[发明专利]一种提高PWM逆变器抗冲击能力的控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种提高PWM逆变器抗冲击能力的控制方法及系统，检测PWM逆变器侧电流；当PWM逆变器侧电流达到预先设定的阈值时，启动虚拟阻抗控制环节，并在启动虚拟阻抗控制环节后根据虚拟阻抗所承担的电压调整PWM逆变器电压环控制指令电压；当PWM逆变器侧电流小于预先设定的阈值，且虚拟阻抗控制环节为启动状态时，设定虚拟阻抗控制环节无效。本发明解决当PWM逆变器在运行过程中投入冲击性负荷时，由于冲击电流引起过的过流或过压故障等抗扰性及带载能力差的问题。

技术领域

本发明涉及逆变器的控制方法及其系统，具体涉及一种提高PWM逆变器抗冲击能力的控制方法及系统。

背景技术

PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)逆变技术是利用调制脉冲控制电力电子功率开关器件并将直流电能变换成交流电能的变流技术，目前已经广泛应用于太阳能发电、风力发电、储能变流、航空航天、船舶等各个领域。逆变技术种类繁多，其中电压源型PWM逆变器是目前使用场合最多、应用最稳定的拓扑电路。

作为交流电源或交流电机驱动电源使用的PWM逆变器，除了具有比较好的性能指标外，还应具有比较高的可靠性，能适应多种负载状况，既具有故障保护的功能，又不会因为负载冲击而频繁关机。冲击性负载有很多，且多伴有贮能元件的存在，典型的冲击性负载有：空载变压器、电动机、整流性冲击负载，还有由于负载故障造成的短路情况，这些负载都会造成很大的冲击电流。受功率开关器件容量限制，基于电力电子功率器件的PWM逆变器装置(如，但不限于，储能变流器，虚拟同步机等)过载能力较弱。当PWM逆变器投入电机、变压器等冲击性负荷或短路时，短暂的电流冲击会引起装置触发过流或过压故障甚至损毁功率开关器件。通过增加功率开关器件的容量可以提高PWM逆变器的带载能力而有可能承受冲击性负荷的电流冲击，但这需要增加较高的硬件成本。此外，通过在逆变器中串入较大的限流电阻或限流电感也可以将电流限住，但这无疑会增加逆变器的体积、重量和成本，并会降低PWM逆变器的整体效率。在不增加硬件成本，体积重量等前提下，通过优化控制策略，达到提升PWM逆变器装置抗冲击性负荷能力及带载能力的效果，具有很好的实用与经济价值。

目前通过软件控制来实现PWM逆变器装置抗冲击性负载的方法有降压法、瞬时封锁脉冲法、以及电流内环限流法等。降压法一般通过检测逆变器输出电流瞬时值，当超过某一阈值时，立即将控制输出电压参考值拉低到某一安全值以降低冲击电流值，并延时一段时间，等冲击电流过后，再恢复输出电压至额定值。降压法需要事先设计好降压值和延时时间，为了适应大的冲击，必须将设定值定得很低，对轻度过载情况而言，这种保护是过度的，而对于像短路这样的冲击则会反复的拉低电压。瞬时封锁脉冲法一般根据输出瞬时电流值超过某一电流阈值时封锁逆变器功率开关管的驱动信号，强行关断功率开关管的开关动作，通过续流回路降低输出电流，躲避冲击电流，当输出电流值降低到某一安全阈值时再重新开启功率开关管的驱动信号，恢复逆变器额定输出电压。这种方法对短时冲击电流有很好的抑制作用，但当PWM逆变器发生短路时，输出电压会被立刻拉低至较小值，此时逆变器仍工作在电压环下，由于反馈电压小，容易造成电压环控制器输出饱和，当逆变器退出短路状态时，由于脉冲已封锁，限流电路不再起作用，电压控制器的饱和输出会使逆变器退出短路状态时具有很大的冲击电压。而且采用强行关断功率开关器件驱动脉冲实现限流时，逆变器的输出电压和电流波形畸变严重。电流内环限流法是在PWM逆变器投入冲击性负荷或短路发生时，逆变器输出电压外环控制不再起作用，逆变器直接切换到电流内环控制，并将PWM逆变器工作模式控制在恒流源区域，从而达到限流的目的。但该方法存在控制模式的切换，当PWM逆变器退出电流冲击或短路状态时，饱和的电流控制器切换到电压控制模式时存在电压冲击，并可能诱发逆变器过压保护。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种提高PWM逆变器抗冲击能力的控制方法及系统，本发明解决当PWM逆变器在运行过程中投入冲击性负荷时，由于冲击电流引起过的过流或过压故障等抗扰性及带载能力差的问题。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：