[发明专利]一种四象限功率单元的控制方法

说明书

本发明公开了一种四象限功率单元的控制方法，在电动状态下，PWM整流模块对电网的三相电压进行PWM调制，PWM整流模块的SVPWM矢量角动态滞后于电网矢量角，电网输入功率因数接近于1，直流母线电压处于稳压状态，完成主动功率因素补偿，实现能量从电网到电机的正向流动；在馈电状态下，当逆变模块和电机运行在制动状态，直流母线电压升高时，调整PWM整流模块的SVPWM矢量角使其动态超前于电网矢量角，运行在回馈状态，将母线直流电调制成三相交流电并入电网，稳定母线电压，实现能量从电机到电网的反向流动。本发明能够让功率单元工作时母线电压稳定在安全区间，保持四象限功率单元运行稳定。

技术领域

本发明涉及高压变频器，尤其涉及一种四象限功率单元的控制方法。

背景技术

级联型四象限高压变频器是高压电机变频驱动系统的关键设备，广泛应用于10kV和6kV高压大功率电机的节能运行控制和工艺调速控制。级联型高压变频器主要由移相变压器和3N个功率单元构成，每N个功率单元串联在一起，构成一相变频变压电源， 3N个功率单元则可组成三个单相变频变压电源，将这三个单相变频变压电源连接成星型，就构成了三相输出的变频变压电源，因单元级联而形成了高电压输出能力，可用于控制高压电机运行。

四象限功率单元在电机发电状态，把单元母线过高的电压进行PWM整流，经移相变压器回馈到电网，保持四象限变频器工作稳定。

四象限功率单元PWM整流模块工作在电动状态时，对单元交流输入进行主动功率因数调整，使交流输入功率因素接近于1。

高压变频器三相输出，每相由多个种四象限功率单元串联，只要带载就有可能出现三相不平衡，此时三相单元的母线电压有可能出现不一致，四象限功率单元的输入来自多输出绕组的移相变压器，多输出绕组共用一个铁芯，也会出现相互干扰的不稳定现象；母线电压稳定是保证运行稳定和运行安全的重要保障，母线电压太低输出功率不达标，母线电压过高会产生炸机风险，母线电压剧烈波动可导致四象限功率单元运行不稳定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种功率单元母线电压能稳定在安全区间的四象限功率单元的控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种四象限功率单元的控制方法，四象限功率单元包括PWM整流模块，逆变模块和控制电路，PWM整流模块具有三相交流输入端，与电网的三相交流电源连接，把接收到的交流电转换为直流电；逆变模块具有交流输出端，通过直流母线与PWM整流模块相连接，用于将直流电转换为频率可调的交流电，驱动与交流输出端连接的电机；控制电路分别与PWM整流模块和逆变模块相连，用于控制PWM整流模块和逆变模块，控制方法包括以下控制步骤：

101）电动状态：PWM整流模块对电网的三相电压进行PWM调制，PWM整流模块的SVPWM矢量角动态滞后于电网矢量角，电网输入功率因数接近于1，直流母线电压处于稳压状态，完成主动功率因素补偿，实现能量从电网到电机的正向流动；

102）馈电状态：当逆变模块和电机运行在制动状态，直流母线电压升高时，调整PWM整流模块的SVPWM矢量角使其动态超前于电网矢量角，运行在回馈状态，将母线直流电调制成三相交流电并入电网，稳定母线电压，实现能量从电机到电网的反向流动。

以上所述的四象限功率单元的控制方法，包括以下控制步骤：

201）实时采集电网的三相交流电压，通过虚拟磁链估算，得到电网矢量角；

202）实时采集输入PWM整流模块的三相交流电流，通过αβ/dq变换，得到可控矢量，通过PI调整器，使直流母线电压趋于稳定；

203）实时检测直流母线电压，将直流母线电压的采样值与直流母线的设定值进行比较；

204）当直流母线电压下降到设定的下限值时，通过空间矢量转换，使PWM整流模块的矢量角动态滞后于电网矢量角，使直流母线电压趋向于稳定在设定的下限值；