專利名稱：可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置。
背景技術(shù)：
起重機是一種通過垂直升降或者垂直升降與水平移動來放取重物的機電設(shè)備。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，為保障起重機的安全穩(wěn)定運行，速度控制精確度的需求日益增強，目前現(xiàn)場控制越來越多的采用變頻器控制電機運行。而采用變頻器控制將會出現(xiàn)一個問題，當(dāng)重載下降時其負載位能通過電動機轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瑑Υ嬖谥绷麟娙萆?，以及在起重機制動時轉(zhuǎn)化成的電能儲存在直流電容上，這樣會導(dǎo)致電容電壓上升，如果能量得不到及時釋放會導(dǎo)致其電壓升的過高，會引起變頻器故障。為了解決上述問題，本領(lǐng)域技術(shù)人員采取了以下兩種方式一、能耗制動方式采用大功率電阻來釋放存儲在電容上的能量。這種方式雖然簡單易行，但是電阻發(fā)熱嚴重，會導(dǎo)致柜內(nèi)溫度升高，影響變頻器的工作性能。而且簡單能耗制動不能抑制快速制動產(chǎn)生的泵升電壓，影響制動效果。二、利用單環(huán)電壓控制能量回饋裝置利用單環(huán)電壓控制方式，當(dāng)母線電壓高于設(shè)定值時，進行能量回饋。這種方式雖然對母線電壓有較好的控制能力，但對于變頻器容量大的起重機行業(yè)來說，僅采用單環(huán)電壓控制方式，而不對回饋過程中的電流值進行控制，會出現(xiàn)電流波動等現(xiàn)象，從而對電網(wǎng)造成影響。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不能將起重機運行過程中產(chǎn)生的電能很好地回饋到電網(wǎng)的缺陷，提供一種可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置。本實用新型提供一種可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置，其特征在于，采用直流母線電壓控制環(huán)和回饋電流控制環(huán)的雙閉環(huán)控制，根據(jù)直流母線電壓控制環(huán)的輸出調(diào)整回饋電流的大小。本實用新型還提供一種可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于，小功率場合下，在電網(wǎng)和一臺或多臺變頻器之間連接上述的節(jié)能裝置；大功率場合下，在電網(wǎng)和一臺或多臺變頻器之間并聯(lián)兩個以上上述的節(jié)能裝置。優(yōu)選地，節(jié)能裝置包括檢測變頻器直流母線的電壓，并將檢測到的電壓送入第一比較器的直流母線電壓檢測單元；與直流母線電壓檢測單元連接，將來自于直流母線電壓檢測單元的電壓與給定電壓值做比較判定，大于給定電壓值時，向交流接觸器發(fā)出接入電網(wǎng)信號，同時將比較后的差值發(fā)送至直流母線信號采集單元的第一比較器；與第一比較器連接，對比較后的差值進行放大比較，生成高頻PWM波形并送入第二比較器的直流母線信號采集單元；[0012]與直流母線信號采集單元和電網(wǎng)信號采集單元連接，將電網(wǎng)信號采集單元采集到的電網(wǎng)電壓信號和來自于直流母線信號采集單元的電壓信號做比較，形成相位與電網(wǎng)電壓相同，幅值與直流電壓控制電路輸出信號成正比的三相電流給定波形的第二比較器；與第二比較器和輸出電流信號采集單元連接，將來自于第二比較器的三相電流給定波形與輸出電流反饋信號采集單元采集到的電流反饋信號做比較，生成PWM波形的第三比較器；與第三比較器連接，驅(qū)動逆變單元工作的驅(qū)動電路；與驅(qū)動電流連接，實現(xiàn)能量向電網(wǎng)回饋的逆變單元。優(yōu)選地，給定電壓值通過可調(diào)電阻進行設(shè)置。優(yōu)選地，回饋電流控制環(huán)采用高頻斬波控制方式?！