高压变频器中母线电压波动的抑制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电机的控制技术领域，特别设及一种高压变频器中母线电压波动的抑 制方法。
【背景技术】
[0002] 当电机工作在二、四象限时，处于发电机状态，电能回馈给变频器的直流母线电 容，普通二象限变频器只能通过制动电阻消耗掉运部分电能。但是，由滤波电感和IGBT(绝 缘栅双极型晶体管）构成的四象限变频器，利用PWM(脉冲宽度调制）整流技术，不仅可W 将电能回馈给电网，还能通过对电网锁化并控制输入侧电流的波形，让变频器运行在"单 位功率因数"状态，避免了二极管不控整流或晶闽管相控整流对电网造成的谐波污染，而且 获得良好的电机调速性能。因此在矿山提升，港口起重等大惯量位能负载，反复短时连续工 作制的场合，特别适合高压四象限变频器。
[0003] 但是，在高压四象限变频器中，存在母线电压低频波动问题。运对器件选型、电流 电压控制效果等指标都提出了难点。现阶段，解决四象限变频器的母线上存在低频电压波 动的问题，存在如下=种方法：第一种方法是在软件算法中采取陷波器。但运种技术在高压 变频器的拓扑中，只能优化网侧电流和电压波形，对母线电压由于功率不匹配所引起的波 动不起作用；第二种方法是通过提高母线给定电压来抑制波动，但运对电容、IGBT、驱动板 等的耐压提出更高要求。第=种方法是通过增加电容数量来抑制波动，但增大了变频器的 体积，而且增加了成本。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的问题在于提供一种高压变频器中母线电压波动的抑制方法，可W 抑制高压变频器的母线电压波动，进而降低给PWM(脉宽调制）整流器AFE(Active化ont 化山整流/回馈单元）的电流环控制带来不利的影响，有利于延长变频器中电容器的寿命 及降低对变频器输出波形正弦度的损害。 阳0化]为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种高压变频器中母线电压波动 的抑制方法，包含W下步骤：
[0006] 在所述高压变频器的逆变器的调制波中加入零序分量，抑制母线电压波动。
[0007] 本发明实施方式相对于现有技术而言，是在高压变频器的逆变器的调制波中加入 零序分量，运样，可W抑制高压变频器的母线电压波动，进而降低给PWM整流器AFE的电流 环控制带来不利的影响，有利于延长变频器中电容器的寿命及降低对变频器输出波形正弦 度的损害。
[0008] 进一步地，在所述高压变频器的逆变器的调制波中加入零序分量的步骤中，采用 马鞍波脉宽调制（SAPWM)方式，在功率单元中加入无功功率，转移整机ABCS相中的瞬时功 率。运样，可W达到减小单元自身输入输出瞬时功率的差异，但又不会影响输出电流波形， 进而可W减小单元母线电压的波动。
[0009] 另外，在所述高压变频器的逆变器的调制波中加入零序分量的步骤之前，包含W 下步骤：根据能量守恒定律，获取所述高压变频器的母线电容上电压的微分方程；根据所 述微分方程，计算得到所述高压变频器的母线电压的交流分量的表达式；根据预设的母线 电压的波动幅值与母线电压的交流分量的表达式，计算出所述母线电容的电容值，并在所 述高压变频器中采用电容值等于计算出的电容值的母线电容。工程人员在高压变频器中采 用电容值等于计算出的电容值的母线电容，可W抑制高压变频器的母线电压波动。
[0010] 进一步地，在所述高压变频器中采用电容值等于计算出的电容值的母线电容的步 骤之后，包含W下步骤：消除母线电压与所述高压变频器的输入电流之间的禪合。运样，可 W消除母线电压与输入电流相互禪合造成的剧烈振荡。
【附图说明】
[0011] 图1是根据本发明第一实施方式中的高压变频器的子单元拓扑结构示意图；
[0012] 图2是根据本发明第一实施方式的高压变频器中母线电压波动的抑制方法流程 图；
