[发明专利]基于解析模型的低压变频器电压暂降耐受能力评估方法

说明书

本发明公开了一种基于解析模型的低压变频器电压暂降耐受能力评估方法，包括：给定设备参数以及负载功率大小；根据电容器中的能量守恒定律，计算得到变频器能够耐受的电压中断的最大时长t_th；选择电压暂降类型，根据动态电路方程组，计算该电压暂降类型下触发欠电压保护的临界幅值U_cu以及触发过电流保护的临界电压幅值U_ci；比较U_cu以及U_ci的大小，并令U_trip等于U_cu和U_ci中的较大值；则“膝点”坐标为(t_th，U_trip)，基于“膝点”绘制矩形VTC曲线，用于反映变频器的电压暂降耐受能力。本发明方法通过模型计算求解获得变频器的电压暂降耐受能力，避免了测试工作的繁琐和对受试设备寿命的影响，方便用户实际使用。

技术领域

本发明涉及电力系统中电压暂降耐受能力评估领域，特别是一种基于解析模型的低压变频器电压暂降耐受能力评估方法。

背景技术

随着全控型电力电子器件和数字化控制技术的发展，变频器(VariableFrequency Drive，VFD)作为一种电机控制设备被广泛应用于各大高端制造工业。但变频器是一种对电压暂降十分敏感的设备，在提高工业生产效率的同时，用户因电压暂降问题而遭受的经济损失也大大增加。为量化ASD暂降耐受能力，以指导设备选型和参数优化等，国内外大量学者对ASD耐受能力进行研究与测试。然而随着变频器参数的改进以及技术的革新，原有的测试结果不再适用，需要重新测试不同变频器的耐受能力，但目前测试方案效率低下，且绝大部分用户不具备相应的测试条件，设备厂商和用户难以评估不同变频器的耐受能力。因此亟需提出了一种适用性更高的变频器耐受能力评估方案。

了解变频器的电压暂降耐受能力是解决其受电压暂降影响的第一步。获得变频器耐受能力后，一方面可以帮助用户进行设备选型以及制定经济高效的暂降治理措施，另一方面可以指导厂家进行参数设计，进而减小因暂降而导致的经济损失。

目前电气设备的暂降耐受能力，均是通过电压暂降耐受曲线(voltage tolerancecurve,VTC)进行量化，其通过幅值与持续时间特征将复杂暂态波形简化为二维坐标图中的单个事件点，直观呈现设备耐受能力。因此国内外针对变频器暂降耐受能力的研究主要围绕VTC的获取展开，目前，要得到变频器VTC主要有实测和仿真两种方法。

实测方法：如图1所示，对于实测研究，首先需要搭建相应的测试平台，平台包含的设备主要有：可编程电源、待测变频器、动力电机、数据采集系统、负载电气以及负载电机驱动器。其中，可编程电源的主要功能是产生所需要的电压暂降波形。负载电机作为待测设备(变频器1)的模拟负载，通过调节变频器2以改变模拟负载的转矩大小或者功率，从而改变被测设备的运行状况，达到近似模拟正常工况的目的。数据采集系统主要是对输入电压、电流以及ASD中直流电容两端的电压进行监测，以准确反映出变频器1的运行状况，同时监测转矩和转速，以准确反映出负载运行状态。

搭建测试平台后，在测试之前还需要制定相应的测试计划，测试计划中应包含：暂降持续时间范围、时间步进值、暂降幅值范围、幅值步进值、待测暂降类型、负载大小、步长控制策略以及设备失效判据。IEEE Std.1668中推荐了的三种步长控制策略，包括自上而下、自左向右、封闭式方法，这三种方法均适用于变频器耐受能力的测试。最后用户可根据制定的测试计划获得待测变频器的电压暂降耐受曲线。

仿真方法：仿真方法与实测方法类似，不同之处在于仿真方法不需要搭建实物测试平台，而是基于Simulink或者PSCAD/EMTDC建立相应的仿真平台，仿真平台需要分别对可编程电源、变频器功率回路、变频器驱动回路和保护回路、负载电机等分别建模。仿真平台各部分连接关系如图2所示。