0018]優(yōu)選地，直流母線信號采集單元為P調(diào)節(jié)器，直流母線電壓控制環(huán)采用P調(diào)節(jié)器控制方式。優(yōu)選地，第三比較器為滯環(huán)比較器。實施本實用新型的可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置，具有以下有益效果1、采用直流母線電壓控制環(huán)和回饋電流控制環(huán)的雙閉環(huán)控制，根據(jù)直流母線電壓控制環(huán)的輸出調(diào)整回饋電流的大小，從而保證在向電網(wǎng)回饋電能時不對電網(wǎng)產(chǎn)生任何影響；2、現(xiàn)場應(yīng)用組合靈活在小功率場合下，可采用在電網(wǎng)和一臺或多臺變頻器之間連接一個節(jié)能裝置實現(xiàn)電能回饋；在大功率場合下，可采用在電網(wǎng)和一臺或多臺變頻器之間并聯(lián)多個節(jié)能裝置實現(xiàn)電能回饋。

圖I是本實用新型的可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置的一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型的可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置的工作流程圖；圖4是本實用新型的多個節(jié)能裝置并聯(lián)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本實用新型提供一種可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置，圖I是本實用新型的可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，所述裝置包括交流接觸器、直流母線電壓檢測單元、第一比較器、直流母線信號采集單元、電網(wǎng)信號采集單元、第二比較器、輸出電流反饋信號采集單元、第三比較器、驅(qū)動電路和逆變單元。電壓檢測單元，用于檢測變頻器直流母線的電壓，并將檢測到的電壓送入第一比較器與給定電壓值做比較判定，當(dāng)滿足條件時，向交流接觸器發(fā)出接入電網(wǎng)信號，同時將比較后的差值發(fā)送至直流母線信號采集單元；第二比較器，用于將直流母線信號采集單元采集到的直流母線信號和電網(wǎng)信號采集單元采集到的電網(wǎng)電壓信號做比較，形成相位與電網(wǎng)電壓相同，幅值與直流電壓控制電路輸出信號成正比的三相電流給定波形；第三比較器，用于將在第二比較器中的三相電流給定波形與輸出電流反饋信號采集單元采集到的電流反饋信號做比較，生成PWM波形；驅(qū)動電路連接第三比較器和逆變單元，驅(qū)動逆變單元工作，實現(xiàn)能量向電網(wǎng)回饋。該節(jié)能裝置采用直流母線電壓控制環(huán)和回饋電流控制環(huán)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，根據(jù)直流母線電壓控制環(huán)的輸出調(diào)整回饋電流的大小，保證電能回饋的穩(wěn)定性。本實用新型采用電壓外環(huán)設(shè)計主要控制作用在于穩(wěn)定三相逆變器的直流電壓。為保證系統(tǒng)具有較快的動態(tài)響應(yīng)，直流母線信號采集單元采用P調(diào)節(jié)器，直流母線電壓控制環(huán)采用P調(diào)節(jié)器控制方式。在本實用新型的電流內(nèi)環(huán)設(shè)計中，為保證系統(tǒng)有較快的響應(yīng)速度，系統(tǒng)采用滯環(huán)SPWM控制。