專利名稱：基于平均功率反饋的變頻器并聯(lián)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明應(yīng)用于大功率傳動(dòng)領(lǐng)域，具體地說就是使多臺較小功率的變頻器協(xié)同エ作，共同控制較大功率電機(jī)的場合。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，交流傳動(dòng)在現(xiàn)在エ業(yè)中的應(yīng)用越來越多。與之相對應(yīng)的是，我們?nèi)粘０l(fā)電的70%都是被傳動(dòng)設(shè)備所消耗，可見傳動(dòng)是能量消耗的主力。變頻器以其優(yōu)異的節(jié)能降耗能力和出色的速度控制精度，在近10年逐漸成為傳動(dòng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)控制設(shè)備，其用場合越來越多?，F(xiàn)在的變頻器產(chǎn)品一般以IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)，作為功率器件，拓?fù)渖喜捎媒涣鬓D(zhuǎn)化為直流然后再轉(zhuǎn)化為交流(AC-DC-AC) 的方式，而且其開關(guān)頻率在I. 25 16kHz之間，輸出電流波形和控制響應(yīng)速度都很出色。但這種變頻器容量由于受功率器件的限制，一般的，在低壓(380疒480V)范圍，其功率不超過800kff,中壓(690V)范圍，其功率不超過1500kW。而且隨著功率的增加，變頻器的設(shè)計(jì)難度也隨之増大，所用器件的成本也極具增加。不僅如此，在功率更大的傳動(dòng)場合，如礦山、冶金等需要數(shù)兆瓦到數(shù)十兆瓦的場合，就沒有與之對應(yīng)的變頻器可以使用，只能使用GTO (GateTurn-Off Thyristor 門控晶閘管)或 IGCT (Intergrated Gate Commutated Thyristors,集成門極換流晶閘管)作為功率器件，采用交-交變頻的方式在進(jìn)行控制，這樣ー來，傳動(dòng)控制的精度較之前大為下降。通過變頻器的并聯(lián)，我們可以將多臺較小功率變頻器的輸出在電機(jī)側(cè)并聯(lián)在一起，使它們同時(shí)為ー個(gè)較大功率的電機(jī)進(jìn)行供電并進(jìn)行控制，從而解決大功率傳動(dòng)場合變頻器容量不足的問題。如我們可以將兩臺SOOkW的變頻器進(jìn)行并聯(lián)，共同向一臺1500kW的電機(jī)進(jìn)行供電。但變頻器并聯(lián)的問題是如何實(shí)現(xiàn)各個(gè)并聯(lián)變頻器之間功率均分的問題，如兩臺SOOkW的變頻器進(jìn)行并聯(lián)，共同向一臺1500kW的電機(jī)進(jìn)行供電，如何保證每個(gè)變頻器只輸出一半的電機(jī)功率，即750kW。如果不能很好的功率均分，則會(huì)一臺變頻器超負(fù)荷運(yùn)行，另一臺則輸出很小的功率，從而使過載運(yùn)行的變頻器損壞。現(xiàn)在只有少數(shù)廠家推出了能并聯(lián)的變頻器產(chǎn)品，其并聯(lián)方式也和簡單，一種是在各個(gè)變頻器的輸出側(cè)接很大的均流電抗器，通過電感來抑制變頻器之間的環(huán)流。一種是使用雙繞組電機(jī)，每個(gè)繞組都接一臺變頻器。這方法都是即增加設(shè)備的成本，又増加了設(shè)備的體積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于平均功率反饋的變頻器控制方法，能夠在不増加成本的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)變頻器的并聯(lián)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為一種基于平均功率反饋的變頻器控制方法，其特征在于
變頻器并聯(lián)系統(tǒng)中的每個(gè)變頻器，通過三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換器將變頻器的實(shí)際三相輸出電流變?yōu)樵谛D(zhuǎn)坐標(biāo)系中兩相相對靜止電流，然后結(jié)合控制器得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的參考控制電壓，得到系統(tǒng)中單個(gè)變頻器自身的有功功率和無功功率；變頻器并聯(lián)系統(tǒng)中的每個(gè)變頻器都接收系統(tǒng)中其它并聯(lián)的變頻器自身的有功功率和無功功率信息，并計(jì)算變頻器并聯(lián)系統(tǒng)的平均有功功率和平均無功功率；系統(tǒng)中的每個(gè)變頻器按照平均有功功率和無功功率來調(diào)節(jié)其自身的有功功率和無功功率，使得每個(gè)變頻器符合變頻器并聯(lián)系統(tǒng)功率分配。按上述方案，系統(tǒng)中的每個(gè)變頻器按照平均有功功率來調(diào)節(jié)其自身的有功功率時(shí)，將自身的有功功率和系統(tǒng)的平均有功功率進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，使自身的有功功率跟蹤系統(tǒng)的平均有功功率，其反饋調(diào)節(jié)量作為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償量，合成到由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩指令值中， 