用于补偿中压逆变器中的瞬时功率故障的方法以及使用该方法的中压逆变器系统与流程

本公开涉及一种用于补偿中压逆变器中的瞬时功率故障的方法以及，更具体地涉及一种用于补偿级联H-桥(CHB)型高容量中压逆变器的瞬时功率故障的方法以使用该方法的电压逆变器系统。

背景技术：

通常，当输入功率故障发生时，在数毫秒内逆变器中断脉冲宽度调制(PWM)输出。在这种情况下，因为负载被加速，所以为了诸如马达的具有高惯性的负载恢复功率要花费长时间。如果花费长时间恢复功率，则对于工业来说这是巨大的损失。因此，在停止逆变器可以导致相当大的损失的地方应用用于补偿逆变器中的瞬时功率故障的技术。

图1是示出用于补偿瞬时功率故障的传统方法的图。

如图1所示，当在t1处输入电压被减少到小于或等于第一阀值电压的电压时，输出频率被减少预定值。此后，以预定减速率降低输出频率直到t2，其是恢复时间。通过如上所述降低输出频率，可以获得在功率故障的初始阶段处用于控制功率故障周期的再生能。根据上述用于补偿瞬时功率故障的传统方法，通过将负载中存储的动能转换成电能来处理功率故障周期。从而可以处理持续超过16ms的瞬时功率故障，这通过利用CHB技术的传统的中压逆变器是不可能的。

然而，如图1所示用于补偿逆变器中的瞬时功率故障的传统技术具有以下问题。

第一，根据用于补偿逆变器中的瞬时功率故障的传统技术，在功率恢复时间t2处同时供应来自马达的再生能和功率。从而，DC链路的电压增加，导致过电压跳闸。

第二，马达的实际速度没有随着马达容量或负载线性地变化。因此，如果由于马达速度的非线性导致滑差频率增加超过特定值，则输出电流增加，从而导致过电流跳闸。

技术实现要素：

本公开的目的是提供了一种用于补偿瞬时功率故障方法，其通过被执行为使得当输入电压大于或等于第一阀值电压时逆变器的输出频率增加并且当马达的输出电流大于或等于阀值电流时逆变器的输出频率减少的控制操作，防止了在功率恢复时间处的过电压跳闸以及防止滑差频率增加引起的过电流跳闸，来增强中压逆变器的可靠性并且确保与传统情况相比增加的连续操作时间，以及使用该方法的中压系统。

应该注意本公开的目的不限于上述目的，并且从以下描述中本公开的其它目的对于本领域的技术人员将是显而易见的。另外，将领会的是通过附加的权利要求中引用的手段及其组合可以实现本公开的目的和优点。

根据本公开的一个方面，提供了用于补偿在包括多个功率单元(power cell)的逆变器中的瞬时功率故障的方法，该方法包括确定所述多个功率单元的输入电压是否小于或等于第一阀值电压；当所述输入电压小于或等于所述第一阀值电压时，减少所述逆变器的输出频率；确定直流(DC)链路的电压是否大于或等于第二阀值电压；以及当所述DC链路的电压大于或等于所述第二阀值电压时，增加所述逆变器的输出频率。

根据上述本公开，在功率恢复时间可以防止过电压跳闸并且可以防止由滑差频率增加所引起的过电流跳闸。从而，可以增强中压逆变器的可靠性并且可以确保与传统情况相比增加的连续操作时间。

附图说明

结合附图根据以下详细说明本公开的上述和其它方面、特征和其它优点将被更清楚地理解，其中：

图1是示出用于补偿瞬时功率故障的传统方法的图；

图2是示出根据本公开的实施例的CHB型中压逆变器的框图；

图3是示出根据本公开的实施例的功率单元的图；

图4是示出根据本公开的实施例的控制器的框图；

图5是示出根据本公开的实施例的用于补偿瞬时功率故障的方法的流程图；以及

图6是示出根据本公开的实施例的用于补偿瞬时功率故障的方法的图。

具体实施方式

以下参考附图根据示例性实施例的描述，本公开的目的、特征和优点将变得显而易见。从而，本领域的技术人员可以容易地实践本公开的技术精神。在以下本公开的详细说明中，与本公开相关的公知技术将不进行详细地描述以便不不必要地模糊本公开的方面。现在将详细地参考本公开的优选实施例，其实例在附图中示出。不同附图中的相同附图标记的使用表示相同或相似的部件。

