一種級聯(lián)型高壓變頻器的優(yōu)化pwm控制方法
【專利說明】一種級聯(lián)型高壓變頻器的優(yōu)化PWM控制方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種級聯(lián)型高壓變頻器的優(yōu)化PWM控制方法，屬于級聯(lián)型高壓變頻器PWM控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著高壓變頻器在電力、冶金、石油、化工等關(guān)系重大場合的節(jié)能技術(shù)廣泛應(yīng)用，由若干個獨立的功率單元串聯(lián)的級聯(lián)式高壓變頻器以其諧波小、單元可方便快速互換、可批量生產(chǎn)、維護(hù)方便等優(yōu)點，受到了國內(nèi)外各行業(yè)越來越多的青睞，顯示出了廣闊的推廣前景。
[0004]目前通用級聯(lián)高壓變頻器通常采用V/F開環(huán)控制，三角載波移相PWM調(diào)制方法，即根據(jù)輸出頻率線性調(diào)整調(diào)制比m，各級單元根據(jù)統(tǒng)一的調(diào)制波與各級的三角載波比較輸出PWM波，再疊加后輸出，所有功率單元都在同一調(diào)制比下開關(guān)工作，然而由于級聯(lián)型拓?fù)溆玫降墓β势骷芏啵覟榱税踩?，對所有功率器件都配置了保護(hù)電路，而變頻器本身就是一個電磁干擾源，因此在實際使用中難免會出現(xiàn)保護(hù)電路誤動作跳機(jī)的情況。另一方面由于功率器件在開關(guān)過程中會產(chǎn)生額外的損耗，而我們希望的是在不影響輸出諧波的前提下，開關(guān)頻率越小越好，且調(diào)制比越大，輸出電壓的諧波越小，而目前在使用高壓大功率變頻器的場合，其實際運行頻率一般都只在20-38HZ之間，這樣其調(diào)制比m相對較低，因此開關(guān)頻率不能夠選擇過低。
[0005]基于上述原因，因此有必要設(shè)一種級聯(lián)型高壓變頻器的優(yōu)化PWM控制方法，在不影響變頻器性能的前提下，降低系統(tǒng)的等效開關(guān)頻率，從而降低系統(tǒng)損耗，減少功率器件工作的數(shù)量來減少保護(hù)誤動作的次數(shù)，同時提高設(shè)備整體的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種級聯(lián)型高壓變頻器的優(yōu)化PWM控制方法，可以降低系統(tǒng)損耗，同時提高設(shè)備整體使用壽命。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種級聯(lián)型高壓變頻器的優(yōu)化PWM控制方法，包括以下步驟，
步驟一，根據(jù)系統(tǒng)的額定頻率F、各相級聯(lián)單元數(shù)η及當(dāng)前輸出電壓的頻率f，通過公式n*f/F向上取整數(shù)=A ；
步驟二，根據(jù)步驟一的A，確定在該頻率f下，各相需要工作于PWM開關(guān)狀態(tài)的單元數(shù)為A，其余n-A個單元輸出短接處于相對休眠狀態(tài)，同時為了確保輸出電壓諧波最小，重新計算A個單元工作時各單元之間的載波移相角為180° /A，并且各相A個單元按照一定的時序循環(huán)工作及休眠；
步驟三，根據(jù)實際運行工況，通過公式n*f/F向上取整數(shù)，判斷此時投入運行的單元數(shù)是否合適，若n*f/F向上取整數(shù)=A+1，說明需要再投入一個單元工作于PWM開關(guān)狀態(tài)來保證足夠的輸出能力，同時調(diào)整調(diào)制比為m=m*A/(A+l)，若n*f/F向上取整數(shù)=A-1，說明此時變頻在降頻減負(fù)荷，可以在現(xiàn)在的工況下減少一個功率單元使其休眠仍能夠保證足夠的輸出能力，同時調(diào)整調(diào)制比為m=m*A/(A-1)，以防止出現(xiàn)與此時工況不匹配的過調(diào)制或欠調(diào)制；步驟四，令A(yù)等于步驟三由公式n*f/F向上取整數(shù)計算出的值A(chǔ)+1或A-1，再回到步驟二覆蓋A值，并進(jìn)行循環(huán)判斷。
[0008]步驟三中所述及時調(diào)整調(diào)制比m的方法為，若n*f/F向上取整數(shù)=A+1，調(diào)制比m=m*A/ (A+1)，若 n*f/F 向上取整數(shù)=A-1，調(diào)制比 m=m*A/ (A-1)。
[0009]步驟二所述n-A個單元輸出短接處于相對休眠狀態(tài)，具體包括通過單元兩個逆變橋臂的上(或下)同時導(dǎo)通短接，同時為了確保功率器件的使用壽命，上下橋臂采取等時間循環(huán)導(dǎo)通(關(guān)斷)方式。