得到補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩指令值，以此補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩指令值得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)矩電流指令值和估算的轉(zhuǎn)差角速度，轉(zhuǎn)矩電流指令值經(jīng)電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，得到補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩參考電壓；系統(tǒng)中的每個(gè)變頻器按照平均無功功率來調(diào)節(jié)其自身的無功功率時(shí)，將自身的無功功率和系統(tǒng)的平均無功功率進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，使自身的無功功率跟蹤系統(tǒng)的平均無功功率，其反饋調(diào)節(jié)量作為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的勵(lì)磁電壓補(bǔ)償量，合成到由勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器得到勵(lì)磁參考電壓值中，得到補(bǔ)償后的勵(lì)磁參考電壓；將得到的補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩參考電壓、補(bǔ)償后的勵(lì)磁參考電壓，通過兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到三相靜止坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的參考電壓生產(chǎn)PWM脈寬以控制變頻器。按上述方案，它具體包括以下步驟I)獲得變頻器實(shí)際有功功率P、實(shí)際無功功率Q和平均有功功率P·、平均無功功率 Qave 檢測變頻器的輸出三相電流ia、ib、ic ；三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換器以轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶繛閐軸建立轉(zhuǎn)子磁場定向的旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系，將三相電流ia、ib、i。轉(zhuǎn)換得到d軸實(shí)際電流ん和(1軸實(shí)際電流；功率計(jì)算單元根據(jù)d軸實(shí)際電流id、q軸實(shí)際電流i,、q軸電壓參考值"d軸電壓參考值《〗計(jì)算變頻器的實(shí)際有功功率和實(shí)際無功功率；平均功率計(jì)算模塊接收所有并聯(lián)變頻器的實(shí)際有功功率和實(shí)際無功功率，計(jì)算整個(gè)變頻器并聯(lián)系統(tǒng)的平均有功功率P·和平均無功功率Qave ；2 )獲得q軸電壓參考值< .第一比較器將檢測到的電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速ω與設(shè)定的電動(dòng)機(jī)指令轉(zhuǎn)速ω*進(jìn)行比較，第一比較器比較后所得到的速度差經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器后，得到轉(zhuǎn)矩指令Τ* ;同時(shí)變頻器的實(shí)際有功功率P和平均有功功率Pave通過第二比較器相比較，第二比較器比較后的差值送入有功功率調(diào)節(jié)器輸出控制量ΔΤ;將轉(zhuǎn)矩指令Τ*和控制量Λ T通過第一加法器相加得到校正后的轉(zhuǎn)矩指令Τ*丨；
轉(zhuǎn)矩指令T* ’與電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電感Lni和轉(zhuǎn)子電感Ls在轉(zhuǎn)矩指令到轉(zhuǎn)矩電流指令轉(zhuǎn)換模塊中進(jìn)行運(yùn)算后，再通過第一除法器與轉(zhuǎn)子磁鏈值<相除，得到與磁場坐標(biāo)軸平行的q軸電流指令值ん.q軸電流指令值/:和與q軸實(shí)際電流i,通過第三比較器比較，第三比較器比較后的差值輸出送到轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)器中，轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)器輸出電動(dòng)機(jī)的q軸電壓參考< ;3)獲得轉(zhuǎn)子磁鏈的空間角度爐步驟2)中得到的q軸電流指令值<在轉(zhuǎn)差加速度計(jì)算模塊中與勵(lì)磁電感Lni和轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)!；進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果通過第二除法器與轉(zhuǎn)子磁鏈值 < 相除，得到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差角頻率指令值 轉(zhuǎn)差角頻率指令值與實(shí)際轉(zhuǎn)速ω通過第二加法器相加，得到轉(zhuǎn)子磁鏈的旋轉(zhuǎn)角速度<. 