[发明专利]一种能量回馈单元的环流电流峰值估算方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子控制技术领域，尤其涉及一种能量回馈单元的环流电流峰值估算方法。

背景技术

随着传统化石能源紧缺，环境污染严重等问题日益凸显。提高能源效率，降低能源消费已经成为各国经济可持续发展道路上越来越重要的议题。传统交流变频调速系统能源利用率也还存在很大提升空间，能量单方向流动导致的电机负载制动能量消耗在一定程度上制约了其发展。能量回馈系统通过对传统交流变频调速系统的拓扑进行改进，可实现能量的双向流动和单位功率因数，是变频调速系统节约能量，改善性能，提高效率的重要途径。

并联型能量回馈系统是对传统变频调速系统的改进，其拓扑结构是在直流母线端与交流电网端并联接入能量回馈单元。这种可控的能量回馈单元在电机负载消耗能量时，一般处于不工作状态；在电机负载减速时，工作在逆变状态，将能量回馈至电网。并联型能量回馈系统只需适当改变线路连接接入能量回馈单元，故而改造成本相对较低。设计并联型拓扑结构的能量回馈单元时，还可以综合考虑回馈能量与系统总功率的关系，减小能量回馈单元的容量进一步降低成本。

并联型能量回馈系统中，当能量回馈单元逆变再生发电时，能量回馈单元与变频器的二极管不控整流桥前端之间也会形成环流电流回路。环流电流分量会叠加在能量回馈单元的逆变电流中表现为并网电流谐波，因此环流电流的存在会增大并网电流谐波、降低系统控制性能、增加开关损耗，给能量回馈系统带来不利影响。已有的关于并联型能量回馈系统的设计方法中，交流滤波电感和直流平波电抗器值通常设计较大，这在一定程度上会抑制环流电流，因而针对环流电流进行具体研究的文献较少。而在能量回馈系统功率较大的场合，电感值设计过大会影响系统动态性能，同时还会带来成本的提升，限制了能量回馈系统的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明所解决的技术问题在于提供一种能量回馈单元的环流电流峰值估算方法，在具体分析环流电流换流方式和电流回路方程的基础上，利用逆变电流与环流电流换流方式之间的关系，从开关矢量导通时间的角度对环流电流峰值进行估算。

本发明通过以下技术方案来解决上述技术问题：

一种能量回馈单元的环流电流峰值估算方法，包括如下步骤：

S1.首先根据能量回馈系统的电路拓扑结构分析逆变电流和环流电流的导通方式；

S2.采用SVPWM调制策略，以第一扇区内半个开关周期为例对环流电流和逆变电流的导通方式展开分析，半个开关周期的开关矢量状态变化定义为111-110-100；

S3.依据基尔霍夫定律分别得到逆变电流和环流电流的回路方程：

S4.然后依据环流电流和逆变电流换流方式分析得出的回路方程对开关矢量导通时间进行估算；

S5.最后依据逆变电流与环流电流换流方式的关系和开关矢量导通时间的估算表达式推导环流电流峰值的估算方法。

进一步地，在步骤S2中，

开关矢量为111状态时，开关管状态为T₁、T₃、T₅导通，T₂、T₄、T₆关断，在第一扇区中，三相电网电压关系满足e_ga＞e_gb＞e_gc，A₁点电位较B、C两点高，环流电流流过不控整流桥a相上管D_a1，分别从b、c两相的开关管T₃和开关管T₅流回至电网。

进一步地，在步骤S3中，

在逆变电流和环流电流的回路中，电流关系满足：

在开关矢量状态为111时，桥臂侧电压满足V_aN＝V_bN＝V_cN＝u_dc，将上述电流关系分别带入逆变电流和环流电流的回路方程可得：

同理可对开关矢量为110和100时的逆变电流和环流电流导通方式进行分析，开关矢量为110和100时的逆变电流和环流电流回路方程分别如下所示：