CN112865142B - 一种逆变电源控制三相不对称负载电流平衡的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种逆变电源控制三相不对称负载电流平衡的方法，涉及工业控制技术领域，所述方法包括步骤：预先向逆变电源设置给定频率值和给定电流值；根据所述给定频率值、所述给定电流值和在常规控制下调节得到的三相电压，所述逆变电源向三相不对称负载输出期待的三相电流；所述逆变电源根据所述期待的三相电流计算得到三相电流特征参数；比较所述三相电流特征参数，所述逆变电源调节对应相的电压幅值，并向所述三相不对称负载提供三相电压；采集所述三相电压下所对应的三相电流，并将采集到的三相电流作为所述逆变电源的反馈信息，直至计算得到的三相电流特征参数大致相同。本申请能够在负载不平衡的情况下，控制三相电流平衡。
Description
技术领域
本申请涉及工业控制技术领域，特别涉及一种逆变电源控制三相不对称负载电流平衡的方法。
背景技术
在实际的铺设高压电缆现场，户外地形复杂导致铺设的每一相的电缆位置存在差异，且电缆长度和电缆材质也有差异，进而导致了三相电缆的阻抗存在差别，甚至于达到10％的不平衡度差异。尽管三相电缆的阻抗各不相同，但是在输配电施工方在铺设电缆时还需要多电缆进行多项测试，其中一条要求就是在三相电缆阻抗不平衡的情况下也要保证三相电缆交流电流基本平衡，即三相交流电流不平衡度不超过1％。
逆变电源在常规控制下调节向三相电缆提供三相电压，即按照三相电压幅值相同、相位相差120°对称调制，当三相电缆的阻抗不平衡较大时，三相电缆上产生的三相电流是不平衡的。若三相电交流流不平衡，导致三相负载电流畸变，波形不对称，容易产生大量的谐波造成用电设备的损耗，也可能危害电网的正常运行。
发明内容
本申请实施例提供一种逆变电源控制三相不对称负载电流平衡的方法，以解决相关技术中不对称负载上的三相电流不平衡的问题。
本申请实施例提供了一种逆变电源控制三相不对称负载电流平衡的方法，所述方法包括步骤：
预先向逆变电源设置给定频率值和给定电流值；
根据所述给定频率值、所述给定电流值和在常规控制下调节得到的三相电压，所述逆变电源向三相不对称负载输出期待的三相电流；
所述逆变电源根据所述期待的三相电流计算得到三相电流特征参数；
比较所述三相电流特征参数，所述逆变电源调节对应相的电压幅值，并向所述三相不对称负载提供三相电压；
采集所述三相电压下所对应的三相电流，并将采集到的三相电流作为所述逆变电源的反馈信息，直至计算得到的三相电流特征参数大致相同。
一些实施例中，所述根据所述给定频率值、所述给定电流值和在常规控制下调节得到的三相电压，所述逆变电源向三相不对称负载输出期待的三相电流的具体步骤包括：
启动逆变电源；
所述逆变电源根据给定频率值求解积分确定电压相位；
所述逆变电源将三相电压幅值按照设定步长从零开始对称调制，并向所述三相不对称负载提供三相电压，并采集该三相电压下所对应的三相电流；
根据采集到的三相电流，计算得到三相电流有效值；
所述逆变电源以所述三相电流有效值和所述给定电流值作为反馈信号，输出下一个三相电压幅值，直至所述逆变电源向三相不对称负载输出期待的三相电流。
一些实施例中，所述期待的三相电流满足其三相电流有效值与所述给定电流值的差值不超过设定的第一阈值。
一些实施例中，所述逆变电源包括正弦波脉宽调制SPWM逆变电路。
一些实施例中，所述逆变电源根据所述期待的三相电流计算得到三相电流特征参数的具体步骤为：
根据所述期待的三相电流，计算每一相的电流在预设的周期内的电流均方根值。
一些实施例中，所述预设的周期与所述给定频率值的乘积为一。
一些实施例中，所述三相电流特征参数为三相电流的各个相的电流均方根值。
一些实施例中，比较所述三相电流特征参数，所述逆变电源调节对应相的电压幅值的具体步骤包括：
比较三个电流均方根值的大小，所述逆变电源增大最小的电流均方根值对应的相上的电压幅值，减小最大的电流均方根值对应的相上的电压幅值。
一些实施例中，所述三相电流特征参数大致相同的标准为：
计算得到的三个电流均方根值中的最大值与最小值的差值不超过设定的第二阈值。
一些实施例中，所述三相不对称负载星形连接。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：在负载不平衡的情况下，实现三相电流平衡。
本申请实施例提供了一种逆变电源控制三相不对称负载电流平衡的方法，以三相电流为监测对象，逆变电源根据预设的给定频率值和给定电流值按照常规控制方式得到期待的三相电流，再根据各个相上的电流特征参数调节对应相的电压幅值，直至不对称负载上的各个相上的电流均方根值大致相同，此时，三相电流的三个波形幅值基本相同，即完成三相不对称负载电流平衡的控制。本申请实施例能够对逆变电源根据需求设置设定频率值和给定电流值对不对称负载进行三相电流平衡设置，设施简单，调节形式简单可靠，且得到的电流波形对称度好。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种逆变电源控制三相不对称负载电流平衡的方法的流程框图；