轉(zhuǎn)子磁鏈的旋轉(zhuǎn)角速度<通過積分器進(jìn)行積分，得到轉(zhuǎn)子磁鏈的空間角度爐;4 )獲得d軸電壓參考值< . d軸電流指令值與d軸實(shí)際電流id通過第四比較器比較，第四比較器比較后的差值輸出送到勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器中，勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器輸出電動(dòng)機(jī)的d軸電壓參考未修正值z同時(shí)變頻器的無功功率Q和平均有功功率Qave通過第五比較器相比較，第五比較器比較后的差值送入無功功率調(diào)節(jié)器，無功功率調(diào)節(jié)器輸出的控制量和d軸電壓參考未修正值通過第三加法器相加得到校正后的d軸電壓參考值\5)將所獲得的q軸電壓參考值<、轉(zhuǎn)子磁鏈的空間角度$和d軸電壓參考值<送到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到三相靜止坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換器，得到在三相靜止坐標(biāo)系下的三相電壓參考控制電壓匕、uI、K.く U:、<通過PWM脈沖產(chǎn)生模塊變?yōu)轵?qū)動(dòng)脈沖，控制變頻器的逆變模塊。本發(fā)明的有益效果為I、通過采用本發(fā)明方法，當(dāng)多臺相同變頻器進(jìn)行并聯(lián)向電機(jī)進(jìn)行供電時(shí)，使得每個(gè)變頻器承擔(dān)相同的功率，即相同的有功功率和相同的無功功率，這樣每個(gè)變頻器才能發(fā)揮自身最大的作用，不會(huì)因其中的某個(gè)變頻器由于負(fù)荷過多的能量而過載，從而在不增加成本的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)變頻器的并聯(lián)。2、參考定子電壓轉(zhuǎn)矩分量主要由電機(jī)所需要的轉(zhuǎn)矩來得到，而電機(jī)的有功功率主要就是轉(zhuǎn)換為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩做功，即有功功率，因此通過調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令，我們可以達(dá)到控制變頻器輸出有功功率的目的；同理電機(jī)的勵(lì)磁電流的作用是給電機(jī)的勵(lì)磁電感進(jìn)行充電，建立氣隙磁場，因此勵(lì)磁電流主要是給電機(jī)提供無功功率。3、高性能的變頻器一般采用磁場定向的方式對電機(jī)進(jìn)行控制，即將電機(jī)內(nèi)部的某個(gè)物理量固定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系的ー個(gè)軸上，如將電機(jī)的定子磁鏈?zhǔn)噶俊庀洞沛準(zhǔn)噶炕蜣D(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢迷O(shè)為d軸，與之正交的方向設(shè)為q軸，由于這些矢量在空間中都是以電機(jī)同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所以由它們確定的坐標(biāo)系在空間中也是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。選用不同的矢量作為d軸，電機(jī)的數(shù)學(xué)模型會(huì)得到不同的簡化，但一般的我們選擇轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶繛閐軸，因?yàn)樵谶@個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，定子電流中與轉(zhuǎn)子磁鏈平行的勵(lì)磁分量和與轉(zhuǎn)子磁鏈正交的轉(zhuǎn)矩分量能得到真正的解耦，稱為轉(zhuǎn)子磁場定向。本發(fā)明也是基于轉(zhuǎn)子磁場定向的方法，同時(shí)對于轉(zhuǎn)子磁鏈方位的估算，本發(fā)明采用間接磁場定向的方法，即通過定子電流的轉(zhuǎn)矩分量來估算轉(zhuǎn)子磁鏈的旋轉(zhuǎn)角度。這種間接磁場定向的好處是磁鏈角度估算方便，電機(jī)可以從零轉(zhuǎn)速起動(dòng)，而且在大功率交流傳動(dòng)中較實(shí)用。


圖I為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中定子電壓矢量、定子電流矢量圖。圖2為基于平均功率反饋的變頻器控制框圖。圖3為未加入平均功率反饋控制時(shí)，兩臺變頻器的相同一相之間的環(huán)流。圖4為未加入平均功率反饋控制時(shí)，兩臺變頻器的有功功率比較。 圖5為未加入平均功率反饋控制時(shí)，兩臺變頻器的無功功率比較。圖6為加入平均功率反饋后，兩臺變頻器的相同一相之間的環(huán)流。圖7為加入平均功率反饋后，兩臺變頻器的相同一相電流比較。圖8為加入平均功率反饋后兩變頻器有功功率的整體對比。圖9為加入平均功率反饋后兩變頻器加速完畢時(shí)的有功功率細(xì)節(jié)對比。圖10為加入平均功率反饋后兩變頻器突加滿載時(shí)的有功功率細(xì)節(jié)對比。圖11為加入平均功率反饋后兩變頻器無功功率的整體對比。圖12為加入平均功率反饋后兩變頻器加速完畢時(shí)的無功功率細(xì)節(jié)對比。圖13為加入平均功率反饋后兩變頻器突加滿載時(shí)的無功功率細(xì)節(jié)對比。圖中1、第一比較器，2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，3、第一加法器，4、有功功率調(diào)節(jié)器，5、第二比較器，6、轉(zhuǎn)矩指令到轉(zhuǎn)矩電流指令轉(zhuǎn)換模塊，7、第一除法器，8、第三比較器，9、轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)器，10、兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到三相靜止坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換器，IUPWM脈沖產(chǎn)生模塊，12、三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換器，13、電機(jī)，14、測速裝置，15、平均有功功率和無功功率計(jì)算模塊，16、有功功率和無功功率計(jì)算模塊，17、第四比較器，18、勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器，19、第二加法器，20、第五比較器，21、無功功率調(diào)節(jié)器，22、轉(zhuǎn)差加速度計(jì)算模塊，23、第ニ除法器，24、第三加法器，25、積分器，26、變頻器逆變模塊。
