电压同步角度θs输出叠波控制信号,所述叠波控制信号用于控制转子速度一种控制系统,包括主控板及与主控板电性连接的采样单元;主控板中植入有低压穿越控制算法,采样单元用于采集电流、电压数据;低压穿越控制算法用于通过对电流、电压数据进行运算实现低压穿越操作的控制。本发明仅采集电压、电流等信息,无需增加其他硬件,即可实现低压穿越的控制;采用牺牲转速来维持输出电压恒定的方式,可以更快的完成穿越过程。
Description
技术领域
本发明属于电力电子与高压变频技术领域,具体涉及一种用于高压大容量变频器的低压穿越控制方法及系统。
背景技术
目前,变频器以其优越的调速性能和节能效果已被广泛应用在风机上。级联式多电平中、高压变频器具有技术成熟、电网侧与电机侧谐波低、功率因数高、且价格比较便宜的特点,所以大容量风机普遍采用级联式多电平中、高压变频器进行调速。但级联式变频器承受电压暂降的能力有限,对电网电压暂降比较敏感。
高压变频器相关标准要求变频器具备低电压穿越的能力,即变频器电源及供电对象设备外部故障或扰动引起的暂态、动态或长时间电源进线电压降低到规定的低电压穿越区内时,变频器仍能够可靠供电,保障供电对象的安全运行;但是,目前,市面上的低电压穿越产品需要的辅助设备较多,且穿越时间较长。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供一种组成简单的、恢复快的、稳定性高的用于高压大容量变频器的低压穿越控制方法及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种用于高压大容量变频器的低压穿越控制方法,包括:
(1)计算目标励磁电压计算目标转矩电压/>计算同步角度θs;
(2)根据所述目标励磁电压目标转矩电压/>同步角度θs输出叠波控制信号,所述叠波控制信号用于控制转子速度/>
进一步,所述计算目标励磁电压包括以下步骤:
S11、将采集的外部电机的A相电流ia和B相电流ib进行坐标变化,计算出励磁电流isd,并对励磁电流isd进行滤波;
S12、根据所述转子速度设定励磁环励磁电流给定/>所述励磁环励磁电流给定/>和所述励磁电流isd进行加法运算,并将运算后的参数传输至第一PI调节器,调节后输出励磁电压usd;
S13、根据采集的外部电机的A相电流ia、B相电流ib、母线电压Udcfdb设定励磁环前馈分量usdc;
S14、根据所述励磁电压usd和所述励磁换前馈分量usdc进行加法运算,计算出所述目标励磁电压
进一步,所述计算目标转矩电压包括以下步骤:
S21、将采集的外部电机的A相电流ia和B相电流ib进行坐标变化,计算出转矩电流isq,并对转矩电流isq进行滤波;
S22、根据所述转子速度或采集的母线电压Udcfdb设定转矩环转矩电流给定/>所述转矩环转矩电流给定/>和所述转矩电流isq进行加法运算,并将运算后的参数传输至第二PI调节器,调节后输出转矩电压usq;
S23、根据采集的外部电机的A相电流ia、B相电流ib、母线电压Udcfdb设定转矩环前馈分量usqc;
S24、根据所述转矩电压usq和所述转矩环前馈分量usqc进行加法运算,计算出所述目标转矩电压
更进一步,所述转矩环转矩电流给定的设定过程分为速度闭环过程、电压闭环过程;
所述速度闭环过程为:根据设定的转子速度ωref和所述转子速度进行加法运算,再通过第三PI调节器输出所述转矩环转矩电流给定/>
所述电压闭环过程为:根据设定的单元母线电压Udcref和采集的所述母线电压Udcfdb的最大值进行加法运算,再通过第三PI调节器输出所述转矩环转矩电流给定
进一步,所述计算同步角度θs包括以下步骤:
S31、将采集的外部电机的A相电流ia和B相电流ib进行坐标变化,计算出转矩电流isq和转矩电流isq,并对转矩电流isq进行滤波;
S32、根据所述励磁电流isd、转矩电流isq、目标励磁电压目标转矩电压/>进行磁链观测,并进一步计算出转子速度/>
S33、根据所述转子速度或采集的母线电压Udcfdb设定转矩环转矩电流给定/>和励磁环励磁电流给定/>根据所述励磁环励磁电流给定/>和转矩环转矩电流给定/>计算出转差频率ωs;
S34、根据所述转差频率ωe和所述转子速度进一步计算出同步频率ωe;
S35、对所述同步频率ωe进行积分运算,计算出同步角度θs。
一种应用上述低压穿越控制方法的控制系统,包括主控板及皆与所述主控板电性连接的采样单元;所述采样单元用于采集A相电流ia、B相电流ib、母线电压Udcfdb,所述主控板用于执行所述低压穿越控制方法以输出叠波控制信号,所述叠波控制信号用于控制转子速度
进一步,还包括与所述主控板电性连接的PLC模块、IO接口板、光纤接口板;所述PLC模块和所述IO接口板皆用于与外部进行数据交互;所述光纤接口板用于传输叠波控制信号。
