[发明专利]一种高频PWM整流逆变一体化装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种高频PWM整流逆变一体化装置及其控制方法。

背景技术

微型燃气轮机发电系统是近年来迅速发展起来的一种新型分布式发电系统，其输出功率范围一般在20KW到500KW之间，具有清洁、可靠、多用途及实现冷热电联产等优点。另外，还可以作为移动式高性能电源，为各种特殊环境、特殊条件下的用电系统提供高性能、稳定、可靠的电力能源。系统工作时，通过动力透平，带动永磁发电机转子在空气轴承上高速旋转，产生高频交流电，经过电力变换器进行可控变频，输出满足用户要求的交流电。

常规的整流环节一般采用二极管不控整流或晶闸管相控整流。

二极管整流电路简单、经济可靠。因此上个世纪它的应用十分广泛，但是这种整流器的广泛使用也带来了以下几个方面的问题：

(1)二极管整流会使网侧电流波形严重畸变，造成功率因数较低，最高功率因数只可能为0.8左右。大量无功功率的消耗会给电网带来额外的负担，不仅增加了输电线路的损耗，而且严重地影响了供电质量。

(2)对二极管整流器输入电流的频谱进行分析，发现输入电流中含有丰富的低次谐波电流。

(3)对于交流变频调速系统，由于二极管的单向导电性能，电机制动的再生能量无法回馈给电网。为了装置的安全运行，这部分能量必须通过一定的途径消耗掉。在中小容量系统中，一般采用能耗制动方式，即通过内置或外加制动电阻的方法将电能消耗在大功率电阻器中，实现电机的四象限运行。该方法虽然简单，但是有如下缺点：浪费能量，系统效率低；电阻发热严重，影响系统的其他部分正常工作；简单的能耗制动不能及时抑制快速制动产生的泵升电压，限制了性能的提高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种能够实现电能双向流动的高频PWM整流逆变一体化装置及其控制方法。

本发明装置包括主电路单元、驱动和功率放大单元、PWM控制单元、中央控制单元、人机界面单元(HMI)、电压电流互感器、电力参数测量单元、电源单元组成。其中，主电路单元包括功率开关器件IGBT、反并联二极管、吸收器和直流滤波电容器；PWM控制单元包括数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑器件(CPLD)和RS485接口电路，其中CPLD中包含有窄脉冲限制模块，用来对输出脉冲进行处理；中央控制单元包括可编程逻辑控制器(PLC)单元。

主电路单元与电压电流互感器、驱动和功率放大单元相连；驱动和功率放大单元分别与电源单元和PWM控制单元相连；PWM控制单元分别与电源单元和中央控制单元相连；中央控制单元分别与电力参数测量单元和人机界面单元(HMI)相连。

原理：在永磁同步机的电动过程中，本装置工作在逆变状态，将直流电逆变成交流电，带动微型燃机启动运行；在永磁同步机的发电过程中，本装置工作在整流状态，将交流电逆变成直流电，供用户使用。

一种高频PWM整流逆变一体化装置的控制方法，在DSP处理器中实现，如附图6所示，包括以下步骤：

步骤1.逆变器升速；

步骤2.永磁同步机速度反馈信号频率为10Hz时，发送监测转速信号给中央控制单元，其中10Hz是逆变器输出频率；

步骤3.检测电机是否启动，如果启动则执行步骤4，否则执行步骤1；

步骤4.逆变器工作模式工作；

步骤5判断转速是否大于36000RPM，如果不大于则执行步骤4，否则执行步骤6；

步骤6.整流器工作模式工作；

步骤7.结束。

所述的一种高频PWM整流逆变一体化装置的控制方法，步骤4中所述的逆变器工作模式进行工作，如附图7所示，步骤如下，：

步骤1.开始；

步骤2.判断启动命令是否到来，如果到来则执行步骤3，否则执行步骤2；

步骤3.逆变器工作模式：调用SVPWM算法；

步骤4.电机升速；

步骤5.判断永磁同步机速度反馈信号频率是否达到600Hz，如果达到则执行步骤6，否则执行步骤4，其中600Hz是逆变器输出频率；

步骤6.逆变器恒速控制：逆变器输出频率保持不变，从而控制永磁同步机速度不变；

步骤7.判断停止命令是否到达，如果到达则执行步骤8，否则执行步骤6；

步骤8.电机降速；

步骤9.判断是否到达停机转，如果达到则执行步骤10，否则执行步骤8；

步骤10.停机封脉冲子程序，执行步骤2。