图2为不对称负载上三相电流为期待的三相电流时的波形图；
图3为不对称负载上三相电流在调节完毕之后的波形图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种逆变电源控制三相不对称负载电流平衡的方法，其能解决在负载不平衡的情况下，实现三相电流平衡。
如图1所示，本申请实施例提供了一种逆变电源控制三相不对称负载电流平衡的方法，所述方法包括步骤：
S1：预先向逆变电源设置给定频率值和给定电流值；
S2：根据所述给定频率值、所述给定电流值和在常规控制下调节得到的三相电压，所述逆变电源向三相不对称负载输出期待的三相电流；
S3：所述逆变电源根据所述期待的三相电流计算得到三相电流特征参数；
S4：比较所述三相电流特征参数，所述逆变电源调节对应相的电压幅值，并向所述三相不对称负载提供三相电压；
S5：采集所述三相电压下所对应的三相电流，并将采集到的三相电流作为所述逆变电源的反馈信息，直至计算得到的三相电流特征参数大致相同。
本申请实施例提供了一种逆变电源控制三相不对称负载电流平衡的方法，以三相电流为监测对象，逆变电源根据预设的给定频率值和给定电流值按照常规控制方式得到期待的三相电流，再根据各个相上的电流特征参数调节对应相的电压幅值，直至不对称负载上的各个相上的电流均方根值大致相同，此时，三相电流的三个波形幅值基本相同，即完成三相不对称负载电流平衡的控制。本申请实施例能够对逆变电源根据需求设置设定频率值和给定电流值对不对称负载进行三相电流平衡设置，设施简单，调节形式简单可靠，且得到的电流波形对称度好。
在本实施例中，逆变电源包括依次相连的不控整流电路、电容滤波电路和IGBT逆变电路，所述IGBT逆变电路的三个输出端各连接一个负载，三个负载星形连接且各不相同，即负载为不对称负载，所述三相不对称负载星形连接。逆变电源的三相交流电压输入由外部的发电车提供，该三相交流电压经过不控整流电路、电容滤波电路变换为直流电压，再经过IGBT逆变电路输出新的三相交流电压，新的三相交流电压加在三相负载上，那么自然也有产生了三相交流电流，由于负载不对称的特性，一般输出的三相交流电流也就是不平衡的。
优选地，所述步骤S2的具体步骤包括：
启动逆变电源；
所述逆变电源根据给定频率值求解积分确定电压相位；
所述逆变电源将三相电压幅值按照设定步长从零开始对称调制，并向所述三相不对称负载提供三相电压，并采集该三相电压下所对应的三相电流；
根据采集到的三相电流，计算得到三相电流有效值；
所述逆变电源以所述三相电流有效值和所述给定电流值作为反馈信号，输出下一个三相电压幅值，直至所述逆变电源向三相不对称负载输出期待的三相电流。
进一步地，所述期待的三相电流满足其三相电流有效值与所述给定电流值的差值不超过设定的第一阈值。
更进一步地，所述逆变电源包括正弦波脉宽调制SPWM逆变电路。
在本实施例的逆变电源中，IGBT逆变电路采用正弦波脉宽调制SPWM方式调制PWM波，且根据PWM波的脉宽等效电压原理，经过IGBT逆变电路调制后的PWM脉宽电压为每一相的实时交流电压。以逆变电源向对称负载提供的三相电压为例，等效电压公式为：
Ua＝M1sin(ωt)，
Ub＝M2sin(ωt-120°)，
Uc＝M3sin(ωt-240°)，
式中：Ua、Ub、Uc为调制后的实时的三相电压；M1、M2、M3为三相的电压幅值，该电压幅值为设定值；ω为输出频率，该输出频率与给定频率值相同。
那么从等效电压公式中可以看出，在频率不变的前提下，调节各个相给定的电压幅值能够改变调制后的三相电压，且实时电压相位由给定频率值求解积分确定。
三相电压幅值从零开始按照设定步长逐步增大，根据给定频率值求解积分确定电压相位，那么启动逆变电源之后，三相不对称负载上有三相电压产生，逆变电源输出三相电流；采集三相电流计算三相电流有效值I，那么在随着三相电压幅值增大的过程，三相电流有效值I也在逐渐增加，当三相电流有效值I和设定电流值I0相近时，停止增加三相电压幅值，此时，三个相的电压幅值大小相同。“相近”在本实施例中特指三相电流有效值I与所述给定电流值I0的差值不超过设定的第一阈值，第一阈值的大小根据经验确定。
可见，本申请实施例中是以三相电流作为一个反馈来确定输出期待的三相电流时的三相电压幅值。逆变电源在常规控制下按照三相电压幅值相同、相位相差120°对称调制，以向三相不对称负载提供平衡的三相电压，由于各个负载不对称，故而各个负载上的电流也就不平衡了。
进一步地，所述步骤S3的具体步骤为：
根据所述期待的三相电流，计算每一相的电流在预设的周期内的电流均方根值。
具体地，所述预设的周期与所述给定频率值的乘积为一。