优选的,所述PLC模块还连接有HMI模块;所述HMI模块用于实现人机交互。
本发明的有益效果:
本发明仅采集电压、电流等信息,无需增加其他的硬件,即可实现低压穿越的控制;
采用牺牲转速来维持输出电压恒定的方式,可以更快的完成低压穿越的过程;
采用了多个闭环控制过程,增加了系统的稳定性和可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
图1是本发明的系统控制图;
图2是本发明的系统框图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图对本发明进一步详细说明。
参见图1,一种用于高压大容量变频器的低压穿越控制方法,包括:
(1)计算目标励磁电压计算目标转矩电压/>计算同步角度θs;
(2)根据目标励磁电压目标转矩电压/>同步角度θs输出叠波控制信号,叠波控制信号用于控制转子速度/>
计算目标励磁电压包括以下步骤:
S11、将采集的外部电机的A相电流ia和B相电流ib进行坐标变化,计算出励磁电流isd,并对励磁电流isd进行滤波;
S12、根据转子速度设定励磁环励磁电流给定/>励磁环励磁电流给定/>和励磁电流isd进行加法运算,并将运算后的参数传输至第一PI调节器,调节后输出励磁电压usd;
S13、根据采集的外部电机的A相电流ia、B相电流ib、母线电压Udcfdb设定励磁环前馈分量usdc;
S14、根据励磁电压usd和励磁换前馈分量usdc进行加法运算,计算出目标励磁电压
计算目标转矩电压包括以下步骤:
S21、将采集的外部电机的A相电流ia和B相电流ib进行坐标变化,计算出转矩电流isq,并对转矩电流isq进行滤波;
S22、根据转子速度或采集的母线电压Udcfdb设定转矩环转矩电流给定/>转矩环转矩电流给定/>和转矩电流isq进行加法运算,并将运算后的参数传输至第二PI调节器,调节后输出转矩电压usq;
S23、根据采集的外部电机的A相电流ia、B相电流ib、母线电压Udcfdb设定转矩环前馈分量usqc;
S24、根据转矩电压usq和转矩环前馈分量usqc进行加法运算,计算出目标转矩电压
转矩环转矩电流给定的设定过程分为速度闭环过程、电压闭环过程;
速度闭环过程为:根据设定的转子速度ωref和转子速度进行加法运算,再通过第三PI调节器输出转矩环转矩电流给定/>
电压闭环过程为:根据设定的单元母线电压Udcref和采集的母线电压Udcfdb的最大值进行加法运算,再通过第三PI调节器输出转矩环转矩电流给定
计算同步角度θs包括以下步骤:
S31、将采集的外部电机的A相电流ia和B相电流ib进行坐标变化,计算出转矩电流isq和转矩电流isq,并对转矩电流isq进行滤波;
S32、根据励磁电流isd、转矩电流isq、目标励磁电压目标转矩电压/>进行磁链观测,并进一步计算出转子速度/>
S33、根据转子速度或采集的母线电压Udcfdb设定转矩环转矩电流给定/>和励磁环励磁电流给定/>根据励磁环励磁电流给定/>和转矩环转矩电流给定/>计算出转差频率ωs;
S34、根据转差频率ωe和转子速度进一步计算出同步频率ωe;
S35、对同步频率ωe进行积分运算,计算出同步角度。
本实施例中,图1中所提到的公式为转差频率ωs计算公式,τr为转子时间常数。
参见图2,一种应用有上述控制方法的控制系统,包括主控板100及与主控板100电性连接的采样单元600;采样单元600用于采集A相电流ia、B相电流ib、母线电压Udcfdb,主控板100用于执行低压穿越控制方法以输出叠波控制信号,叠波控制信号用于控制转子速度
一种控制系统,还包括皆与主控板100电性连接的PLC模块200、IO接口板300、光纤接口板400;PLC模块200和IO接口板300皆用于与外部进行数据交互;光纤接口板400用于传输叠波控制信号。
PLC模块200还连接有HMI模块500;HMI模块500用于实现人机交互。
本实施例中,PLC模块还设置有与外部数据通讯的接口,用于实现系统与外部的数据交互,还可以实现远程控制。
本实施例中,PLC采用西门子smart200系列产品。
本实施例中,IO接口板300用于连接外部变频器,并通过主控板100管理变频器内部I/O接口。
本实施例中,光纤接口板400与外部功率控制单元连接。
本实施例中,采样单元600主要使用互感器进行电压、电流数据的采集。
本本实施例的控制系统中,低压穿越控制算法采用降低电机转速进而释放能量保证输出电压稳定的方式来实现低压穿越控制的。
这里简要叙述一下原理:
大功率电机传动系统惯量J很大,可以将它看作一个大的飞轮储能系统,转动动能可以表示为:电机转速ω较高,储存动能很多,利用电机减速所获得的能量可表示为:
通过这种方式就可以保证系统稳定的实现低压穿越。
本实施例中,主控板100采用DSP,具体采用TI公司F28335。