[0010]步驟二所述各相A個單元按照一定的時序循環(huán)工作及休眠，其循環(huán)周期需根據(jù)高壓變頻器實際的功率等級及使用工況進(jìn)行整定，以確保設(shè)備中功率器件的整體使用壽命最長。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:在不影響變頻器性能的前提下，降低了系統(tǒng)的等效開關(guān)頻率，從而降低系統(tǒng)損耗，通過循環(huán)休眠技術(shù)減少了功率器件工作的數(shù)量，從而減少保護(hù)誤動作的次數(shù)，同時提高設(shè)備整體的使用壽命。
【附圖說明】
[0012]圖1為級聯(lián)型高壓變頻器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖2為功率單元拓?fù)鋱D。
[0014]圖3為傳統(tǒng)PWM控制下5級級聯(lián)30Hz輸出電壓波形。
[0015]圖4為本發(fā)明級聯(lián)型高壓變頻器的優(yōu)化PWM控制流程圖。
[0016]圖5為本發(fā)明控制方法5級級聯(lián)調(diào)制比的變化曲線。
[0017]圖6為本發(fā)明控制方法下5級級聯(lián)30Hz工況下各功率單元循環(huán)休眠示意圖。
[0018]圖7為本發(fā)明控制方法下5級級聯(lián)30Hz輸出電壓波形。
【具體實施方式】
[0019]下面將結(jié)合說明書附圖，同時為了便于說明以5級級聯(lián)，采用V/F線性控制，輸出電壓30Hz時為例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]如圖1所示，為級聯(lián)型高壓變頻器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。主要由進(jìn)線多繞組移相變壓器、各相串聯(lián)功率單元構(gòu)成。功率單元拓?fù)鋱D如圖2所示。圖3為傳統(tǒng)PWM控制下5級級聯(lián)30Hz輸出電壓波形，所有的功率單元都工作在PWM開關(guān)狀態(tài)。
[0021]如圖4所示，為本發(fā)明級聯(lián)型高壓變頻器的優(yōu)化PWM控制流程圖。具體實現(xiàn)包括以下步驟:
步驟一，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的額定頻率F、各相級聯(lián)單元數(shù)η及當(dāng)前輸出電壓的頻率f，通過公式n*f/F向上取整數(shù)=A，A彡η ;
步驟二，根據(jù)步驟一的Α，確定在當(dāng)前頻率f下，各相需要工作于PWM開關(guān)狀態(tài)的單元數(shù)為A，其余n-A個單元輸出短接(導(dǎo)通)，處于相對休眠狀態(tài)，同時為了確保輸出電壓諧波最小，重新計算A個單元工作時各單元之間的載波移相角Θ為180° /A，并且各相A個單元按照一定的時序循環(huán)工作及休眠；
步驟三，根據(jù)實際運行工況，通過公式n*f/F向上取整數(shù)，判斷此時投入運行的單元數(shù)是否合適，若n*f/F向上取整數(shù)=A+1，說明需要再投入一個功率單元工作于PWM開關(guān)狀態(tài)來保證足夠的輸出能力，同時調(diào)整調(diào)制比為m=m*A/(A+l)，若n*f/F向上取整數(shù)=A-1，說明此時變頻在降頻減負(fù)荷，可以在現(xiàn)在的工況下減少一個功率單元使其休眠仍能夠保證足夠的輸出能力，同時調(diào)整調(diào)制比為m=m*A/(A-1)，以防止出現(xiàn)與此時工況不匹配的過調(diào)制或欠調(diào)制。O <調(diào)制比m < I ο
[0022]在η取5時，優(yōu)化PWM控制方法下調(diào)制比m2取值的變化曲線如圖5所示，相比較于傳統(tǒng)控制方法下的調(diào)制比ml曲線，在同一輸出頻率下m2>ml，則可以在不影響輸出性能的情況下，降低等效開關(guān)頻率。
[0023]步驟四，令A(yù)等于步驟三由公式n*f/F向上取整數(shù)計算出的值A(chǔ)+1或A_l，再回到步驟二覆蓋A值，并進(jìn)行循環(huán)判斷。
[0024]如圖6所示，為本發(fā)明控制方法下5級級聯(lián)30Hz工況下各功率單元循環(huán)休眠時序示意圖。圖中PWM表示在該區(qū)間功率單元工作與PWM開關(guān)狀態(tài)，PP表示如圖2所示的功率單元逆變側(cè)上橋臂兩個器件同時開通，NN表示圖2功率單元逆變側(cè)的下橋臂兩個器件同時開通。通過按照規(guī)定的時序進(jìn)行循環(huán)休眠，保證所有功率單元的使用率都一致，從而可以延長設(shè)備的整體使用壽命。
[0025]如圖7所示，為本發(fā)明控制方法下5級級聯(lián)30Hz輸出電壓波形。單次切換周期T=0.05s，每個功率單元連著3個T周期工作與PWM開關(guān)狀態(tài)，然后連著2個T周期處于相對休眠狀態(tài)，各個單元按照這種方式進(jìn)行循環(huán)，這樣處于相對休眠狀態(tài)功率單元有PP狀態(tài)切換為NN狀態(tài)的周期也等于T。