具体地，所述三相电流特征参数为三相电流的各个相的电流均方根值。
具体地，在所述步骤S4中，比较所述三相电流特征参数，所述逆变电源调节对应相的电压幅值的具体步骤包括：
比较三个电流均方根值的大小，所述逆变电源增大最小的电流均方根值对应的相上的电压幅值，减小最大的电流均方根值对应的相上的电压幅值。
进一步地，所述三相电流特征参数大致相同的标准为：
计算得到的三个电流均方根值中的最大值与最小值的差值不超过设定的第二阈值。
在本实施例中，当停止按照设定的步长增加三相电压幅值后，由于负载阻抗的不平衡，输出的三相电流也是不平衡的，如图2所示，很明显三相电流的波形不对称、电流幅值大小不相同。采用霍尔传感器采集实时的三相电流，每一次载波周期T1做一次电流采样，每个正弦周期T内采样电流的次数为T/T1，该正弦周期T＝1/给定频率值，那么在一个正弦周期T内计算每一相的电流均方根值，计算完各个相的电流均方根值后，比较三个电流均方根值的大小。以C相为例，电流均方根值的计算公式为：
式中：Icrms为C相上的电流均方根值；Nc为C相上的一个正弦周期T内采样电流的次数，等于T/T1；Ic为C相上的电流有效值。
若电流均方根值最大，表明这一相上的阻抗偏小，则继续按照设定的步长减小该相上的电压幅值，进而该相上的电流就会随电压幅值减小而减小；
若电流均方根值最小，表明这一相的阻抗偏大，则继续次按照设定的步长增大该相上电压幅值，进而该相上的电流就会随电压幅值增加而增大；
若电流均方根值在最大和最小值之间，则该相不需要做调整。
按照这样的方式，每个正弦周期T做一次电压幅值的针对性调节，如此往复，直到三相电流均方根值的最大值和最小值的差值不超过第二阈值时，停止对各个相的电压幅值的调节，此时再关断逆变电源，第二阈值的取值根据经验确。调节完成后的三相电流的波形如图3所示，三相电流的波形对称度较好，且电流波形幅值基本相等。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种逆变电源控制三相不对称负载电流平衡的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
预先向逆变电源设置给定频率值和给定电流值；
根据所述给定频率值、所述给定电流值和在常规控制下调节得到的三相电压，所述逆变电源向三相不对称负载输出期待的三相电流；
所述逆变电源根据所述期待的三相电流计算得到三相电流特征参数；
比较所述三相电流特征参数，所述逆变电源调节对应相的电压幅值，并向所述三相不对称负载提供三相电压；
采集所述三相电压下所对应的三相电流，并将采集到的三相电流作为所述逆变电源的反馈信息，直至计算得到的三相电流特征参数大致相同；
所述三相电流特征参数为三相电流的各个相的电流均方根值；
比较所述三相电流特征参数，所述逆变电源调节对应相的电压幅值的具体步骤包括：
比较三个电流均方根值的大小，所述逆变电源增大最小的电流均方根值对应的相上的电压幅值，减小最大的电流均方根值对应的相上的电压幅值；
所述三相电流特征参数大致相同的标准为：
计算得到的三个电流均方根值中的最大值与最小值的差值不超过设定的第二阈值。
2.如权利要求1所述的逆变电源控制三相不对称负载电流平衡的方法，其特征在于，所述根据所述给定频率值、所述给定电流值和在常规控制下调节得到的三相电压，所述逆变电源向三相不对称负载输出期待的三相电流的具体步骤包括：
启动逆变电源；
所述逆变电源根据给定频率值求解积分确定电压相位；
所述逆变电源将三相电压幅值按照设定步长从零开始对称调制，并向所述三相不对称负载提供三相电压，并采集该三相电压下所对应的三相电流；
根据采集到的三相电流，计算得到三相电流有效值；
所述逆变电源以所述三相电流有效值和所述给定电流值作为反馈信号，输出下一个三相电压幅值，直至所述逆变电源向三相不对称负载输出期待的三相电流。
3.如权利要求2所述的逆变电源控制三相不对称负载电流平衡的方法，其特征在于，所述期待的三相电流满足其三相电流有效值与所述给定电流值的差值不超过设定的阈值。
4.如权利要求1所述的逆变电源控制三相不对称负载电流平衡的方法，其特征在于，所述逆变电源包括正弦波脉宽调制SPWM逆变电路。
5.如权利要求1所述的逆变电源控制三相不对称负载电流平衡的方法，其特征在于，所述逆变电源根据所述期待的三相电流计算得到三相电流特征参数的具体步骤为：
根据所述期待的三相电流，计算每一相的电流在预设的周期内的电流均方根值。
6.如权利要求5所述的逆变电源控制三相不对称负载电流平衡的方法，其特征在于，所述预设的周期与所述给定频率值的乘积为一。
7.如权利要求1所述的逆变电源控制三相不对称负载电流平衡的方法，其特征在于，所述三相不对称负载星形连接。
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