[0013] 图3是根据本发明第一实施方式中的生成SAPWM调制波的方法流程图；
[0014] 图4是根据本发明第二实施方式的高压变频器中母线电压波动的抑制方法流程 图；
[0015] 图5是根据本发明第二实施方式中的所测直流母线电压和网侧输入电流示意图；
[0016] 图6是根据本发明第二实施方式中的系统仿真模型的结构示意图；
[0017] 图7是根据本发明第二实施方式中的直流母线电压仿真波形示意图；
[0018] 图8是根据本发明第二实施方式中的高压高压变频器最小系统的MTLAB仿真模 型示意图；
[0019] 图9a是根据本发明第二实施方式中的输出调制采用SPWM的母线电压波动仿真结 果示意图；
[0020] 图9b是根据本发明第二实施方式中的输出调制采用SAPWM的母线电压波动仿真 结果示意图。
【具体实施方式】
[0021] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实 施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可W理解，在本发明各实施方式中， 为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有运些技术细节和基 于W下各实施方式的种种变化和修改，也可W实现本申请各权利要求所要求保护的技术方 案。
[0022] 为了采用低耐压器件得到高输出电压，降低输出电压随时间的变化率并抑制谐 波，工程师设计了多电平变换器。在高压变频器中（比如工作电压为3KV、6KV、10KV)，目前 国际上普遍采用依靠移相变压器提供多路移相隔离电压输出的级联型多电平变换器。相对 于通用多电平结构中的器件串联形式，模块化设计的单元级联型结构在控制算法上要简单 得多。出于级联结构的需要，子单元一般采用H桥（子单元的电路形似字母H)的单相逆变 方式。本实施方式的高压变频器中，子单元拓扑结构如图1所示。其中，6。、^、6。分别为= 相输入电压，i。、ib、i。为S相输入电流，L。、Lb、L。为电感，Ca、Cb、Ce为用于滤波电容，Gl~GlO为开关器件，Cdc为母线电容，具体可W是直流支撑电容，i。为单相输出电流，V。单相输 出电压。
[0023] 其中，子单元的S相输入电压（e。、Gb、e。）由移相变压器副边绕组提供。IXL滤波 环节可W抑制流入电网的开关频率处电流谐波，在设计LCL滤波环节时需要考虑成本、滤 波效果、谐振频率、EMI(电磁干扰）、功率损耗等因素。由于滤波电容（Ca、Cb、Cc)的引入， 不可避免地使系统存在容性无功，在设计时一般会限制容性无功功率在系统总功率的5% W内，下文中为了简化数学模型，忽略了运部分无功能量。开关器件由IGBT(绝缘栅双极型 晶体管）加反并联续流二极管构成，在额定负载下工作时，通过仿真可知热损耗大概占系 统输出功率的2%。在下文的数学模型中，将它当成理想开关器件，忽略了热损耗。母线电 容（Cdc)起稳定母线电压的作用，常用电解电容或薄膜电容。高压变频器可W采用薄膜电 容，薄膜电容的高耐压、高耐纹波电流能力使之成为高压四象限变频器的首选，但相对较小 的容值会引起较大的母线电压波动，而且薄膜电容价格贵，体积大，并不适合大量使用。所 W，如何选择合适的电容W满足母线电压波动的设计指标是设计人员亟待解决的问题。
[0024] 本发明的发明人发现，在高压变频器整机中，由于采用了移相叠加技术，系统=相 输入与=相输出的电流谐波很小，功率恒定（不考虑器件损耗，输入功率等于输出功率乘 W电机功率因数），因此，整机的输入与输出功率在稳态下均为常值。矛盾之处在于功率单 元的恒功率输入与脉动功率输出造成母线电压的波动。
[0025] 本发明的第一实施方式设及一种高压变频器中母线电压波动的抑制方法，具体流 程如图2示，包含W下步骤：
[0026] 步骤201，根据能量守恒定律，获取高压变频器的母线电容上电压的微分方