CN111030438B - 四象限变频器的抗电网扰动方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种四象限变频器的抗电网扰动方法，包括：对三相输入电网电压进行采样；对采集的三相输入电网电压进行正负序提取；比较正序和负序电压分量的大小，若正序电压分量大于负序电压分量，则使锁相环锁定正序电压分量，否则锁定负序电压分量；对锁相环锁定的电压分量进行坐标变换，得到d、q轴电压；判断d轴电压的波动是否大于等于预设的电网扰动电压阈值，若d轴电压的波动大于等于预设的电网扰动电压阈值，则使锁相环暂停锁相处理达到预设的时间，在预设的时间结束后，使锁相环恢复正常的锁相处理。本发明还公开了四象限变频器的抗电网扰动控制装置。本发明能提高四象限变频器的抗电网扰动能力，降低四象限变频器因电网波动而发生故障的概率。

Description

四象限变频器的抗电网扰动方法及其装置
技术领域
本发明涉及四象限变频器的抗电网扰动方法及其装置。
背景技术
随着四象限变频器在电梯中应用的逐步推广，其故障率是用户重点关注的指标。相对于两象限变频器，四象限变频器的前端为可控整流，其对电网状态的依赖性更强，因此，在出现电网侧瞬态短路、冲击性负载扰动等工况下，可能引发变频器故障。
电网侧瞬时短路、冲击性负载电网扰动等一般属于短时扰动，持续时间短，统称为低电压穿越。为了降低故障率，需要四象限变频器具备较强的抗扰动能力，能够穿越低电压区间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种四象限变频器的抗电网扰动方法，其能够提高四象限变频器的抗电网扰动能力，降低四象限变频器因电网波动而发生故障的概率。
本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种四象限变频器的抗电网扰动控制装置。
本发明提供了一种四象限变频器的抗电网扰动方法，包括以下步骤：
对三相输入电网电压进行采样；
对采集的三相输入电网电压数据进行正负序提取，得到正序电压分量和负序电压分量；
比较正序电压分量和负序电压分量的大小，若正序电压分量大于负序电压分量，则使锁相环锁定正序电压分量，若正序电压分量小于负序电压分量，则使锁相环锁定负序电压分量，得到相位角度；
利用所述相位角度对锁相环锁定的电压分量进行坐标变换，得到d轴、q轴两相静止坐标系下的d轴电压和q轴电压；
判断d轴电压的波动是否大于等于预设的电网扰动电压阈值，若d轴电压的波动小于预设的电网扰动电压阈值，则使锁相环进行正常的锁相处理，若d轴电压的波动大于等于预设的电网扰动电压阈值，则使锁相环暂停锁相处理达到预设的时间t1，在预设的时间t1结束后，使锁相环恢复正常的锁相处理，所述预设的时间t1大于等于一个市电周期。
本发明还提供了一种四象限变频器的抗电网扰动控制装置，包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于加载所述程序以执行前述的抗电网扰动方法。
本发明至少具有以下优点：
1、在发生电网扰动时，本发明实施例的抗电网扰动方法使锁相环暂停锁相处理达到预设的时间，维持暂停前锁相环锁定的相位角旋转步长不变，从而使锁相环具有更高的稳定性，降低四象限变频器因电网波动而发生故障的概率；
2、本发明实施例的抗电网扰动方法在电网电压快速降低时，可降低能量需求，保证了四象限变频器能提供足够的能量维持运行，避免四象限变频器故障停机；
3、本实施例的抗电网扰动方法可通过软件实现，从而不会增加硬件成本。
附图说明
图1示出了高压四象限变频器的原理框图。
图2示出了根据本发明一实施例的锁相控制的原理示意图。
图3示出了根据本发明一实施例的负载抑制控制的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
根据本发明一实施例的四象限变频器的抗电网扰动方法包括以下步骤：
步骤a、对三相输入电网电压进行采样；
步骤b、对采集的三相输入电网电压数据进行正负序提取，得到正序电压分量和负序电压分量；
步骤c、比较正序电压分量和负序电压分量的大小，若正序电压分量大于负序电压分量，则使锁相环锁定正序电压分量，若正序电压分量小于负序电压分量，则使锁相环锁定负序电压分量，得到相位角度；
步骤d、利用所述相位角度对锁相环锁定的电压分量进行坐标变换，得到d轴、q轴两相静止坐标系下的d轴电压和q轴电压；
