[发明专利]一体化控制的能量回馈变频器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及能量回馈变频器的控制方法，详细讲是一种动、静态性能好的一体化控制的能量回馈变频器控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展和国家节能减排政策的推动，变频器作为其发展的产物，在工业生产制造、冶金、石化及电力等各个行业得到广泛的应用，并发挥着重要的作用。特别是能量回馈变频器的应用日渐广泛。

目前，变频器结构大多为如图1所示的二极管不控整流-直流-逆变结构，这种变频器存在一些不足，不能用于快速启、停和频繁正、反转的调速场合。因为当电动机减速、制动和位能性负载下放时，电动机处于再生发电状态。由于二极管构成的不控整流电路的单向流动性，电动机产生的再生电能只能传输到直流侧，并不断积存在直流侧的滤波电容上，形成泵升电压，过高的泵升电压将击穿逆变电路的IGBT器件和并联在直流母线上的滤波电容。

为避免电动机再生发电时，形成过高的泵升电压，通常在直流回路中并联如图1所示的功率制动单元，将再生能量通过功率制动单元中的制动电阻R产生热量消耗。如果电动机快速启、停或频繁正、反转，产生的再生能量就越多，不但造成大量能量的浪费，而且过多的能量将导致制动电阻温度过高，容易带来安全隐患。由于制动电阻产生较大热量，制动电阻需要特殊安装，造成安装困难等不足。

如图2所示,通过在变频器中增加能量回馈装置，将再生能量回馈到电网，不但解决了能量浪费问题，还能满足快速启、停及频繁正、反转的运行要求，解决了泵升电压问题。但是外加能量回馈装置将导致一台变频器有两套整流电路，器件的性能得不到充分的发挥，增加了系统的成本和结构。

为降低系统成本，充分发挥器件性能，减小变频器尺寸。现有技术提出一种能量回馈一体机，如图3所示，采用双PWM结构即用PWM整流/回馈、PWM逆变形成变频器。

该结构的变频器中，关于PWM 整流电路的控制方法，大概可以归纳为3种类型，即：电压定向控制(Voltage Oriented Control ，简称VOC)、基于电压的直接功率控制(Voltage based Direct Power Control ，简称V- DPC)和基于虚拟磁链的直接功率控制(Virtual Flux based Direct Power Control ，简称VF-DPC) 。电压定向控制需要复杂的坐标变换，增加系统的复杂程度，系统的动态系能不好；基于电压的直接功率控制，功率计算时需要电流传感器和电压传感器测量电网侧的电流和电压，增加系统的成本,降低了可靠性；基于虚拟磁链的直接功率控制采用滞环控制器和逻辑开关表来调节有功功率和无功功率，产生整流电路IGBT的开关信号，致使开关频率不固定，不利于输入端滤波电感的参数设计，存在无功功率调节能力强，有功功率调节能力弱，且在一些区域内无功功率调节失控的不足。

该结构的变频器中，关于PWM 逆变电路的控制方法，大概可以归纳为3种类型，即：恒压频比控制即U/F控制、磁场定向控制(Field-Oriented Control ，简称FOC)和传统的直接功转矩控制(Classical Direct Torque Control，简称DTC) 。恒压频比控制即保持电机电压的幅值和频率比为某个恒定值，该方案限制了变频器输出的最低频率，主要适用于风扇和送风机等工业应用，存在运用范围受限、控制性能不好等缺点；磁场定向控制通过坐标变换，实现磁链、转矩的解耦控制，但需要复杂的坐标变换，增加系统的复杂程度，系统动态响应慢，并且系统工作过程中容易受电机参数影响；直接转矩控制由于采用滞环控制器实现对磁链和转矩的控制，并通过开关表产生逆变电路IGBT的开关信号，致使磁链、转矩脉动大、电流谐波含量高、低速性能不好及开关频率不定等不足。

综上所述，电动机处于再生发电状态，变频器的整流电路采用不控整流或现有的PWM控制方法整流，变频器存在泵升电压过高、直流母线电容容量过大、功率因数低及再生能量浪费等不足；逆变电路采用恒压频比、矢量控制或现有的直接控制方法，应用范围有限、运算复杂、开关频率不定及转矩脉动过大。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种能量回馈变频器动静态性能好，能够实现对电网高效、无污染能量回馈的一体化控制的能量回馈变频器控制方法。

本发明的采用的技术方案是：

一体化控制的能量回馈变频器的控制方法,包括整流电路的控制和逆变电路的控制，其特征在于整流电路的控制步骤如下：