可并联大型能量回馈装置节电装置

摘要

本发明的名称为一种可并联大型能量回馈装置节电装置。属于电机节能技术领域。它主要是解决现有能量回馈装置用于功率较大场合存在难度较大的问题。它的主要特征是：包括由三相逆变桥、LC三相滤波电路构成的模块，以及控制电路；三相逆变桥直流侧端用于与变频器的直流母线连接，三相逆变桥交流输出侧与LC滤波电路中和电容不相连的一侧电抗连接，电抗的另一端用于与三相电网连接；控制电路由采样电路和DSP处理器组成，DSP处理器输出端分别与三相逆变桥中的控制端连接。本发明能将电机制动产生的直流电能转化为交流电返回电网，具有响应速度快、均流效果好、可靠性高特点，主要用于皮带机、离心机、提升机电机等制动电能较大的场合。

权利要求

1.一种可并联大型能量回馈装置节电装置，其特征在于：包括由三相逆变桥、LC三相滤波电路构成的模块，以及控制电路；其中，三相逆变桥直流侧端用于与变频器的直流母线连接，三相逆变桥交流输出侧与LC三相滤波电路中和电容不相连的一侧电抗连接，电抗的另一端用于与三相电网连接；控制电路由直流电压采集电路、三相电网电压采集电路、三相逆变桥输出电流信号采集电路、RS485总线通信电路、DSP处理器组成， DSP处理器输出端分别与三相逆变桥中的控制端连接；所述的模块是由一组以上的三相逆变桥与LC三相滤波电路构成的模块并联，其中一组模块为主机，其它组模块为从机；控制电路采集三相电网电压Ua、Ub、Uc、能量回馈装置回馈三相电流Ia、Ib、Ic，对三相电网电压进行CLARKE变换，计算出两项静止坐标系下电压 、 ：通过对 、 进行变换，得到电网电压相位alpha和电网电压幅值 ：

对能量回馈输出三相电流进行CLARKE变换，计算出两项静止坐标系下电流 、 ：

根据 静止 坐标 系下 的 电压 和电 流计 算出 有功 功率P，无功 功率 Q：

有功功率的给定与实际有功功率的反馈进行PI调节，得到逆变桥输出电压与电网相位差delta，将delta与alpha相加就得到逆变桥需要输出的电压相位beta，将0作为无功电能的给定，Q作为实际无功电能的反馈，进行PI调节，得到逆变桥需要输出电压与实际电网电压差值 ，从而得到逆变桥需要输出的电压幅值 ，控制电路根据逆变桥需要输出的电压幅值Uo和相位beta，计算得到逆变桥需要输出的三相电压：控制电路将需要输出的电压根据实际直流母线电压udc进行调制解调后，发送驱动信号控制能量回馈装置工作。

2.根据权利要求1所述的一种可并联大型能量回馈装置节电装置，其特征在于：所述的模块是由2至10组三相逆变桥与LC三相滤波电路构成的模块。

说明书

可并联大型能量回馈装置节电装置

技术领域

[0001] 本发明属于电机节能技术领域，特别是与变频器相结合，用于皮带机、离心机、提升机电机等制动电能较大场合的可并联大型能量回馈装置节电装置。

背景技术

[0002] 能源问题是决定新世纪社会发展的突出问题，如何提高能源的利用率已引起全世界人民的关注。能量回馈型有源逆变器作为和电网的接入口，可以实现直流电和交流电形式的转换，有着广阔的应用前景。电能回馈系统能将变频器中电容的能量逆变成与电网电压同相的电流返回电网。在将机械能重新利用的同时，减少了电机房的发热量。这不仅提高了系统的稳定性，还大大降低了电能的消耗。目前已经有些能量回馈装置出现，但主要是应用于电梯等功率等级45KW以下的场合，而工业场合一般要求功率较大，有的甚至达到400KW以上。但单机实现难度较大，这是因为随着功率等级的提高，电抗器、IGBT需要承受的电流越大，装置的散热和稳定性受到影响，为了解决能量回馈装置容量受限的问题，本发明提出了一种将能量进行并联实现能量回馈扩容的方法以满足回馈功率需求较大的应用场合。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种可并联大型能量回馈装置节电装置。通过将模块化能量回馈装置的并联，实现可并联大型能量回馈的均流运行，从而达到大功率扩容的目的。同时多台并联时，若一台出现故障，其它装置可以照常工作，增加了系统的稳定性。