步骤e、判断d轴电压的波动是否大于等于预设的电网扰动电压阈值，若d轴电压的波动小于预设的电网扰动电压阈值，则使锁相环进行正常的锁相处理，若d轴电压的波动大于等于预设的电网扰动电压阈值，则使锁相环暂停锁相处理达到预设的时间t1，在预设的时间t1结束后，使锁相环恢复正常的锁相处理，所述预设的时间t1大于等于一个市电周期。
上述d轴电压的波动是指当前采样周期所获得的d轴电压与前一采样周期获得的d轴电压之差的绝对值。发生电网扰动后，电网电压从低电压穿越恢复到正常电网的时间会比预设的时间t1要长。进一步地，本实施例的抗电网扰动方法还包括步骤f，即一旦判断d轴电压的波动大于等于预设的电网扰动电压阈值，则进一步判断当前的d轴电压是否恢复到正常的d轴电压水平，在当前的d轴电压恢复到正常的d轴电压水平时使锁相环暂停锁相处理达到预设的时间t2，在预设的时间t2结束后，使锁相环恢复正常的锁相处理，预设的时间t2大于等于一个市电周期，t2可以等于或不等于t1。在一种具体的实施方式中，判断当前的d轴电压是否恢复到正常的d轴电压水平，可以将当前采样周期获得的d轴电压与预设的正常d轴电压进行比较，如果二者的偏差小于预定的阈值，则认为当前的d轴电压已经恢复到正常的d轴电压水平。
进一步地，本实施例的抗电网扰动方法还包括步骤g，即一旦判断d轴电压的波动大于等于预设的电网扰动电压阈值，还根据d轴电压和四象限变频器的整流器的额定电流计算所述整流器的输出能力P1,并计算四象限变频器的逆变器的输出功率P2；若P2＞P1，则降低四象限变频器所驱动的电机的运行速度；在d轴电压恢复至小于预设的电网扰动电压阈值时，则控制电机恢复到正常的运行速度。
上述的步骤a至步骤f执行的是本发明实施例的锁相控制策略，在发生电网扰动时，本发明实施例的抗电网扰动方法使锁相环暂停锁相处理达到预设的时间，维持暂停前锁相环锁定的相位角旋转步长不变，从而使锁相环具有更高的稳定性，降低了四象限变频器因电网波动而发生故障的概率。上述的步骤g执行的时负载抑制控制策略，在电网电压快速降低时降低能量需求，保证了四象限变频器能提供足够的能量维持运行，避免了四象限变频器故障停机。
以下结合一具体的应用实例来说明本发明的工作过程及原理。
图1示出了高压四象限变频器的原理框图。如图1所示，该高压四象限变频器1包括可控整流器11、逆变器12以及控制器13。可控整流器11的输入端与电网2相连，逆变器的输出端与电机3相连，控制器13用于控制可控整流器11和逆变器12的工作。
图2示出了根据本发明一实施例的锁相控制的原理示意图。具体实现步骤如下：
第一步：采集三相输入电网电压Vab、Vbc、Vca；
第二步：采用无相移低通滤波器对采集的三相输入电网电压进行滤波处理，得到VabLpf、VbcLpf、VcaLpf；
无相移低通滤波器的传递函数为：
Figure BDA0002348586170000041
其中，s为拉普拉斯算子，K为滤波系数，ωk为电网角频率；
第三步：采用90°滞后滤波器，对滤波后的三相输入电网电压进行正负序提取，得到三相正序电压和三相负序电压；根据正负序电压分量大小判定PI锁相环的锁定分量，如果正序电压分量大于负序电压分量，则PI锁相环锁定正序电压分量，反之锁定负序电压分量；
90°滞后滤波器的传递函数为：
Figure BDA0002348586170000042
第四步：针对第三步中确定的锁相对象，进行坐标转换，得到d轴、q轴两相静止坐标系下的d轴电压和q轴电压；
第五步：判断d轴电压的波动是否大于等于预设的电网扰动电压阈值，若d轴电压的波动大于等于预设的电网扰动电压阈值，则判断电网处于低电压穿越状态，否则判断电网正常；
第六步：电网正常情况下，PI锁相环正常运行，当电网进入低电压穿越，PI锁相环暂停一个市电周期，维持暂停前锁相环锁定的相位角旋转步长(相位角旋转步长是指每一采样周期的相位角变化角度Δθ)不变，一个市电周期后，恢复到正常PI锁相；当电网由低电压穿越状态恢复到正常状态，PI锁相环同样暂停一个市电周期，一个市电周期后，恢复到正常PI锁相。
在本应用实例中，电网扰动电压阈值的取值范围为30V～50V。在无相移低通滤波器和90°滞后滤波器中，取K＝1.414，ωk＝100∏。
图3示出了根据本发明一实施例的负载抑制控制的原理示意图。
低电压穿越过程中，由于电网电压幅值降低，导致可控整流器11额定输出能力降低，如果此时逆变器12不做处理，在电动状态下可能出现欠压故障，在发电状态下可能出现过压故障。为降低该类故障的发生，逆变器12根据可控整流器输出能力的大小，适当降低电机3的速度，从而可保证与可控整流器11输出能力的匹配。负载抑制控制的具体实现步骤如下：