本实施例中,PLC模块200与主控板100的连接采用通信方式连接,具体采用通信485连接。
最后简述一下本实施例的低压穿越过程:
S1、确定系统需要进行低压穿越后,设定单元母线电压Udcref的值,设定为母线电压的0.7倍,即Udcref=950V*0.7=665V;
S2、系统从速度闭环控制切换为电压闭环调节,输出转矩分量当/>为负值时,控制电机减速来释放能量,维持母线电压稳定;当/>为正值时,电机恢复加速运行;
S3、低压穿越命令恢复,系统从电压闭环调节切换为速度闭环控制,并加速至目标运行频率。
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 (6)
1.一种用于高压大容量变频器的低压穿越控制方法,其特征在于,包括:
(1)计算目标励磁电压、计算目标转矩电压/>、计算同步角度/>;
(2)根据所述目标励磁电压、目标转矩电压/>、同步角度/>输出叠波控制信号,所述叠波控制信号用于控制转子速度/>;
所述计算目标转矩电压包括以下步骤:
S21、将采集的外部电机的A相电流和B相电流/>进行坐标变化,计算出转矩电流/>,并对转矩电流/>进行滤波;
S22、根据所述转子速度或采集的母线电压/>设定转矩环转矩电流给定/>,所述转矩环转矩电流给定/>和所述转矩电流/>进行加法运算,并将运算后的参数传输至第二PI调节器,调节后输出转矩电压/>;
S23、根据采集的外部电机的A相电流、B相电流/>、母线电压/>设定转矩环前馈分量/>;
S24、根据所述转矩电压和所述转矩环前馈分量/>进行加法运算,计算出所述目标转矩电压/>;
所述转矩环转矩电流给定的设定过程分为速度闭环过程、电压闭环过程;当确定需要进行低压穿越时,从速度闭环控制切换为电压闭环调节;
所述速度闭环过程为:根据设定的转子速度和所述转子速度/>进行加法运算,再通过第三PI调节器输出所述转矩环转矩电流给定/>;
所述电压闭环过程为:根据设定的单元母线电压和采集的所述母线电压/>的最大值进行加法运算,再通过第三PI调节器输出所述转矩环转矩电流给定/>;其中,当转矩环转矩电流给定/> 为负值时,控制电机减速,以释放能量;当转矩环转矩电流给定/>为正值时,控制电机加速运行。
2.根据权利要求1所述的一种用于高压大容量变频器的低压穿越控制方法,其特征在于:所述计算目标励磁电压包括以下步骤:
S11、将采集的外部电机的A相电流和B相电流/>进行坐标变化,计算出励磁电流/>,并对励磁电流/>进行滤波;
S12、根据所述转子速度设定励磁环励磁电流给定/>,所述励磁环励磁电流给定/>和所述励磁电流/>进行加法运算,并将运算后的参数传输至第一PI调节器,调节后输出励磁电压/>;
S13、根据采集的外部电机的A相电流、B相电流/>、母线电压/>设定励磁环前馈分量/>;
S14、根据所述励磁电压和所述励磁换前馈分量/>进行加法运算,计算出所述目标励磁电压/>。
3.根据权利要求1所述的一种用于高压大容量变频器的低压穿越控制方法,其特征在于:所述计算同步角度包括以下步骤:
S31、将采集的外部电机的A相电流和B相电流/>进行坐标变化,计算出转矩电流/>和励磁电流/>,并对转矩电流/>进行滤波;
S32、根据所述励磁电流、转矩电流/>、目标励磁电压/>、目标转矩电压/>进行磁链观测,并进一步计算出转子速度/>;
S33、根据所述转子速度或采集的母线电压/>设定转矩环转矩电流给定/>和励磁环励磁电流给定/>,根据所述励磁环励磁电流给定/>和转矩环转矩电流给定/>计算出转差频率/>;
S34、根据所述转差频率和所述转子速度/>进一步计算出同步频率/>;
S35、对所述同步频率进行积分运算,计算出同步角度/>。
4.一种应用权利要求1-3任一所述低压穿越控制方法的控制系统,其特征在于:包括主控板(100)及与所述主控板(100)电性连接的采样单元(600);所述采样单元(600)用于采集A相电流、B相电流/>、母线电压/>,所述主控板(100)用于执行所述低压穿越控制方法以输出叠波控制信号,所述叠波控制信号用于控制转子速度/>。
5.根据权利要求4所述的控制系统,其特征在于:还包括皆与所述主控板(100)电性连接的PLC模块(200)、IO接口板(300)、光纤接口板(400);所述PLC模块(200)和所述IO接口板(300)皆用于与外部进行数据交互;所述光纤接口板(400)用于传输叠波控制信号。
6.根据权利要求5所述的控制系统,其特征在于:所述PLC模块(200)还连接有HMI模块(500);所述HMI模块(500)用于实现人机交互。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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