[发明专利]检测无网侧电抗器高压变频器电网电压相位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测电网电压相位的方法，具体地说，本发明涉及一种用于检测与无网侧电抗器、具有能量回馈功能的功率单元串联多电平型高压变频器相连的三相电网电压相位的方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，高压变频器作为节能降耗的主要手段，在国民经济的各个领域，如冶金、石化、供水、电力等行业得到广泛的应用，并发挥着越来越重要的作用。

在诸多拓扑结构的高压变频器中，图1所示的功率单元串联多电平型高压变频器，由于其电压输出能力强，对电网的谐波污染小，对电机输出电压的dv/dt小，成为高压变频器的最主流和最优的形式之一。

在功率单元串联多电平型高压变频器的实际应用中，对于需要电气制动的负载，如大惯量风机、矿井提升机、轧钢机等，在被控电机制动时需要将其制动能量从负载侧反馈至电网侧。为了使功率单元串联多电平型高压变频器具有能量回馈功能，每个功率单元的控制芯片必须要能够精确地检测其网侧电压的相位，控制其网侧电流。

为了使每个功率单元能够精确地检测其网侧电压的相位，以便控制功率单元内的可控整流桥逆变，将制动能量回馈至电网；也为了使每个功率单元的网侧电感值相同且已知，降低控制程序的难度，如图1所示，在现有技术中，通常在每个功率单元1的网侧与三相多副边绕组变压器2的副边绕组之间增设一个三相低压网侧电抗器3。

在具有能量回馈功能的功率单元串联多电平型高压变频器内安装如此多的低压网侧电抗器将显著地增加变频器的体积、重量和成本。

为了减小上述高压变频器的体积和重量，降低其制造成本，本发明人经过潜心研究开发了一种无网侧电抗器的、具有能量回馈功能的功率单元串联多电平型高压变频器，如图2所示。在研制的过程中，本发明人发现：当取消了每个功率单元1网侧与变压器2副边绕组之间的网侧电抗器后，各功率单元的电网侧即为其可控整流桥部分的电源输出侧，该处电压为功率单元可控整流桥部分的输出电压而非电网电压，各功率单元的控制部分无法测量电网电压的相位和幅值，因此，各控制单元的控制部分无法进行控制算法的计算，也就无法控制构成整流桥的各个开关元件的导通与关断，无法实现能量的回馈。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种用于检测与无网侧电抗器、具有能量回馈功能的功率单元串联多电平型高压变频器相连的三相电网电压相位的方法。

为实现上述的目的，本发明采用以下的设计方案：一种检测高压变频器电网电压相位的方法，它包括以下步骤：

A、变频器主控制系统直接对变频器高压侧输入电压进行检测并处理；

B、将包含电网电压相位信息的信号通过光纤传输给各功率单元的控制芯片；

C、各功率单元控制芯片根据从光纤接收到的电网相位信息，进行控制算法的计算，对其直流母线电压和网侧电流进行独立的控制。

具体步骤如下：

首先，由变频器主控制系统将检测到的变频器高压输入侧电压即电网电压，通过模拟比较器进行过零比较，得到一个与电网电压同相的方波；

然后，通过锁相环芯片进行锁相，得到一个稳定的方波输出，这个方波与电网电压的相位对应；

再将这个方波通过光纤发送至各个功率单元；

最后，各个功率单元收到这个光纤信号后，各功率单元的控制芯片通过计算方波的频率和相位得到电网电压的相位，利用该值对各自的直流母线电压和网侧电流进行独立的精确控制。

附图说明

图1为带有网侧电抗器的具有能量回馈功能的功率单元串联多电平型高压变频器的主电路拓扑结构；

图2为无网侧电抗器的具有能量回馈功能的高压变频器主电路拓扑结构图；

图3为本发明采用硬件锁相环锁相电网电压相位的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，并非对本发明的限定。

为了检测与无网侧电抗器具有能量回馈功能的功率单元串联多电平型高压变频器相连的电网电压相位，本发明通过变频器主控制系统4直接对变频器高压侧输入电压进行检测，然后，将包含电网电压相位信息的信号通过光纤5传输给各功率单元的控制芯片；各功率单元控制芯片根据从光纤接收到的电网相位信息，进行控制算法的计算，对其直流母线电压和网侧电流进行独立的控制。

本发明主控制系统采用硬件锁相方式检测电网电压的相位，具体方法如下：

首先，由变频器主控制系统将检测到的变频器高压输入侧电压即电网电压，通过模拟比较器进行过零比较，得到一个与电网电压同相的方波；