具體實(shí)施例方式一種基于平均功率反饋的變頻器控制方法，變頻器并聯(lián)系統(tǒng)中的每個(gè)變頻器，通過三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換器將變頻器的實(shí)際三相輸出電流變?yōu)樵谛D(zhuǎn)坐標(biāo)系中兩相相對靜止電流，然后結(jié)合控制器得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的參考控制電壓，得到系統(tǒng)中單個(gè)變頻器自身的有功功率和無功功率；變頻器并聯(lián)系統(tǒng)中的每個(gè)變頻器都接收系統(tǒng)中其它并聯(lián)的變頻器自身的有功功率和無功功率信息，并計(jì)算變頻器并聯(lián)系統(tǒng)的平均有功功率和平均無功功率；系統(tǒng)中的每個(gè)變頻器按照平均有功功率和無功功率來調(diào)節(jié)其自身的有功功率和無功功率，使得每個(gè)變頻器符合變頻器并聯(lián)系統(tǒng)功率分配。系統(tǒng)中的每個(gè)變頻器按照平均有功功率來調(diào)節(jié)其自身的有功功率時(shí)，將自身的有功功率和系統(tǒng)的平均有功功率進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，使自身的有功功率跟蹤系統(tǒng)的平均有功功率，其反饋調(diào)節(jié)量作為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償量，合成到由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩指令值中，得到補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩指令值，以此補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩指令值得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)矩電流指令值和估算的轉(zhuǎn)差角速度，轉(zhuǎn)矩電流指令值經(jīng)電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，得到補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩參考電壓；系統(tǒng)中的每個(gè)變頻器按照平均無功功率來調(diào)節(jié)其自身的無功功率時(shí)，將自身的無功功率和系統(tǒng)的平均無功功率進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，使自身的無功功率跟蹤系統(tǒng)的平均無功功率，其反饋調(diào)節(jié)量作為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的勵(lì)磁電壓補(bǔ)償量，合成到由勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器得到勵(lì)磁參考電壓值中，得到補(bǔ)償后的勵(lì)磁參考電壓；將得到的補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩參考電壓、補(bǔ)償后的勵(lì)磁參考電壓，通過兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到三相靜止坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的參考電壓生產(chǎn)PWM脈寬以控制變頻器。高性能的變頻器一般采用磁場定向的方式對電機(jī)進(jìn)行控制，即將電機(jī)內(nèi)部的某個(gè)物理量固定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系的ー個(gè)軸上，如將電機(jī)的定子磁鏈?zhǔn)噶?、氣隙磁鏈?zhǔn)噶炕蜣D(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢迷O(shè)為d軸，與之正交的方向設(shè)為q軸，由于這些矢量在空間中都是以電機(jī)同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所以由它們確定的坐標(biāo)系在空間中也是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。選用不同的矢量作為d軸，電機(jī)的數(shù)學(xué)模型會(huì)得到不同的簡化，但一·般的我們選擇轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶繛閐軸，因?yàn)樵谶@個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，定子電流中與轉(zhuǎn)子磁鏈平行的勵(lì)磁分量和與轉(zhuǎn)子磁鏈正交的轉(zhuǎn)矩分量能得到真正的解耦，稱為轉(zhuǎn)子磁場定向。