专利名称：一种高压变频器并网回馈装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种高压变频器老化实验技术，更具体的说，涉及一种高压变频器并 网回馈装置。
背景技术：
随着电力电子技术的发展，高压变频器广泛应用于电力、冶金、石化、自来水、煤炭 等领域，节省了大量的电能，创造了相当可观的经济效益和社会效益。
为了保证产品的可靠性，高压变频器在出厂前都要进行整机老化实验，即高压变 频器在额定电流下工作一段时间。在高压变频器行业内，整机老化的负载方式主要有两种 空电机负载和能量回馈型负载(如附图1所示)。空电机负载一般是高压变频器拖动一台高 压电机，电机空载运行，运行时电流为电机空载电流，老化效果理想。能量回馈型负载主要 指高压变频器拖动原动机，由原动机拖动发电机发电，将通过四象限变频器将电能回馈到 电网；此种方式虽然将能量回馈到电网，但是仍然有电机等旋转设备的机械损耗。采用高压 变频器并网回馈装置，可避免上述两种整机老化存在的问题，而且操作简单，节电率高，具 有相当可观的经济价值。发明内容
本发明的主要解决的问题是提出一种新型的整机老化装置，控制方便、适用性强 并且老化效率高。
本发明解决上述问题所采取的技术方案如下描述
一种高压变频器并网回馈装置，包括进线开关、高压变频器及控制系统、并网电抗 器、出线开关，其特征在于所述进线开关与高压变频器相连，高压变频器与并网电抗器相 连，并网电抗器与出线开关相连，出线开关与进线开关输出端和高压变频器输入端相连；所 述高压变频器控制系统对电网电压、高压变频器输出电流进行采样，并对采样信号进行处 理，控制高压变频器的输出脉冲，将能量回馈到电网。
所述的进线开关，其作用为连接电网和高压变频器，当高压变频器故障时进线开 关主动分断，起到防止事故扩大的保护作用。
采样电路连接到功率回路和控制系统，采样电路包括并网绕组的三相电压采样电 路、功率单元的输出电压采样电路和功率单元的输出电流采样电路，采样电路将各采样信 号送到控制系统，由控制系统对采样信号进行处理。
所述的高压变频器控制系统，由采样处理及并网控制单元、计算单元、脉冲控制单 元、人机界面组成，控制系统对采样电压、电流进行处理；通过同步旋转坐标系下基于PI控 制的电流控制算法，计算得到三相参考电压，将参考电压输出到脉冲控制单元，进行脉冲管 理，生成对应的驱动信号，驱动高压变频器的功率部分，从而控制高压变频器的输出；人机 界面通过设置不同的参数实现不同的老化电流控制。
所述的并网电抗器连接到三个功率单元的U接线端子和并网开关上，并网电抗器为三相可调电抗器，根据功率单元的电流值大小来调整电抗器感值，起到功率传输和滤波的作用，同时保证不同功率下功率单元输出的电流谐波小于标准值。
所述的并网开关，其连接到并网电抗器和并网变压器的绕组。并网开关控制由控制系统实现。
前述的高压变频器并网回馈装置的控制系统中的控制方法，包括基于PI控制的电流控制算法，其特征在于，包括以下步骤
I)将采样的电网电压锁相得到电网电压角度Θ，将电网电压、输出电流进行矢量解耦，得到电网电压有功分量Ed、电网电压无功分量E,、电网电流有功分量id、电网电流无功分量，初始电网电流有功分量id与有功分量给定值idMf比较，得到的差值经PI控制器输出；
2)输出的电压值与电网电压有功分量Ed、iqcoL比较得到参考电压有功分量Udraf, ω为角频率、L为输出电抗器电感值；
3)同样，初始电网电流无功分量i,与无功分量给定值i_f比较，比较得出的差值经PI控制器输出，得到的电压值与电压无功分量E,、id L比较得到参考电压无功分量
4)对所得的utof、Uqref进行逆变换得到三相参考电压；
5)脉冲控制单元根据三相参考电压形成PWM脉冲，生成驱动信号，并驱动高压变频器的功率部分。
基于PI控制的电流控制算法包括以下步骤
控制系统通过离散化处理，得到
I)电流q轴分量PI调节步骤如下
Δ q(n)=iqref-1q(n)其中ivef为q轴电流分量的参考值，iq(n)为采样电流的q轴尚散化分量，Aq(n)为q轴电流分量的差值。
Uqref=- (Kp Δ q (n) +Ki Σ Δ q (η)) - ω L · id+Eq 其中 Kp 为比例参数，Ki 为积分参数, Σ Δ q(n)为Aq (η)的累加值。
2)电流d轴分量PI调节步骤如下