[0004] 本发明的技术解决方案是：一种可并联大型能量回馈装置节电装置，其特征在于：包括由三相逆变桥、LC三相滤波电路构成的模块，以及控制电路；其中，三相逆变桥直流侧端用于与变频器的直流母线连接，三相逆变桥交流输出侧与LC三相滤波电路中和电容不相连的一侧电抗连接，电抗的另一端用于与三相电网连接；控制电路由直流电压采集电路、三相电网电压采集电路、三相逆变桥输出电流信号采集电路、RS485总线通信电路、DSP处理器组成， DSP处理器输出端分别与三相逆变桥中的控制端连接，将通过控制电路由直流电压采集电路、三相电网电压采集电路、三相逆变桥输出电流信号采集电路采集的三相电网电压以及三相逆变桥输出电流信号，通过计算得到逆变桥输出的有功电能P、无功电能Q以及电网电压相位alpha，有功电能的给定与实际有功电能的反馈进行PI调节，得到逆变桥输出电压与电网相位差delta，将delta与alpha相加就得到逆变桥需要输出的电压相位beta，将0作为无功电能的给定，Q作为实际无功电能的反馈，进行PI调节，得到逆变桥需要输出的电压幅值U。同时DSP通过RS485总线通信电路实现能量回馈装置之间的信号共享。

[0005] 本发明的技术解决方案中所述的模块是由一组三相逆变桥与LC三相滤波电路或者一组以上的三相逆变桥与LC三相滤波电路构成的模块，其中，一组以上的三相逆变桥与LC三相滤波电路构成的模块并联。

[0006] 本发明的技术解决方案中所述的模块是由2至10组三相逆变桥与LC三相滤波电路构成的模块。

[0007] 当由并联的模块组与控制电路构成的多台装置并联运行时，设置其中一台为主机，其它为从机。主机根据控制电路采集直流母线电压值进行PI控制，得到能量回馈装置输出有功电能的给定同时将该给定通过RS485通信发给从机。从机根据RS485通信数据作为本装置输出有功电能的给定。

[0008] 控制电路采集三相电网电压以及三相逆变桥输出电流信号，通过计算得到逆变桥输出的有功功率P、无功功率Q以及电网电压相位alpha。

[0009] 本发明中，有功功率P，无功功率Q，电网电压相位alpha计算包括如下步骤：

[0010] 采样得到三相电网电压Ua、Ub、Uc、能量回馈装置回馈三相电流Ia、Ib、Ic。

[0011]

[0012]

[0013] 有功功率的给定与实际有功功率的反馈进行PI调节，得到逆变桥输出电压与电网相位差delta，将delta与alpha相加就得到逆变桥需要输出的电压相位beta。

[0014] 将0作为无功电能的给定，Q作为实际无功电能的反馈，进行PI调节，得到逆变器需要输出电压与实际电网电压差值 ，从而得到逆变桥需要输出的电压幅值。

[0015] 控制电路根据逆变桥需要输出的电压幅值U和相位beta，计算得到逆变器需要输出的三相电压：

[0016]

[0017] 控制电路将需要输出的电压根据实际直流母线电压udc进行调制解调后，发送驱动信号控制能量回馈装置工作。

[0018] 本发明由于采用由三相逆变桥、LC三相滤波电路构成的模块或模块组，以及由直流电压采集电路、三相电网电压采集电路、三相逆变桥输出电流信号采集电路、RS485总线通信电路、DSP处理器组成的控制电路，三相逆变桥直流侧端与变频器的直流母线连接，三相逆变桥交流输出侧与LC三相滤波电路中和电容不相连的一侧电抗连接，电抗的另一端与三相电网连接，DSP处理器输出端分别与三相逆变桥中的控制端连接，因而，控制电路可采集直流电压、三相电网电压、三相逆变桥输出电流信号以及RS485通信数据进行综合处理后，控制三相逆变桥，将变频器因电机制动产生的再生电能返回电网。本发明具有响应速度快、均流效果好、可靠性高的特点。本发明主要与变频器相结合，用于皮带机、离心机、提升机电机等制动电能较大的场合。