本實(shí)施例也是基于轉(zhuǎn)子磁場定向的方法，同時(shí)對于轉(zhuǎn)子磁鏈方位的估算，本實(shí)施例采用間接磁場定向的方法，即通過定子電流的轉(zhuǎn)矩分量來估算轉(zhuǎn)子磁鏈的旋轉(zhuǎn)角度。這種間接磁場定向的好處是磁鏈角度估算方便，電機(jī)可以從零轉(zhuǎn)速起動(dòng)，而且在大功率交流傳動(dòng)中較實(shí)用。它具體包括以下步驟I)獲得變頻器實(shí)際有功功率P、實(shí)際無功功率Q和平均有功功率P·、平均無功功率 Qave 檢測變頻器的輸出三相電流ia、ib、ic ；三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換器以轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶繛閐軸建立轉(zhuǎn)子磁場定向的旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系，將三相電流ia、ib、i。轉(zhuǎn)換得到d軸實(shí)際電流ん和(1軸實(shí)際電流；功率計(jì)算單元根據(jù)d軸實(shí)際電流id、q軸實(shí)際電流i,、q軸電壓參考值<、d軸電壓參考值<計(jì)算變頻器的實(shí)際有功功率和實(shí)際無功功率；平均功率計(jì)算模塊接收所有并聯(lián)變頻器的實(shí)際有功功率和實(shí)際無功功率，計(jì)算整個(gè)變頻器并聯(lián)系統(tǒng)的平均有功功率P·和平均無功功率Qave ； 2 )獲得q軸電壓參考值< .第一比較器將檢測到的電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速ω與設(shè)定的電動(dòng)機(jī)指令轉(zhuǎn)速ω*進(jìn)行比較，第一比較器比較后所得到的速度差經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器后，得到轉(zhuǎn)矩指令Τ* ;同時(shí)變頻器的實(shí)際有功功率P和平均有功功率Pave通過第二比較器相比較，第二比較器比較后的差值送入有功功率調(diào)節(jié)器輸出控制量ΔΤ;將轉(zhuǎn)矩指令Τ*和控制量Λ T通過第一加法器相加得到校正后的轉(zhuǎn)矩指令Τ*丨；轉(zhuǎn)矩指令Τ*丨與電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電感Lni和轉(zhuǎn)子電感し在轉(zhuǎn)矩指令到轉(zhuǎn)矩電流指令轉(zhuǎn)換模塊中進(jìn)行運(yùn)算后，再通過第一除法器與轉(zhuǎn)子磁鏈值相除，得到與磁場坐標(biāo)軸平行
的q軸電流指令值へ/.
q軸電流指令值<和與q軸實(shí)際電流i,通過第三比較器比較，第三比較器比較后的差值輸出送到轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)器中，轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)器輸出電動(dòng)機(jī)的q軸電壓參考〃3)獲得轉(zhuǎn)子磁鏈的空間角度爐步驟2)中得到的q軸電流指令值<在轉(zhuǎn)差加速度計(jì)算模塊中與勵(lì)磁電感Lm和轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)!；進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果通過第二除法器與轉(zhuǎn)子磁鏈值相除，得到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差角頻率指令值《 ;轉(zhuǎn)差角頻率指令值《與實(shí)際轉(zhuǎn)速ω通過第二加法器相加，得到轉(zhuǎn)子磁鏈的旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)子磁鏈的旋轉(zhuǎn)角速度通過積分器進(jìn)行積分，得到轉(zhuǎn)子磁鏈的空間角度·^ ；4)獲得d軸電壓參考值< .
d軸電流指令值ζ與d軸實(shí)際電流id通過第四比較器比較，第四比較器比較后的差值輸出送到勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器中，勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器輸出電動(dòng)機(jī)的d軸電壓參考未修正值〃同時(shí)變頻器的無功功率Q和平均有功功率Qave通過第五比較器相比較，第五比較器比較后的差值送入無功功率調(diào)節(jié)器，無功功率調(diào)節(jié)器輸出的控制量和d軸電壓參考未修正值\通過第三加法器相加得到校正后的d軸電壓參考值《I .5)將所獲得的q軸電壓參考值》轉(zhuǎn)子磁鏈的空間角度￠)和d軸電壓參考值<送到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到三相靜止坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換器，得到在三相靜止坐標(biāo)系下的三相電壓參考控制電壓K、ub、%.く u*b、通過PWM脈沖產(chǎn)生模塊變?yōu)轵?qū)動(dòng)脈沖，控制變頻器的逆變模塊。如圖I所示，在轉(zhuǎn)子磁場定向的旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈被定向在d軸上，電動(dòng)機(jī)的輸入功率因數(shù)角為Θ，故定子電壓矢量5和定子電流矢量『的夾角為Θ。定子電壓矢量 和定子電流矢量 分別在d軸和q軸上進(jìn)行投影，得到ud、U,、id、i,。