[0026]綜上所述，采取本發(fā)明的級聯(lián)型高壓變頻器的優(yōu)化PWM控制方法，在不影響變頻器性能的前提下，降低了系統(tǒng)的等效開關(guān)頻率，從而降低系統(tǒng)損耗，通過循環(huán)休眠技術(shù)減少了功率器件工作的數(shù)量從而減少保護(hù)誤動作的次數(shù)，同時提高設(shè)備整體的使用壽命。
[0027]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.一種級聯(lián)型高壓變頻器的優(yōu)化PWM控制方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟一，根據(jù)系統(tǒng)的額定頻率F、各相級聯(lián)單元數(shù)η及當(dāng)前輸出電壓的頻率f，通過公式n*f/F向上取整數(shù)=A ； 步驟二，根據(jù)A值，確定在該頻率f下，各相需要工作于PWM開關(guān)狀態(tài)的單元數(shù)為A，其余n-A個單元輸出短接處于相對休眠狀態(tài)，重新計算A個單元工作時各單元之間的載波移相角為180° /A，并且各相A個單元按照一定的時序循環(huán)工作及休眠； 步驟三，根據(jù)實際運行工況，通過公式n*f/F向上取整數(shù)，判斷此時投入運行的單元數(shù)是否合適，若n*f/F向上取整數(shù)=A+1，則升頻，再投入一個功率單元工作于PWM開關(guān)狀態(tài)，若n*f/F向上取整數(shù)=A-1，則降頻，在現(xiàn)在的工況下減少一個功率單元使其休眠，同時在調(diào)整模塊工作數(shù)時，相應(yīng)地調(diào)整調(diào)制比m ； 步驟四，令A(yù)等于步驟三由公式n*f/F向上取整數(shù)計算出的值A(chǔ)+1或A-1，再回到步驟二覆蓋A值，并進(jìn)行循環(huán)判斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級聯(lián)型高壓變頻器的優(yōu)化PWM控制方法，其特征在于:步驟三中調(diào)整調(diào)制比m的方法為，若n*f/F向上取整數(shù)=A+1，調(diào)制比m=m*A/ (A+1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種級聯(lián)型高壓變頻器的優(yōu)化PWM控制方法，其特征在于:步驟三中調(diào)整調(diào)制比m的方法為，若n*f/F向上取整數(shù)=A-1，調(diào)制比m=m*A/ (A-1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級聯(lián)型高壓變頻器的優(yōu)化PWM控制方法，其特征在于:步驟二所述n-A個單元輸出短接處于相對休眠狀態(tài)，具體包括通過功率單元兩個逆變側(cè)上或下橋臂的同時導(dǎo)通短接，上、下橋臂采取等時間循環(huán)導(dǎo)通或關(guān)斷的方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級聯(lián)型高壓變頻器的優(yōu)化PWM控制方法，其特征在于:步驟二所述各相A個單元按照一定的時序循環(huán)工作及休眠，其循環(huán)周期根據(jù)高壓變頻器實際的功率等級及使用工況進(jìn)行整定。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種級聯(lián)型高壓變頻器的優(yōu)化PWM控制方法，具有控制簡單，可以降低損耗、提高系統(tǒng)效率及通過循環(huán)休眠延長設(shè)備壽命的優(yōu)點，采用V/f控制，首先根據(jù)系統(tǒng)額定頻率F、各相級聯(lián)數(shù)n及輸出頻率f計算在該工況下各相最少需要投入工作的單元數(shù)A及載波移相角θ，此時A個單元工作，n-A個單元兩個橋臂的上（或下）同時導(dǎo)通輸出短接處于相對休眠狀態(tài)，并使A在n個中按照一定的時序循環(huán)工作與休眠，保證所有功率單元使用程度一致；然后根據(jù)升頻（或降頻），通過n*f/F向上取整來判斷此時是否需要多（或少）投入一個功率單元來滿足此時的輸出能力，若滿足調(diào)整條件，根據(jù)調(diào)整后的單元數(shù)A重新計算移相角，并調(diào)整調(diào)制比m。
【IPC分類】H02M5-44
【公開號】CN104852599
【申請?zhí)枴緾N201510274756
【發(fā)明人】楊軼成, 劉春松, 楊彪, 余志飛, 胡炫, 李冰, 錢詩寶
【申請人】國電南京自動化股份有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月26日