第一步：在电网进入低电压穿越状态时，根据电网电压锁相分量Ud，以及可控整流器的额定电流Ie，计算出可控整流器11此时的输出能力大小P1，P1＝3Ud*Ie；
第二步：计算逆变器12的当前输出功率P2，当P2>P1，则降低电机3的运行速度，降低负载；
第三步：当电网的低电压穿越状态结束，则控制电机3恢复正常运行速度。
采用上述方法后，当电网侧出现单相短路等瞬时扰动时，电网锁相功能稳定，使电网电压瞬态变化过程中，冲击电流抑制在安全范围内，极大地降低了电梯用四象限变频器的故障率。
根据本发明的又一实施例还提供了一种四象限变频器的抗电网扰动控制装置，包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于加载所述程序以执行前述的抗电网扰动方法。
以上描述是结合具体实施方式和附图对本发明所做的进一步说明。但是，本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方法来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内容的情况下根据实际使用情况进行推广、演绎，因此，上述具体实施例的内容不应限制本发明确定的保护范围。

Claims (9)

1.一种四象限变频器的抗电网扰动方法，其特征在于，包括以下步骤：
对三相输入电网电压进行采样；
对采集的三相输入电网电压数据进行正负序提取，得到正序电压分量和负序电压分量；
比较正序电压分量和负序电压分量的大小，若正序电压分量大于负序电压分量，则使锁相环锁定正序电压分量，若正序电压分量小于负序电压分量，则使锁相环锁定负序电压分量，得到相位角度；
利用所述相位角度对锁相环锁定的电压分量进行坐标变换，得到d轴、q轴两相静止坐标系下的d轴电压和q轴电压；
判断d轴电压的波动是否大于等于预设的电网扰动电压阈值，若d轴电压的波动小于预设的电网扰动电压阈值，则使锁相环进行正常的锁相处理，若d轴电压的波动大于等于所述预设的电网扰动电压阈值，则使锁相环暂停锁相处理达到预设的时间t1，在预设的时间t1结束后，使锁相环恢复正常的锁相处理，所述预设的时间t1大于等于一个市电周期；所述d轴电压的波动是指当前采样周期所获得的d轴电压与前一采样周期获得的d轴电压之差的绝对值。
2.根据权利要求1所述的四象限变频器的抗电网扰动方法，其特征在于，还包括以下步骤：当d轴电压的波动大于等于所述预设的电网扰动电压阈值时，判断当前的d轴电压是否恢复到正常的d轴电压水平，在当前的d轴电压恢复到正常的d轴电压水平时使锁相环暂停锁相处理达到预设的时间t2，在预设的时间t2结束后，使锁相环恢复正常的锁相处理，预设的时间t2大于等于一个市电周期。
3.根据权利要求1所述的四象限变频器的抗电网扰动方法，其特征在于，在对三相输入电网电压进行正负序提取之前，采用无相移动低通滤波器对采样结果进行滤波处理。
4.根据权利要求3所述的四象限变频器的抗电网扰动方法，其特征在于，采用90°滞后滤波器对滤波后的三相输入电网电压进行正负序提取。
5.根据权利要求1所述的四象限变频器的抗电网扰动方法，其特征在于，所述的锁相环为PI锁相环。
6.根据权利要求1所述的四象限变频器的抗电网扰动方法，其特征在于，所述电网扰动电压阈值的取值范围为30V～50V。
7.根据权利要求1或2所述的四象限变频器的抗电网扰动方法，其特征在于，所述预设的时间t1为1个市电周期。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的四象限变频器的抗电网扰动方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在d轴电压的波动大于等于所述的电网扰动电压阈值时，根据d轴电压和四象限变频器的整流器的额定电流计算所述整流器的输出能力P1,并计算四象限变频器的逆变器的输出功率P2；若P2＞P1，则降低所述四象限变频器所驱动的电机的运行速度；
在d轴电压恢复至小于预设的电网扰动电压阈值时，则控制所述电机恢复到正常的运行速度。
9.一种四象限变频器的抗电网扰动控制装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储程序；
处理器，用于加载所述程序以执行如权利要求1至8中任何一项所述的抗电网扰动方法。
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