按照有功功率和無功功率定義，有功功率為P=公·ι = iidid+%ig (1)j無功功率為Q=云 ! = -IiJd (2)j通過式(I)和(2)，我們就能得到由定子電壓矢量和定子電流矢量F產(chǎn)生的有功功率和無功功率。由于變頻器輸出到電機(jī)定子的定子電壓波形為PWM方波，如要通過這些PWM方波得到電機(jī)定子電壓矢量，需要低頻濾波電路，從而使得到定子電壓矢量與實(shí)際的定子電壓矢量相比存在嚴(yán)重的相位滯后和幅值衰減。實(shí)際上，若控制正常，控制器內(nèi)的參考定子電壓矢量和實(shí)際變頻器輸出的定子電壓矢量之間僅存在一個(gè)放大倍數(shù)關(guān)系和與一個(gè)開關(guān)周期的延時(shí)。因此，我們用參考定子電壓矢量代替實(shí)際變頻器輸出的定子電壓矢量來參與式(I)和(2)的計(jì)算。具體實(shí)施如圖2所示，變頻器的輸出三相電流ia、ib、i。通過電流檢測設(shè)備得到，將這三相電流ia、ib、i。送入三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換器12中，將三相電流し、ib、i。轉(zhuǎn)換為在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的d軸實(shí)際電流id和q軸實(shí)際電流i,。將得到的d軸
實(shí)際電流id和q軸實(shí)際電流i,和q軸電壓參考、d軸電壓參考<送入功率計(jì)算單元16，
得到變頻器的實(shí)際有功功率P和實(shí)際無功功率Q。同時(shí)變頻器的控制器接受所有并聯(lián)的變頻器送來的有功功率Pi (i = fn，η為并聯(lián)變頻器數(shù)目)和無功功率Qi,通過平均功率計(jì)算模塊15得到整個(gè)變頻器并聯(lián)系統(tǒng)的平均有功功率P·和平均無功功率Q·。電動(dòng)機(jī)13的轉(zhuǎn)速ω通過測速裝置14得到，ω與控制器的電動(dòng)機(jī)13指令轉(zhuǎn)速ω*通過第一比較器I進(jìn)行比較，第一比較器I比較后所得到的速度差經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器2后，得到轉(zhuǎn)矩指令T'同時(shí)變頻器的實(shí)際有功功率P和平均有功功率Pave通過第二比較器5相比較，差值送入有功功率調(diào)節(jié)器4，調(diào)節(jié)器輸出控制量△ T和轉(zhuǎn)矩指令Τ*通過 第一加法器3相加得到校正后的轉(zhuǎn)矩指令Τ*丨。轉(zhuǎn)矩指令Τ*丨與電動(dòng)機(jī)13的勵(lì)磁電感Lni和轉(zhuǎn)子電感Ls在轉(zhuǎn)矩指令到轉(zhuǎn)矩電流指令轉(zhuǎn)換模塊6中進(jìn)行運(yùn)算后，再通過第一除法器7與轉(zhuǎn)子磁鏈值相除，得到與磁場坐標(biāo)軸平行的q軸電流指令值ζ。<在轉(zhuǎn)差加速度計(jì)算模塊22中與勵(lì)磁電感Lm和轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)I；進(jìn)行運(yùn)算，并通過第二除法器23與轉(zhuǎn)子磁鏈值相除，得到電動(dòng)機(jī)13的轉(zhuǎn)差角頻率指令值<。K與實(shí)際轉(zhuǎn)速ω通過第三加法器24相加，得到轉(zhuǎn)子磁鏈的旋轉(zhuǎn)角速度4。4通過積分器25進(jìn)行積分，得到轉(zhuǎn)子磁鏈的空間角度爐。q軸電流指令值ζ還通過第三比較器8，與q軸實(shí)際電流i,相比較，第三比較器8的輸出送到轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)器9中，轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)器9的輸出為電動(dòng)機(jī)13的q軸電壓參考<。同理d軸電流指令值く還通過第四比較器17，與d軸實(shí)際電流id相比較，第四比較器17的輸出送到勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器18中，勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器18的輸出為電動(dòng)機(jī)13的d軸電壓參考^4。同時(shí)變頻器的實(shí)際無功功率Q和平均有功功率Qave通過比較器20相比較，差值送入無功功率調(diào)節(jié)器21，調(diào)節(jié)器輸出控制量和d軸電壓參考ち,通過第二加法器19相加得到校正后的d軸電壓參タノ'。將d軸電壓參考《〗、q軸電壓參考<、轉(zhuǎn)子磁鏈的空間角度P送到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到三相靜止坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換器10，得到在三相靜止坐標(biāo)系下的三相電壓參考控制電壓<、<、ち'控制器通過PWM脈沖產(chǎn)生模塊11，將<、<變?yōu)轵?qū)動(dòng)脈沖，控制變頻器的逆變模塊26。通過本實(shí)施例所描述的控制方法，變頻器的功率均分效果理想，變頻器輸出電流相互平衡。以兩臺45kW變頻器并聯(lián)運(yùn)行，帶動(dòng)一臺75kW電機(jī)為例，變頻器首先加速啟動(dòng)，加速完畢后空載運(yùn)行一段時(shí)間，然后突加電機(jī)的滿載。首先不加基于平均功率反饋的控制。圖3是兩臺變頻器相同一相輸出電流波形相減后得到的環(huán)流值，可見兩個(gè)變頻器之間的環(huán)流隨著時(shí)間逐漸増大，最終使其中的一臺變頻器過流保護(hù)。