本公开的目的是提供了一种用于补偿瞬时功率故障的方法，根据在功率恢复时间处减小逆变器的输出频率以及恢复的输入电压，防止由再生能引起的过电压跳闸以及防止由滑差频率增加引起的过电流跳闸，来增强中压逆变器的可靠性并且确保与传统情况相比增加连续操作时间，以及使用该方法的中压逆变器系统。

图2是示出根据本公开的实施例的CHB型中压逆变器的框图。

参考图2，根据实施例的中压逆变器可以被实现为CHB型逆变器并且包括相移变压器10、功率单元20、控制器30以及马达40。

相移变压器10用于通过位移输入功率的相位而将输入功率供应到多个功率单元20。例如，相移变压器10可以包括具有三相Y形连接的初级绕组以及与初级绕组相比具有预定相位差的次级绕组。在此，次级绕组的结构可以取决于功率单元20的数量。相移变压器10在本领域是公知的并且因而其详细描述在以下描述中不再给出。

控制器30可以被连接到网络上的多个功率单元。优选地，网络可以被配置成控制区域网络(CAN)。然而，本公开的实施例不限于此。对于本领域的技术人员显而易见的是可以应用本领域公知的网络。另外，控制器30通过与功率单元20进行通信来控制功率单元20从而补偿瞬时功率故障。以后将参考附图描述有关的细节。

通过串联连接为单相逆变器，功率单元20构成供应到马达30的单相电压。即，功率单元20的整体可以操作为能够获得中压输出的三相逆变器。在下文中，将基于组成18个功率单元20的示例性单相逆变器给出描述。然而，对于本领域的技术人员显而易见的是功率单元的结构不限于此。当功率单元20的数量增加时，供应到马达40的功率可以增加。

功率单元20可以在网络上与控制器30通信并且由控制器30控制以补偿瞬时功率故障。为此，功率单元20可以包括用于与控制器30通信的功率单元控制器24。

图3是示出根据本公开的实施例的功率单元的图。例如，图2中示出的每一个功率单元可以被配置成如图3所示。可以相同地配置功率单元20。

参考图3，根据本公开的实施例的功率单元20可以包括整流单元21、DC链路单元22、逆变器单元23以及功率单元控制器24。

整流单元21用于将三相AC输入电压转化成直流(DC)电压。DC链路单元22用于存储由整流单元21转换成DC电压的电压。在此，DC链路单元22可以通过平滑电容器将被整流的波形转换成稳定的DC。在以下的说明中，输入电压是指通过整流单元21供应给DC链路单元22的电压，并且DC链路的电压是指存储在DC链路单元22中的电压。

逆变器单元23用于切换被整流的DC以产生交流电(AC)。逆变器单元23可以根据功率单元控制器24的输出频率通过切换晶体管而生成AC。由此，逆变器单元23可以驱动电机40。这里，晶体管可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。

整流单元21、DC链路单元22和逆变器20的操作对于本领域技术人员是公知的，并且因此将不给出其详细说明。

功率单元控制器24用于在控制器30的控制下将关于DC链路单元22的信息发送到控制器30并且递送逆变器23的输出频率。具体地，功率单元控制器可以根据由控制器30控制切换操作而调节逆变器23的输出频率和电压。即，根据控制器30的控制信号，功率单元控制器24用于控制功率单元。

利用如上所述的配置，在以下过程中实现根据本公开的实施例的用于补偿瞬时功率故障的方法。

功率单元控制器24监控施加到功率单元20的输入电压。如果施加到功率单元20的输入电压小于或等于第一预定阈值电压，则功率单元控制器24可确定瞬时功率故障已经发生。此外，功率单元控制器24可将电压信息递送到控制器30。在此，瞬时功率故障可以包括由所供应的功率的中断和瞬时功率下降而引起的典型功率故障。