Ad(n) =idref-1d(η)其中itoef为d轴电流分量的参考值，id(n)为采样电流的d轴尚散化分量，Δ(1(η)为d轴电流分量的差值。
Udref=-(Kp Ad(n)+Ki Σ Ad(n)) + coL · iq+Ed 其中 Kp 为比例参数，Ki 为积分参数， Σ Δ d(n)为Ad (η)的累加值。
本发明的高压变频器并网回馈装置替代传统的整机老化装置，将能量回馈到电网，电网只补充很少的系统损耗，使电能循环利用，从而达到整机老化目的，同时又能节能降耗。另外，本发明的装置体积小、控制方便、适用性强、老化效率高。
图1传统整机老化电气原理图2本发明电气原理图3控制系统控制原理图4系统控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步描述
如图2所示，本发明一种高压变频器并网回馈装置，包括进线开关、高压变频器及控制系统、并网电抗器、出线开关。
所述进线开关与高压变频器相连，高压变频器与并网电抗器相连，并网电抗器与出线开关相连，出线开关与进线开关输出端和高压变频器输入端相连；所述高压变频器控制系统对电网电压、高压变频器输出电流进行采样，并对采样信号进行处理，控制高压变频器的输出脉冲，将能量回馈到电网。
所述的进线开关，其作用为连接电网和高压变频器，当高压变频器故障时进线开关主动分断，起到防止事故扩大的保护作用。
采样电路连接到功率回路和控制系统，采样电路包括并网绕组的三相电压采样电路、功率单元的输出电压采样电路和功率单元的输出电流采样电路，采样电路将各采样信号送到控制系统，由控制系统对采样信号进行处理。
所述的高压变频器控制系统，由采样处理及并网控制单元、计算单元、脉冲控制单元、人机界面组成，控制系统对采样电压、电流进行处理；通过同步旋转坐标系下基于PI控制的电流控制算法，计算得到三相参考电压，将参考电压输出到脉冲控制单元，进行脉冲管理，生成对应的驱动信号，驱动高压变频器的功率部分，从而控制高压变频器的输出；人机界面通过设置不同的参数实现不同的老化电流控制。
所述的并网电抗器连接到三个功率单元的U接线端子和并网开关上，并网电抗器为三相可调电抗器，根据功率单元的电流值大小来调整电抗器感值，起到功率传输和滤波的作用，同时保证不同功率下功率单元输出的电流谐波小于标准值。
所述的并网开关，其连接到并网电抗器和并网变压器的绕 组。并网开关控制由控制系统实现。
首先，通过人机界面设置需要的老化电流，控制系统根据老化电流选择并网电抗器的电感值。
经过一定时间，控制系统闭合进线开关，电网电压经过进线开关至高压变频器。高压变频器输出交流电压。控制系统采集并网开关两侧电压，判断两端电压的频率、幅值、相位，三者关系满足一定关系后，控制系统控制并网开关闭合，整个系统并网成功。系统并网成功后，控制系统根据人机界面设定的老化电流进行电流控制。
具体控制流程如图4所示。控制系统采用同步旋转坐标系下基于PI控制的电流控制算法对采集到的电网电压进行锁相，得到电网电压角度Θ ;对电压和输出电流进行 dark和park变换，得到Ed、Eq, id、iq0控制系统通过离散化处理，将初始电流id与给定值 idref比较，得到的差值经PI控制器输出，输出的电压值与电网电压有功分量Et^P 比较得到参考电压有功分量Utof。同样，初始电流i,与给定值i_f比较，比较得出的差值经 PI控制器输出，得到的电压值与电压无功分量Eq和id ω L比较得到参考电压无功分量Uvrf。
得到的参考电压udraf、Uqref经过park和clark逆变换得出ABC三相参考电压,送往脉冲控制单元进行脉冲分配，形成三相PWM信号。PWM信号传输到高压变频器功率部分， 控制功率部分的开关器件的开通与关断，使高压变频器输出三相电压，经并网电抗器后接入电网，并向电网反馈能量。
与此同时电网通过进线开关向高压变频器提供能量，形成能量的闭环。电网补偿 整个系统的功率损耗。
本发明的有益效果为操作性强，控制性能良好，可靠性高；电能回馈率高，节能 效果显著；占地面积小，可独立完成整机老化实验，极大地提高了生产效率，创造了可观的 经济价值。
权利要求
1.一种高压变频器并网回馈装置，包括进线开关、高压变频器及控制系统、并网电抗器、出线开关，其特征在于所述进线开关与高压变频器相连，高压变频器与并网电抗器相连，并网电抗器与出线开关相连，出线开关与进线开关输出端和高压变频器输入端相连；所述高压变频器控制系统对电网电压、高压变频器输出电流进行采样，并对采样信号进行处理，控制高压变频器的输出脉冲，将能量回馈到电网。