從圖4和圖5的兩臺變頻器的有功功率和無功功率比較可知，兩臺變頻器的功率在啟動(dòng)之后就逐漸開始偏離，最后一臺變頻器輸出整個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)的有功功率和無功功率，而一臺變頻器則是輸出很小有功功率和吸收無功功率。在加入基于平均功率反饋的控制后。圖6是兩臺變頻器的一相環(huán)流值，可見兩個(gè)變頻器之間的環(huán)流除了在加速結(jié)束和突加負(fù)載的瞬間有所増加之外，在穩(wěn)態(tài)過程中都保證在零安培左右。圖7是這兩變頻器同一相輸出電流波形，可見這兩路電流幅值、相位完全相同。圖8-10是兩臺變頻器有功功率比較及其細(xì)節(jié)圖，可見除了加速結(jié)束和突加負(fù)載的過程中有功功率略有偏差外，在穩(wěn)態(tài)過程中幾乎完全一致。圖11-13是兩臺變頻器無功功率比較及其細(xì)節(jié)圖，也是在加速結(jié)束和突加負(fù)載的過程中無功功率略有偏差外，在穩(wěn)態(tài)過程中幾乎完全一致。
其中圖3-圖13的11表示第一變頻器，12表示第二變頻器。
權(quán)利要求
1.一種基于平均功率反饋的變頻器控制方法，其特征在于 變頻器并聯(lián)系統(tǒng)中的每個(gè)變頻器，通過三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換器將變頻器的實(shí)際三相輸出電流變?yōu)樵谛D(zhuǎn)坐標(biāo)系中兩相相對靜止電流，然后結(jié)合控制器得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的參考控制電壓，得到系統(tǒng)中單個(gè)變頻器自身的有功功率和無功功率； 變頻器并聯(lián)系統(tǒng)中的每個(gè)變頻器都接收系統(tǒng)中其它并聯(lián)的變頻器自身的有功功率和無功功率信息，并計(jì)算變頻器并聯(lián)系統(tǒng)的平均有功功率和平均無功功率； 系統(tǒng)中的每個(gè)變頻器按照平均有功功率和無功功率來調(diào)節(jié)其自身的有功功率和無功功率，使得每個(gè)變頻器符合變頻器并聯(lián)系統(tǒng)功率分配。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于平均功率反饋的變頻器控制方法，其特征在于系統(tǒng)中的每個(gè)變頻器按照平均有功功率來調(diào)節(jié)其自身的有功功率時(shí)，將自身的有功功率和系統(tǒng)的平均有功功率進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，使自身的有功功率跟蹤系統(tǒng)的平均有功功率，其反饋調(diào)節(jié)量作為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償量，合成到由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩指令值中，得到補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩指令值，以此補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩指令值得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)矩電流指令值和估算的轉(zhuǎn)差角速度，轉(zhuǎn)矩電流指令值經(jīng)電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，得到補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩參考電壓； 系統(tǒng)中的每個(gè)變頻器按照平均無功功率來調(diào)節(jié)其自身的無功功率時(shí)，將自身的無功功率和系統(tǒng)的平均無功功率進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，使自身的無功功率跟蹤系統(tǒng)的平均無功功率，其反饋調(diào)節(jié)量作為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的勵(lì)磁電壓補(bǔ)償量，合成到由勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器得到勵(lì)磁參考電壓值中，得到補(bǔ)償后的勵(lì)磁參考電壓； 將得到的補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩參考電壓、補(bǔ)償后的勵(lì)磁參考電壓，通過兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到三相靜止坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的參考電壓生產(chǎn)PWM脈寬以控制變頻器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于平均功率反饋的變頻器控制方法，其特征在于它具體包括以下步驟 O獲得變頻器實(shí)際有功功率P、實(shí)際無功功率Q和平均有功功率P·、平均無功功率Qave · 檢測變頻器的輸出三相電流ia、ib、ic ； 三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換器以轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶繛閐軸建立轉(zhuǎn)子磁場定向的旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系，將三相電流ia、ib、i。