上述節(jié)能裝置實現(xiàn)節(jié)能的步驟如下S1、電壓檢測單元檢測變頻器直流母線的電壓，當(dāng)檢測到故障時，執(zhí)行步驟S8;當(dāng)將檢測到的電壓送入第一比較器與給定電壓值做比較判定，滿足條件時，執(zhí)行步驟S2，不滿足條件時，執(zhí)行步驟S9 ;S2、第一比較器向交流接觸器發(fā)出接入電網(wǎng)信號，同時將比較后的差值發(fā)送至直流母線信號采集單元；S3、直流母線信號采集單元對比較后的差值進行放大比較，生成高頻PWM波形，完成直流母線信號采集后，將采集到的直流母線信號發(fā)送至第二比較器；S4、電網(wǎng)信號采集單元通過對電網(wǎng)電壓做電·壓互感降壓、濾波、光耦隔離、信號放大處理，得到控制輸出的第一同步信號，完成電網(wǎng)電壓信號采集后，將采集到的電網(wǎng)電壓信號發(fā)送至第二比較器和逆變單元；S5、第二比較器對接收到的直流母線信號和電網(wǎng)電壓信號做比較處理，形成相位與電網(wǎng)電壓相同，幅值與直流電壓控制電路輸出信號成正比的三相電流給定波形，然后將所形成的三相電流給定波形發(fā)送至第三比較器；S6、輸出電流反饋信號采集單元對反饋輸出的三相電流做電流互感降流、濾波、光耦隔離、信號放大處理，得到控制輸出的第二同步信號，完成電流反饋信號采集后，將采集到的電流反饋信號發(fā)送至第三比較器；S7、第三比較器對接收到的三相電流給定波形與電流反饋信號做比較運算，生成PWM波形，并將所生成的PWM波形發(fā)送至驅(qū)動電路；S8、驅(qū)動電路對來自電網(wǎng)信號采集單元的電網(wǎng)電壓信號做比較處理，生成同步方波信號，并將生成的同步方波信號與來自第三比較器的PWM波形進行運算，生成各項開關(guān)管的開關(guān)信號驅(qū)動逆變單元執(zhí)行能量回饋；S9、輸出故障信號，同時切斷裝置接入電源，啟動備用制動電阻。圖2是本實用新型的可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置的一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，所述裝置包括交流接觸器、LCL濾波單元、第一電壓檢測單元、第一比較器、判斷單元、P調(diào)節(jié)單元、第二比較器、第二電壓檢測單元、電壓同步單元、標準正弦波單元、輸出電流檢測單元、第三比較器、隔離驅(qū)動單元和逆變單元。第一電壓檢測單元，檢測變頻器直流母線的電壓，若此過程中檢測到故障，則輸出故障信號，同時切斷裝置接入電網(wǎng)，啟動備用制動電阻；如未檢測到故障，則將檢測到的電壓送入第一比較器。第一比較器，將來自于第一電壓檢測單元的電壓與給定電壓值做比較判定，當(dāng)來自于第一電壓檢測單元的電壓值大于給定電壓值時，向交流接觸器發(fā)出接入電網(wǎng)信號，同時將比較后的差值電壓發(fā)送至判斷單元。其中，給定電壓值通過設(shè)定可調(diào)電阻進行設(shè)置。判斷單元和P調(diào)節(jié)單元，對來自于第一比較器的差值電壓做信號放大處理，通過調(diào)節(jié)動態(tài)響應(yīng)速度對差值進行限定，生成高頻PWM波形并送入第二比較器。第二電壓檢測單元，在交流接觸器將節(jié)能裝置接入電網(wǎng)后，檢測電網(wǎng)電壓，并將檢測到的電網(wǎng)電壓發(fā)送至電壓同步單元。經(jīng)電壓同步單元和標準正弦波單元處理后生成與電網(wǎng)信號同步的標準正弦波，將該標準正弦波送入第二比較器。第二比較器用于將來自于P調(diào)節(jié)單元的直流母線電壓與來自于標準正弦波單元的電網(wǎng)電壓做比較處理，形成相位與電網(wǎng)電壓相同，幅值與直流電壓控制電路輸出信號成正比的三相電流給定波形。第三比較器，用于將在第二比較器中的三相電流給定波形與輸出電流反饋信號采集單元采集到的電流反饋信號做比較，生成PWM波形。隔離驅(qū)動單元連接第三比較器和逆變單元，驅(qū)動逆變單元工作，實現(xiàn)能量向電網(wǎng)回饋。LCL濾波單元處理反饋給電網(wǎng)的信號，降低對電網(wǎng)干擾。圖3是本實用新型的可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置的工作流程圖，如圖所示。根據(jù)實際情況，同過調(diào)節(jié)電阻設(shè)定母線電壓定值％。