[实用新型]一种具有高低电压穿越能力的储能型变频器

说明书

技术领域

本实用新型涉及低压变频器高低电压穿越技术领域，具体涉及一种具有高低电压穿越能力的储能型变频器，它能在电网电压暂降或暂升的情况下不停机，确保与其相关的整个生产系统连续工作。

背景技术

实际电网中，特高压交直流线路故障、电网低频振荡、大型电机启动和电网短路故障等会引起较大的电压暂降；而大规模负载的突减、大容量电容补偿器的投入等又会引起电网电压的暂升。这类电网电压暂升/暂降的情况，经常会导致工厂变频器的停机，如果停机发生在一些关键设备上，进而会使整个生产系统停止工作，对企业乃至社会造成严重的经济损失。这个安全隐患已引起业内的高度重视，为了解决此类变频器高低电压穿越能力的问题，目前已有多种方案，主要有以下几种：1)优化负荷控制逻辑；2)交流电源优化；3)直流辅助电源。

对于优化负荷的控制逻辑的方案，以发电厂控制给煤机的变频器为例。对给煤机控制器内部的控制逻辑进行修改，在系统电压跌落或瞬停切换已实际跳闸的时间内，对变频器延时发送“延时”信号，同时对给煤机电动机的“失速”信号也相应延迟。该方案的优点是需要增设的装置少，不足之处在于当系统电压波动过大，超过±15％时，运行中的所有给煤机都将经历一个“跳闸-再启动”的过程，再启动后的输出对制粉系统可能产生超调与震荡。

交流电源优化方案包括：1)变频器双回路交流电源供电的方案。两段供电线路按照互为备用的方式进行配置，其回路间的切换必须保证实时性，即在变频器低电压或过电压保护前就实现主供电回路与备用供电回路间的切换。因此回路间的切换只允许极短暂的延时。该方案缺点是往往切换时间不够快，以及双电源同时存在缺陷。2)交流供电回路采用UPS的方案。不间断电源(UPS)除了能解决供电中断问题，也能抑制瞬时电压跌落和过压的问题，当采用在线式UPS时，电压跌落和骤升问题就能从本质上得到抑制。但是实际上考虑到电机的功率和变频器的负载特性，需要更大容量的UPS加以匹配，导致成本成倍提高，再加上其电力电子环节较多，本身的抗高电压能力等各方面可靠性限制了其在变频器电压穿越领域的应用。3)配置动态电压补偿器(DVR)的方案。其工作原理是将动态电压补偿器串联在电网和变频器之间，DVR中的检测单元一旦检测到电压暂升或暂降时，触发控制DVR中的逆变器，将直流电压变换成合适的交流电压以补偿系统电压的波动，响应时间为2～5ms，进而避免系统电压波动给变频器带来的影响。但该方案控制复杂、响应时间较慢且成本较高。

对于采用辅助直流电源供电的方案，具体是在变频器的直流环节上并联辅助的直流电源，常有如下方案：1)利用交流残压整流和IGBT构成的BOOST型式的升压斩波电路。直流电能变换为电压等级更高的直流电能储存于电容，送入变频器的直流输入端子。由于低电压时必然导致电流增加，因此该方案对于低电压支持时的容量配置效率较低，尤其是要满足20％电压下的穿越能力时，电力电子器件回路需要增加5倍的额定运行能力。同时，这种方式只能起到支撑电压的作用，原理上难以解决高电压穿越问题。2)在变频器直流端以蓄电池支持是一种比较可靠的方法。蓄电池经二极管给逆变器供电，最终确保了逆变器工作的连续性和稳定性，但支持系统需要为蓄电池配置专用的充电器，需要对蓄电池进行定期维护，这种方式已有少量投运的系统，但未做系统的安全性和经济性评估。3)在变频器直流端并联大容量电容储能。经计算几千瓦的变频器在几秒内的低电压穿越需要法拉级的电容，因此解决方案是采用超级电容，由此又带来了超级电容充电和串联均压等实际问题。

发明内容

本实用新型旨在有别于以上技术方案，提出一种具有高低电压穿越能力的储能型变频器，解决其高低电压穿越的技术问题。

一种具有高低电压穿越能力的储能型变频器，该变频器除具有常规变频器的整流单元和逆变单元外，还具有储能单元，储能单元并联于变频器的直流环节上。

所述的储能单元由储能蓄电池电路与过压斩波卸能电路组成；储能蓄电池电路中蓄电池充电通过变频器整流输出、电子开关控制和限流电阻完成；蓄电池的浮充和放电回路是经双向电子开关控制并联至变频器的直流环节，支持低电压穿越；所述的过压卸能斩波电路，由电子开关控制和放电耗能电阻串联后并联至变频器的直流环节，支持高电压穿越。

储能单元包括储能蓄电池电路与过压斩波卸能电路，储能蓄电池电路中蓄电池输出侧经过熔断器F1后分为两路，一路是经电子开关S1控制的浮充和放电回路，另一路是经电子开关S2和电阻R1的限流充电回路，最后两路并联后与直流环节相连；过压斩波卸能电路是由电子开关S3和放电耗能电阻R3串联后与直流环节并联并与蓄电池输入侧连接。