轉(zhuǎn)換得到d軸實(shí)際電流、和(1軸實(shí)際電流Iq ;功率計(jì)算單元根據(jù)d軸實(shí)際電流id、q軸實(shí)際電流i,、q軸電壓參考值軸電壓參考值<計(jì)算變頻器的實(shí)際有功功率和實(shí)際無功功率； 平均功率計(jì)算模塊接收所有并聯(lián)變頻器的實(shí)際有功功率和實(shí)際無功功率，計(jì)算整個(gè)變頻器并聯(lián)系統(tǒng)的平均有功功率P·和平均無功功率Qave ； 2)獲得q軸電壓參考值 第一比較器將檢測到的電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速ω與設(shè)定的電動(dòng)機(jī)指令轉(zhuǎn)速ω*進(jìn)行比較，第一比較器比較后所得到的速度差經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器后，得到轉(zhuǎn)矩指令Τ* ; 同時(shí)變頻器的實(shí)際有功功率P和平均有功功率Pave通過第二比較器相比較，第二比較器比較后的差值送入有功功率調(diào)節(jié)器輸出控制量ΔΤ; 將轉(zhuǎn)矩指令Τ*和控制量Λ T通過第一加法器相加得到校正后的轉(zhuǎn)矩指令Τ*丨；轉(zhuǎn)矩指令τ* '與電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電感Lni和轉(zhuǎn)子電感Ls在轉(zhuǎn)矩指令到轉(zhuǎn)矩電流指令轉(zhuǎn)換模塊中進(jìn)行運(yùn)算后，再通過第一除法器與轉(zhuǎn)子磁鏈值相除，得到與磁場坐標(biāo)軸平行的q軸電流指令值. I q軸電流指令值^和與q軸實(shí)際電流i,通過第三比較器比較，第三比較器比較后的差值輸出送到轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)器中，轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)器輸出電動(dòng)機(jī)的q軸電壓參考< . 5 3)獲得轉(zhuǎn)子磁鏈的空間角度P: 步驟2)中得到的q軸電流指令值<在轉(zhuǎn)差加速度計(jì)算模塊中與勵(lì)磁電感Ln^P轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)I；進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果通過第二除法器與轉(zhuǎn)子磁鏈值<<相除，得到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差角頻率指令值《 . 轉(zhuǎn)差角頻率指令值與實(shí)際轉(zhuǎn)速ω通過第二加法器相加，得到轉(zhuǎn)子磁鏈的旋轉(zhuǎn)角速度* S 轉(zhuǎn)子磁鏈的旋轉(zhuǎn)角速度 < 通過積分器進(jìn)行積分，得到轉(zhuǎn)子磁鏈的空間角度P; 4)獲得d軸電壓參考值4; d軸電流指令值與d軸實(shí)際電流id通過第四比較器比較，第四比較器比較后的差值輸出送到勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器中，勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器輸出電動(dòng)機(jī)的d軸電壓參考未修正值. 同時(shí)變頻器的無功功率Q和平均有功功率Qave通過第五比較器相比較，第五比較器比較后的差值送入無功功率調(diào)節(jié)器，無功功率調(diào)節(jié)器輸出的控制量和d軸電壓參考未修正值過第三加法器相加得到校正后的d軸電壓參考值<. 5)將所獲得的q軸電壓參考值乂、轉(zhuǎn)子磁鏈的空間角度P和d軸電壓參考值<送到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到三相靜止坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換器，得到在三相靜止坐標(biāo)系下的三相電壓參考控制電壓W、W、K. K、4、<通過PWM脈沖產(chǎn)生模塊變?yōu)轵?qū)動(dòng)脈沖，控制變頻器的逆變模塊。
全文摘要
本發(fā)明提供基于平均功率反饋的變頻器控制方法，變頻器并聯(lián)系統(tǒng)中的每個(gè)變頻器，通過三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換器將變頻器的實(shí)際三相輸出電流變?yōu)樵谛D(zhuǎn)坐標(biāo)系中兩相相對靜止電流，然后結(jié)合控制器得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的參考控制電壓，得到系統(tǒng)中單個(gè)變頻器自身的有功功率和無功功率；系統(tǒng)中每個(gè)變頻器都接收其它并聯(lián)的變頻器自身的有功功率和無功功率信息，并計(jì)算系統(tǒng)的平均有功功率和平均無功功率；系統(tǒng)中每個(gè)變頻器按平均有功功率和無功功率來調(diào)節(jié)自身的有功功率和無功功率，使得每個(gè)變頻器符合系統(tǒng)功率分配。采用本方法，多臺相同變頻器進(jìn)行并聯(lián)向電機(jī)進(jìn)行供電時(shí)每個(gè)變頻器功率相同，在不增加成本的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)變頻器的并聯(lián)。
文檔編號H02P21/00GK102820843SQ201210303648
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者余駿, 王國強(qiáng), 王勝勇, 盧家斌, 李傳濤, 李四川, 李海東 申請人:中冶南方(武漢)自動(dòng)化有限公司