2.根据权利要求1所述的高压变频器并网回馈装置，其特征在于采样电路连接到功率回路和控制系统，采样电路包括并网绕组的三相电压采样电路、功率单元的输出电压采样电路和功率单元的输出电流采样电路，采样电路将各采样信号送到控制系统，由控制系统对采样信号进行处理。
3.根据权利要求1所述的高压变频器并网回馈装置，其特征在于所述高压变频器控制系统，包括采样处理及并网控制单元、计算单元、脉冲控制单元和人机界面，控制系统对采样电压、电流进行处理；通过同步旋转坐标系下基于PI控制的电流控制算法，计算得到三相参考电压，将参考电压输出到脉冲控制单元，进行脉冲管理，生成对应的驱动信号，驱动高压变频器的功率部分，从而控制高压变频器的输出；人机界面通过设置不同的参数实现不同的老化电流控制。
4.根据权利要求1所述的高压变频器并网回馈装置，其特征在于所述并网电抗器连接到三个功率单元的U接线端子和并网开关上，并网电抗器为三相可调电抗器。
5.根据权利要求1所述的高压变频器并网回馈装置，其特征在于所述并网开关连接到并网电抗器和并网变压器的绕组。
6.根据权利要求3所述的高压变频器并网回馈装置，其特征在于同步旋转坐标系下基于PI控制的电流控制算法包括以下步骤控制系统通过离散化处理，得到1)电流q轴分量PI调节步骤如下Δ q(n) = iqref-1q(η)其中i—f为q轴电流分量的参考值，iq(n)为采样电流的q轴离散化分量，Aq(η)为q轴电流分量的差值；Uqref=-(KpAq(n)+Ki Σ Aq(n))-coL · id+Eq 其中 Kp 为比例参数，Ki 为积分参数， Σ Δ q(n)为Aq (η)的累加值；2)电流d轴分量PI调节步骤如下Ad (n) =idref-1d(η)其中idMf为d轴电流分量的参考值，id(n)为采样电流的d轴离散化分量，Ad(n)为d轴电流分量的差值；Udref=-(KpAd(n)+Ki Σ Ad(n)) + coL · iq+Ed 其中 Kp 为比例参数，Ki 为积分参数， Σ Δ d(n)为Ad (η)的累加值。
7.根据权利要求1所述的高压变频器并网回馈装置的控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤1)将采样的电网电压锁相得到电网电压角度Θ，将电网电压、输出电流进行矢量解耦，得到电网电压有功分量Ed、电网电压无功分量Ε,、电网电流有功分量id、电网电流无功分量i,，初始电网电流有功分量id与有功分量给定值idMf比较，得到的差值经PI控制器输出；2)输出的电压值与电网电压有功分量Ed、iqoL比较得到参考电压有功分量Udraf,ω为角频率、L为输出电抗器电感值；3)同样，初始电网电流无功分量i,与无功分量给定值i_f比较，比较得出的差值经 PI控制器输出，得到的电压值与电压无功分量E,、id ω L比较得到参考电压无功分量u_f;4)得到的参考电压Udref、Uvef经过park和clark逆变换得出ABC三相参考电压，送往脉冲控制单元进行脉冲分配，形成三相PWM信号，PWM信号传输到高压变频器功率部分，控制功率部分的开关器件的开通与关断，使高压变频器输出三相电压，经并网电抗器后接入电网，并向电网反馈能量；5)脉冲控制单元根据三相参考电压形成PWM脉冲，生成驱动信号， 并驱动高压变频器的功率部分。
全文摘要
本发明公开了一种高压变频器并网回馈装置，包括进线开关、高压变频器及控制系统、并网电抗器、出线开关。其特征在于所述进线开关与高压变频器输入端相连，高压变频器输出端与并网电抗器相连，并网电抗器与出线开关相连，出线开关与进线开关输出端和高压变频器输入端相连；所述高压变频器控制系统对电网电压，高压变频器输出电流进行采样，并对其进行处理，控制高压变频器的输出脉冲，将能量回馈到电网。本发明实现了高压变频器并网并向电网回馈能量，实现了高压变频器整机老化的目的，同时又可以节能降耗;占地面积小，操作性强，提高了生产效率。
文档编号H02J3/38GK103023063SQ20121040776
公开日2013年4月3日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者刘春松, 钱诗宝, 杨奇, 张俊成, 黄韬, 李冰 申请人:国电南京自动化股份有限公司