根据传统的中压逆变器，当小于或等于第一阀值电压的输入电压被施加到功率单元20时，逆变器的操作被停止。这是因为为负载的马达40的容量通常比功率单元20的DC链路单元22的电容器的容量更大，并且因此在执行控制循环之前低电压跳闸发生。

通过根据本公开的实施例的补偿瞬时功率故障的方法，当小于或等于第一阀值电压的电压被施加并因此瞬时功率故障发生时，逆变器23的输出频率立即降低以便防止低电压跳闸。通过如上所述地减少输出频率，可以获得用于控制在功率故障的初始阶段处的功率故障部分的再生能。优选地，该输出频率被降低，使得输出频率低于与马达40的实际速度对应的频率。

随后，逆变器23的输出频率被降低，从而获得适合于负载或马达40的预定减速梯度。马达的速度可以比来自逆变器单元23的输出频率低滑差频率。

功率单元控制器24根据再生能在准备电压增加中可以监控和发送关于DC链路单元22的电压信息到控制器30。从而，当DC链路单元22的电压增加时，输出频率的电压可以增加与电压增加对应的值以消耗再生能。从而，可以防止根据DC链路单元22的电压增加的过电压跳闸。

下一步，当超出功率故障部分的输入电压被恢复时，控制器可以保持在恢复时间处获得的输出频率。这旨在防止过电流跳闸(这由当输出频率增加时由于马达40的大惯性而造成的过度滑移发生)。

控制器30可以在预定时间内维持在恢复时间处获得的输出频率，使得在恢复模式下的逆变器的输出电流不超过阀值电流。在此，维持输出频率的时间可以根据马达40的负载而被预先确定。

最后，控制器30根据预定的加速梯度增加输出频率，使得马达40恢复在瞬时功率故障之前的速度。在此，可以由用户预先确定加速梯度，或可以考虑负载量确定加速梯度。因此，当输出频率增加时，马达40的速度可以增加到在输入瞬时功率故障之前的速度。

马达的实际速度不根据马达的容量或负载量线性地变化。即，当滑差频率根据马达的速度的非线性增加超过特定值时，输出电流可能增加，导致了过电流跳闸。

此外，根据用于补偿在上述逆变器中的瞬时功率故障的方法，来自马达的再生能和功率可以在恢复时间被同时供应给DC链路单元22。因此，DC链路电压可以增加，导致过电压跳闸。

图4是示出根据本公开的实施例的控制器的框图。参考图4，控制器30可以包括过电压衰减控制器31以及过电流衰减控制器32。

过电压衰减控制器31监控DC链路单元22的电压。如果DC链路单元22的输入电压大于或等于第一阀值电压，则过电压衰减控制器31增加输出频率一个预定值。为此，过电压衰减控制器31可以被连接到逆变器单元23。优选地，该过电压衰减控制器31可以在多个功率单元的输入电压被恢复时的时间处监控由再生能以及恢复的输入电压所导致的DC链路单元22的电压增加。此外，过电压衰减控制器31可以增加输出频率一个电压增量。具体地，过电压衰减控制器31可以确定多个功率单元的DC链路单元22的输入电压是否大于或等于第二阀值电压。如果输入电压大于或等于第二阀值电压，则过电压衰减控制器31可以增加逆变器的输出频率。

过电流衰减控制器32监控输出电流。如果输出电流大于或等于阀值电流，则过电流衰减控制器32降低输出频率一个预定值。优选地，过电流衰减控制器32可以监控根据DC链路单元22的电压增加的输出电流，并且减少多个功率单元的输出频率一个预定值。

图5是示出根据本公开的实施例的用于补偿瞬时功率故障的方法的流程图。如上所述，可以在控制器30的控制之下实现图5的用于补偿瞬时功率故障的方法。

参考图5，功率单元控制器24监控施加到功率单元20的输入电压。如果施加到功率单元20的输入电压小于或等于第一预定阈值电压(S41)，则功率单元控制器24可以确定功率故障已经发生并且将功率故障用信号通知到控制器30。

为了防止当马达40的容量高于功率单元20的DC链路单元22的电容器的容量时发生的低电压跳闸，当瞬时功率故障发生时控制器30减少输出频率一个特定值(S42)。当输出频率降低时，可以获得用于控制在功率故障的初始阶段处的功率故障部分的再生能。