母線電壓檢測單元檢測到變頻器母線電壓Udc后，將該電壓Udc送入第一比較器，第一比較器對Udc與U0做比較處理，當(dāng)Udc大于Utl時，向交流接觸器發(fā)送接入電網(wǎng)信號，交流接觸器動作，節(jié)能裝置接入電網(wǎng)。同時，第一比較器將Udc與U0的差值電壓發(fā)送至P調(diào)節(jié)控制器，調(diào)節(jié)放電電壓信號后，由整流單元處理獲得直流電壓控制信號，然后將母線電壓信號送入第二比較器。當(dāng)交流接觸器動作，將節(jié) 能裝置接入電網(wǎng)后，電網(wǎng)信號采集單元開始采集電網(wǎng)電壓信號，并將該信號做同步處理獲取電網(wǎng)電壓同步信號后，送入第二比較器。第二比較器對母線電壓信號和電網(wǎng)電壓信號進行比較處理，獲得三相交流給定波形后，送入第三比較器，第三比較器為滯環(huán)比較器，滯環(huán)比較器反饋電流滯后進入比較，先逆變回饋產(chǎn)生電流在進行反饋比較調(diào)節(jié)。當(dāng)交流接觸器動作，將節(jié)能裝置接入電網(wǎng)后，輸出電流檢測單元檢測三相輸出回饋電流信號，并送入電流互感器進行處理和信號放大處理，然后將輸出反饋電流信號送入滯環(huán)比較器。滯環(huán)比較器對來自于第二比較器的三相交流給定波形與輸出反饋電流信號做比較處理，獲取PWM波形后，送入隔離驅(qū)動IGBT中。隔離驅(qū)動IGBT驅(qū)動逆變單元，實現(xiàn)電能回饋。本實用新型還提供一種可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能系統(tǒng)，在電網(wǎng)和多個變頻器直流母線之間并聯(lián)一個或兩個以上的可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置。小功率場合下，在電網(wǎng)和一臺或多臺變頻器之間連接一個所述的節(jié)能裝置實現(xiàn)電能回饋；大功率場合下，在電網(wǎng)和一臺或多臺變頻器之間并聯(lián)兩個以上所述的節(jié)能裝置實現(xiàn)電能回饋。圖4是本實用新型的多個節(jié)能裝置并聯(lián)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，多個節(jié)能裝置并聯(lián)于多個變頻器直流母線(變頻器直流母線一、變頻器直流母線二……變頻器直流母線N)與3相380V電網(wǎng)之間。當(dāng)現(xiàn)場變頻器為大功率，單個節(jié)能裝置不能滿足其功率要求時，本裝置可實現(xiàn)自并聯(lián)使用，同時接入多個節(jié)能裝置(裝置一、裝置二……裝置N)，保證變頻器直流母線上的能量迅速反饋回電網(wǎng)，降低母線電壓，保證變頻器正常運行，同時增加了裝置的工作可靠性。為了保證變頻器的安全穩(wěn)定，在節(jié)能裝置與變頻器直流母線間設(shè)置并聯(lián)保護單元。實施本實用新型的可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置，具有以下有益效果1、采用直流母線電壓控制環(huán)和回饋電流控制環(huán)的雙閉環(huán)控制，根據(jù)直流母線電壓控制環(huán)的輸出調(diào)整回饋電流的大小，從而保證在向電網(wǎng)回饋電能時不對電網(wǎng)產(chǎn)生任何影響；2、現(xiàn)場應(yīng)用組合靈活在小功率場合下，可采用在電網(wǎng)和一臺或多臺變頻器之間連接一個節(jié)能裝置實現(xiàn)電能回饋；在大功率場合下，可采用在電網(wǎng)和一臺或多臺變頻器之間并聯(lián)多個節(jié)能裝置實現(xiàn)電能回饋。本實用新型是通過實施例進行描述的，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，可以對這些特征和實施例進行各種改變或等效替換。另外，在本實用新型的教導(dǎo)下，可以對這些特征和實施例進行修改以適應(yīng)具體的情況及材料而不會脫離本實用新型的精神和范圍。因此，本實用新型不受此處所公開的具體實施例的限制，所有落入本申請的權(quán)利要求范圍內(nèi)的實施例都屬于本實用新型的保 護范圍。
