高压变频器输出电压自均衡方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及高压变频器输出电压自均衡方法。
【背景技术】
[0002] 图1示出了一种目前常见的五级联高压变频器系统的拓扑结构。该高压变频器系 统由移相变压器91、功率单元组92、主控模块93、光纤通信模块94、信号采集模块95、I/O 接口96、通信模块97和人机界面98等八大部分组成。
[0003] 在高压变频器的功率单元出现故障时，通常是在将发生故障的功率单元旁路的同 时，让其它两相相应的单元也同时旁路，这样让变频器三相输出电压平衡，从而使电机的三 相电流平衡，但这样变频器的输出功率被过多降低，不适宜长期工作，也无法适应较大负载 的情况。
[0004] 近年来，有些公司也提出了带中性点偏移的单元旁路方法，但这种方法只能适用 于高压变频器的任意两相相电压之和大于第三相相电压的情况，对于高压变频器的任意两 相相电压之和小于第三相相电压的情况则无法实现电压自均衡，只能停机。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种高压变频器输出电压自均衡方法，其能 够在高压变频器发生功率单元故障、且高压变频器的任意两相相电压之和小于剩余一相相 电压的情况下实现高压变频器输出电压自均衡。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
[0007] -种高压变频器输出电压自均衡方法，所述高压变频器的每相有多个功率单元串 联，其特点在于，所述高压变频器输出电压自均衡方法包括以下步骤：
[0008] 步骤a、高压变频器的主控模块在所述高压变频器发生功率单元故障时，提升高压 变频器的三相的相电压，每一相的相电压提升值应大于等于零、且小于等于发生故障的所 有功率单元的目标输出电压有效值之和，同时还应避免出现过调制；
[0009] 步骤b、在完成对高压变频器的三相相电压的提升后，判断是否出现任意两相a、c 的相电压之和小于剩余一相b的相电压的状况，若出现a相相电压Ua和c相相电压Uc之 和小于b相相电压Ub的状况，所述主控模炔基于预设的b相相电压Ub、输出线电压Ul、a相 与b相之间的夹角X、a相与c相之间的夹角y或b相与ab线电压之间的夹角z，通过以下 公式计算出Ub、U1、X、y和z中的其余四者；
[0013] 步骤c、主控模块根据步骤b计算出的x、y和z计算出b相与c相之间的夹角w;
[0014] 步骤d、主控模块按照步骤b中获得的Ub、x、y以及步骤c中获得的w向所述高压 变频器的功率单元组发送实际的PWM控制信号，对高压变频器的b相相电压、a相与b相之 间的夹角、a相与c相之间的夹角以及b相与c相之间的夹角进行调整。
[0015] 采用上述技术方案后，实现了高压变频器输出电压的自均衡，能够使高压变频器 在功率单元出现故障的情况下仍能持续运行，不至于因为停机对生产等产生更大影响。
【附图说明】
[0016] 图1示出了现有的一种五级联高压变频器系统的拓扑结构示意图。
[0017] 图2示出了根据本发明一实施例的高压变频器输出电压自均衡方法的流程示意 图。
[0018] 图3示出了根据本发明一实施例的高压变频器输出电压自均衡方法的实现原理 示意图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0020] 请参阅图2。根据本发明一实施例的高压变频器输出电压自均衡方法包括以下步 骤：
[0021] 步骤a、高压变频器的主控模块在高压变频器发生功率单元故障时，提升高压变频 器的三相的相电压，每一相的相电压提升值应大于等于零、且小于等于发生故障的所有功 率单元的目标输出电压有效值之和，同时还应避免出现过调制。
[0022] 步骤b、在完成对高压变频器的三相相电压的提升后，判断是否出现任意两相a、c 的相电压之和小于剩余一相b的相电压的状况，若出现a相相电压Ua和c相相电压Uc之 和小于b相相电压Ub的状况，主控模炔基于预设的b相相电压Ub、输出线电压Ul、a相与b 相之间的夹角X、a相与c相之间的夹角y或b相与ab线电压之间的夹角z，通过以下公式 计算出Ub、U1、X、y和z中的其余四者；
[0026] 上述的输出线电压U1、夹角x、y、z请同时参阅图3。公式（1)、（2)、（3)组成了一 个三元方程组，此时Ua、Uc为已知且不做调整，Ub虽然之前也已知但是作为需要被调整的 参数，X、y和Z也是作为要被调整的参数，因此只需预先将Ub、X、y和Z中的一个参数设为 已知，就可以求出其余的三个参数，将该预设的一个参数和计算出的三个参数均作为调整 目标值。上述的三元方程组由图3所示出的几何关系推导得出。要使高压变频器的输出电 压实现自均衡，本质上是要使ab线电压、ac线电压以及be线电压相等（即均等于输出线 电压U1)，形成图3中虚线所示的等边三角形。图3中的点0代表中性点。当任意两相a、c 的相电压小于剩余一相b的相电压的状况出现时，点0是位于图3中虚线所示的等边三角 形之外的。需要说明的是，此处的a、b、c仅仅作为指示符号使用，以便于说明，而并非指代 高压变频器特定的某一相。
[0027] 步骤c、主控模块根据步骤b计算出的X、y和z计算出b相与c相之间的夹角w。
[0028] 步骤d、主控模块按照步骤b中获得的Ub、x、y以及步骤c中获得的w向高压变频 器的功率单元组发送实际的PWM控制信号，对高压变频器的b相相电压、a相与b相之间的 夹角、a相与c相之间的夹角以及b相与c相之间的夹角进行调整，从而实现高压变频器的 输出电压自均衡。
[0029] 由于上述的三元方程组是基于图3中虚线所示的等边三角形推导得出的，因此按 照该三元方程组求出的参数进行调整，高压变频器输出的ab线电压、ac线电压以及be线 电压一定是相等的。图3中的Ub'是代表调整后的b相相电压Ub的大小（如上所述，Ub' 可以预设），而UbO是代表调整前的b相相电压Ub的大小。
[0030] 在前述的步骤a中，每一相的相电压提升值可以等于零。也就是说，高压变频器的 主控模块在该高压变频器发生功率单元故障时，也是可以不对高压变频器的三相的相电压 进行提升的。提升的好处是可以尽可能地提升高压变频器的输出最大功率。在本实施例中， 步骤a中所说的提升相电压并非是向高压变频器的功率单元组输出实际的PWM控制信号， 而是在算法上所做的提升。
[0031 ] 在一优选的实施例中，在前述的步骤b中，高压变频器的主控模炔基于预设的a相 与c相之间的夹角y计算出Ub、Ul、X和z，其中，预设的a相与c相之间的夹角y等于π。 这样做的目的是为了使调整后的输出线电压U1达到最大。根据公式（1)，可推导出：
[0033] 取U12的极值，则令其导数=0,