接下来，控制器30减少逆变器单元23的输出频率使得获得预定减速梯度(S43)。马达的实际速度没有根据马达容量或负载量线性地变化。具体地，当根据马达速度的非线性滑差频率增加超过特定值时，输出电流可以增加，导致过电流跳闸。如果输出电流增加超过阀值电流并且从而过电流跳闸发生(S44)，则过电流衰减控制器32减少上频率一个预定值(S45)。

接下来，当功率故障部分内的功率被恢复时(S46)，过电压衰减控制器31监控DC链路单元22的电压并且确定过电压跳闸是否已经发生(S47)。即，在输入电压被恢复时过电压衰减控制器31监控由再生能和恢复的输入电压所导致的DC链路单元22的电压的增加。如果过电压跳闸发生，则过电压衰减控制器31增加上频率一个电压增量(S48)。

如果作为DC链路单元22的电压的监控结果过电压跳闸没有发生，则确定再生能是否已经被消耗(S49)。如果所有的再生能被消耗，则DC链路单元20可以被维持在瞬时功率故障之前所维持的电平。

接下来，一旦所有的再生能被消耗并且由再生能导致的电压增量被消除，则控制器30在预定时间内维持在恢复时间处获得的输出频率(S47)。在此，考虑施加到马达40的负载量，可以预定维持输出频率的预定时间。

最后，控制器30根据预定的加速梯度增加输出频率，使得马达40返回到瞬时功率故障之前的速度(S51和S52)。从而，当输出频率增加时马达40的速度可以增加直到与瞬时功率故障之前的输出频率对应的速度。

图6是示出根据本公开的实施例的用于补偿瞬时功率故障的方法的图。图6示例性示出在电源故障发生时的输出频率、马达速度、输入电压和马达能量。

参考图6，应用以某一电平维持的输入电压直到t1。在此，通常是AC电压的输入电压由其有效值表示。在图6中，逆变器单元23的输出频率和与马达40的实际速度对应的频率之间的差被称为滑差频率。

当在t1处输入电压减少到第一阀值电压以下时，控制器30减少输出频率一个预定值(A)，并且随后根据预定的减速梯度减少输出频率。输出频率可以被降低直到t2，在t2处恢复输入电压。

在输入电压被恢复的t2处(C)，过电压衰减控制器31监控由再生能和恢复的输入电压所导致的DC链路单元的电压的增加并且增加输出频率一个电压增量。更具体地，根据当输入电压被恢复时的t2处的再生能和恢复的输入电压，DC链路单元的电压增加。如果DC链路单元的电压增加超过过电压电平，则过电压跳闸可能发生。另外，DC链路单元的电压增加可能导致输出电流的瞬时增加。从而，过电流跳闸可能发生。

控制器30可以监控输入电压并且通过过电压衰减控制器31和过电流倾斜用户控制器32增加DC链路单元的电压，从而防止过电压跳闸和过电流跳闸。

为了防止在恢复时间t2处DC链路单元的电压增加，重要的是通过消耗再生能将电压维持在正常的电平处。即，过电压衰减控制器31可以监控DC链路单元的电压并且增加输出频率以消耗再生能。在此，根据预定梯度可以增加输出频率。另外，过电流衰减控制器32监控输出电流并且调整输出频率以防止过电流跳闸。

从而，当所有的再生能被消耗时，DC链路单元的电压被维持在正常的电平。另外，当再生能导致的电压增量被消除时，在预定时间内维持输出频率。

最后，根据预定的加速梯度，控制器30可以增加输出频率直到瞬时功率故障之前的频率。

根据本公开的实施例，可以防止在功率恢复时间发生的过电压跳闸以及由滑差频率增加所引起的过电流跳闸。从而，可以增强中压逆变器的可靠性并且可以确保与传统情况相比增加的连续操作时间。

本领域的技术人员将领会在不偏离本公开的精神的情况下在本公开中可以做出各种代替、修改和变化。因此，本领域的技术人员将领会本公开不限于上述示例性实施例和附图。