權(quán)利要求1.一種可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置，其特征在于，采用直流母線電壓控制環(huán)和回饋電流控制環(huán)的雙閉環(huán)控制，根據(jù)直流母線電壓控制環(huán)的輸出調(diào)整回饋電流的大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置，其特征在于，包括 檢測變頻器直流母線的電壓，并將檢測到的電壓送入第一比較器的直流母線電壓檢測單元； 與直流母線電壓檢測單元連接，將來自于直流母線電壓檢測單元的電壓與給定電壓值做比較判定，大于給定電壓值時，向交流接觸器發(fā)出接入電網(wǎng)信號，同時將比較后的差值發(fā)送至直流母線信號采集單元的第一比較器； 與第一比較器連接，對比較后的差值進行放大比較，生成高頻PWM波形并送入第二比較器的直流母線信號采集單元； 與直流母線信號采集單元和電網(wǎng)信號采集單元連接，將電網(wǎng)信號采集單元采集到的電網(wǎng)電壓信號和來自于直流母線信號采集單元的電壓信號做比較，形成相位與電網(wǎng)電壓相同，幅值與直流電壓控制電路輸出信號成正比的三相電流給定波形的第二比較器； 與第二比較器和輸出電流信號采集單元連接，將來自于第二比較器的三相電流給定波形與輸出電流反饋信號采集單元采集到的電流反饋信號做比較，生成PWM波形的第三比較器； 與第三比較器連接，驅(qū)動逆變單元工作的驅(qū)動電路； 與驅(qū)動電流連接，實現(xiàn)能量向電網(wǎng)回饋的逆變單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置，其特征在于，給定電壓值通過可調(diào)電阻進行設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置，其特征在于，回饋電流控制環(huán)采用高頻斬波控制方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置，其特征在于，直流母線信號采集單元為P調(diào)節(jié)器，直流母線電壓控制環(huán)采用P調(diào)節(jié)器控制方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置，其特征在于，第三比較器為滯環(huán)比較器。
7.一種可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于，小功率場合下，在電網(wǎng)和一臺或多臺變頻器之間連接一個權(quán)利要求I所述的節(jié)能裝置；大功率場合下，在電網(wǎng)和一臺或多臺變頻器之間并聯(lián)兩個以上權(quán)利要求I所述的節(jié)能裝置。
專利摘要本實用新型提供一種可自并聯(lián)向電網(wǎng)回饋電能的節(jié)能裝置，該裝置采用直流母線電壓控制環(huán)和回饋電流控制環(huán)的雙閉環(huán)控制，根據(jù)直流母線電壓控制環(huán)的輸出調(diào)整回饋電流的大小。實施本實用新型的節(jié)能裝置，具有以下有益效果1、采用直流母線電壓控制環(huán)和回饋電流控制環(huán)的雙閉環(huán)控制，根據(jù)直流母線電壓控制環(huán)的輸出調(diào)整回饋電流的大小，從而保證在向電網(wǎng)回饋電能時不對電網(wǎng)產(chǎn)生任何影響；2、現(xiàn)場應(yīng)用組合靈活在小功率場合下，可采用在電網(wǎng)和一臺或多臺變頻器之間連接一個節(jié)能裝置實現(xiàn)電能回饋；在大功率場合下，可采用在電網(wǎng)和一臺或多臺變頻器之間并聯(lián)多個節(jié)能裝置實現(xiàn)電能回饋。
文檔編號H02J3/38GK202602307SQ20122025127
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者滕波 申請人:大連美恒電氣有限公司