附图说明

[0019] 图1为可并联大型能量回馈装置的主回路示意图。

[0020] 图2为可并联大型能量回馈装置的控制电路板功能图。

[0021] 图3为可并联大型能量回馈装置并联结构图。

[0022] 图4为可并联大型能量回馈装置有功功率PI调节。

[0023] 图5为可并联大型能量回馈装置采样处理流程图。

[0024] 图6为可并联大型能量回馈装置无功功率PI调节。

具体实施方式

[0025] 本发明可并联大型能量回馈装置节电装置可以单独运行，也可以并联均流运行。

[0026] 如图1所示。可并联大型能量回馈装置节电装置（控制部分）包括：三相逆变桥、LC三相滤波电路、以及控制电路。三相逆变桥由6只IGBT模块V1、V2、V3、V4、V5、V6、以及1组电容模块C1、C2组成，LC三相滤波电路由三相电抗器La、Lb、Lc和滤波电容组成，连接方法如图1所示常规电路的连接方法，三相直流侧经二极管VD1与变频器的直流母线P连接，三相直流侧经二极管VD2与N连接，三相逆变桥交流输出侧与LC三相滤波电路中和电容不相连的一侧的三相电抗器的R、S、T端连接，三相电网JRI与三相电抗器的另一端连接。控制电路由直流电压采集电路、三相电网电压采集电路、三相逆变桥输出电流信号采集电路、RS485总线通信电路、DSP处理器2组成，DSP处理器2输出端分别与三相逆变桥中的控制端连接。DSP处理器2具有高速运算功能。直流电压采集电路、三相电网电压采集电路、三相逆变桥输出电流信号采集电路将所需的信号调制后传给DSP处理器2，DSP处理器2经过相应的算法处理后输出PWM信号，出控制三相逆变桥，同时DSP处理器2通过RS485总线通信电路实现能量回馈装置之间的信号共享。直流电压采集电路、三相电网电压采集电路、三相逆变桥输出电流信号采集电路构成的采集电路部分1和DSP处理器2布置在控制电路板上。

[0027] 如图2所示。AD采样板9将采集到的三相电压JRI及问步信号10接到主控制板12，主控制板12输出的6路PWM信号13直接到IGBT驱动电路板14，驱动电路板14的6路驱动信号15接到6只IGBT16的引脚上，IGBT输出经LC滤波器后接到交流电网17。

[0028] 显示面板11主要是设定和监测大型能量回馈装置的运行参数，通过RS232串口将设定的参数发给主控制板12，同时主控制板12将装置的运行参数回发给显示面板11，再由显示面板11进行实时显示。AD采样板9实时采集电网三相电压18的相位和幅值、直流母线电压8以及IGBT输出到电网的电流值Ia、Ib、Ic19。主控制板12主要是和显示面板11进行数据交换，并实时获取AD采样板9采集的信号，将获取的信号进行计算处理，然后发出控制信号到IGBT驱动电路板14。IGBT驱动电路板14根据主控制板12的控制信号驱动IGBT的开通和关断，IGBT的输出经三相LC滤波器后输出到电网。

[0029] 如图3所示。多台能量回馈装置并联运行时，设置其中一台为主机3，其它为从机4、5；多台装置可以同时在线运行，且每台装置输出电流相同。

[0030] 如图4所示。主机根据控制电路采集直流母线电压值进行PI控制，得到能量回馈装置输出有功电能的给定同时将该给定通过RS485通信发给6。从机根据RS485通信数据作为本装置输出有功电能的给定。

[0031] 如图5所示。控制电路采集三相电网电压以及三相逆变桥输出电流信号，通过计算得到逆变桥输出的有功功率P1、无功功率Q1、电网电压 和相位alpha。有功功率P1，无功功率Q1，电网电压相位alpha计算包括如下步骤：

[0032]

[0033] 对能量回馈输出三相电流进行CLARKE变换，计算出两项静止坐标系下电流、 ：

[0034]

[0035] 如图4~6所示。有功功率的给定与实际有功功率的反馈进行PI调节，得到逆变桥输出电压与电网相位差delta，将delta与alpha相加就得到逆变桥需要输出的电压相位beta。将0作为无功电能的给定，Q1作为实际无功电能的反馈，进行PI调节，得到逆变器需要输出电压与实际电网电压差值 ，从而得到逆变桥需要输出的电压幅值电路控制板根据逆变桥需要输出的电压幅值U和相位beta，计算得到逆变器需要输出的三相电压：

[0036]

[0037] 控制电路将需要输出的电压根据实际直流母线电压udc进行调制解调后，发送驱动信号控制能量回馈装置工作。