CN103532397B - 交交变频器预测无环流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种交交变频器预测无环流控制方法，包括步骤：根据电流给定值实时计算预测电流给定；预测电流给定换向；等待零电流信号持续时间超过0.3ms，将正反组全部脉冲封锁从而关闭正反组所有晶闸管；等待零电流信号持续时间超过0.75ms，根据此时的电流给定信号极性发送待工作组脉冲，换向操作结束，自动进入下一个换向工作周期。本发明具有的有益效果：根据***所处的不同状态采取不同的预测方法，提高了预测的准确性和可靠性；本发明的控制方法解决了由于电流抖动实际电流值有可能超前电流给定过零而导致切换过程延误；根据当前的电流给定值预测电流过零点，提前做好切换准备，提高***的可靠性和控制性能。

Description

交交变频器预测无环流控制方法

技术领域

本发明属于大功率交流传动领域，是在交交变频器错位无环流控制方法的技术上提出一种利用周期预测算法和外推插值预测算法。进一步说，是在交交变频器正反晶闸管组过零切换过程中，根据当前的电流给定值预测电流过零点，提前做好切换准备，缩短切换死区时间，提升***性能。

背景技术

随着电力电子技术、微电子技术、工艺以及现代控制科学的迅速发展，大功率电力传动领域交流传动已经取代了以往直流传动的统治地位。其中，交交直接变频器原理基于可逆整流，工作可靠，流过电动机的电流近似于三相正弦，附加损耗小，脉动转矩小，适合于低速大功率场合。对于大容量低速电力传动生产领域，如：矿井提升机、轧钢机及水泥磨球机等，交交变频调速是一种比较理想的传动方式。

大容量交交变频器一般采用错位无环流控制算法，通过控制正反组晶闸管开通时刻来实现变频器输出电压变频变压的功能。无环流换向逻辑用于控制正反两组晶闸管触发脉冲的封锁和释放时刻，实现无环流换向，无环流换向逻辑应满足以下要求：

(1)在电流给定极性反向后，准备切换。

(2)在零电流信号出现后，经第一级延时封锁原工作组脉冲。

(3)两组脉冲都封锁后，经第二级延时发送待工作组脉冲，换向操作结束。

第一级延时用于可靠地检测零电流，因为在零电流出现时，主电路电流不一定断续，只有零电流信号持续时间大于一定时间时，才封锁工作组脉冲。第一级延时一般整定为1～1.5ms。发出封锁指令时，有可能下一个触发脉冲已经出发晶闸管，因此不能马上释放触发脉冲，会造成电源短路，换向失败。因此要经过第二级延时，时间一般大于3.3ms(60°)。两级延时加起来总“死时”约5ms，无法满***交变频器的要求。因此引入了光电零电流检测，理论上排除了零电流信号出现而主电路电流不为零的情况。但为防止干扰，两级延时还是得以保留，分别减小到0.3ms和0.75ms。但由于应用属于大功率电力传动，给定电流信号在过零点附近不可避免地产生抖动和波动，干扰***的正常运行。这种情况可能会导致切换时间延时、切换出错，输出电能质量下降、谐波分量增加，严重时甚至可能产生环流导致晶闸管损坏。

发明内容

本发明的目的是为了解决在交交变频器正反晶闸管组过零切换过程中，因过零电流抖动导致的切换延迟、正反组切换错误等问题。根据当前的电流给定值预测电流过零点，提前做好切换准备，提高***的可靠性和控制性能。

本发明提供一种交交变频器预测无环流控制方法，包括如下步骤：

步骤1：根据电流给定值实时计算预测电流给定；

***根据当前电流给定判断***所处暂态或稳态，进而实时计算预测电流给定；

步骤2：预测电流给定换向，提前做好切换准备；

当预测电流给定小于设定阈值时，判定为电流给定过零，***预判电流换向，自动发出切换准备命令，进入步骤3；

步骤3：切换准备命令发出后，等待零电流信号持续时间超过0.3ms，将正反组全部脉冲封锁从而关闭正反组所有晶闸管；

步骤4：正反组全部脉冲封锁后，等待零电流信号持续时间超过0.75ms，根据此时的电流给定信号极性发送待工作组脉冲，从而开启待工作组所有晶闸管，换向操作结束，自动进入下一个换向工作周期。

优选地，所述的实时计算预测电流给定，具体为：

在电力***稳定运行时，负载电流呈周期性变化，本周期下一采样时刻补偿电流值利用所储存的上一周期同一采样点的补偿电流值来代替，即

$i_{\mathrm{ck}}^{*}(k+1)=i_{\mathrm{ck}}^{*}[k-(N-1)]$

上式中：N为一个基波周期中的采样点数，为下一时刻的补偿指令，k为某一时刻，*表示指令，为k-(N-1)时刻的补偿指令。

优选地，所述的实时计算预测电流给定，具体为：

当处于电力***暂态过程时，***电流没有很好的周期性，此时使用拉格朗日插值法做外推预测，即

$i_{\mathrm{ck}}^{*}(k+1)={3i}_{\mathrm{ck}}^{*}\left(k\right)-{3i}_{\mathrm{ck}}^{*}(k-1)+i_{\mathrm{ck}}^{*}(k-2)$

其中，时刻补偿指令，为(k-1)时刻补偿指令，为(k-2)时刻补偿指令。

优选地，所述的判断***所处暂态或稳态，具体为：根据电流当前给定值与预测值的偏差值，若偏差值大于标准值则判定为暂态，若偏差值小于等于标准值则判定为稳态。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)根据***所处的不同状态采取不同的预测方法，提高了预测的准确性和可靠性；

(2)本发明的控制方法解决了由于电流抖动实际电流值有可能超前电流给定过零而导致切换过程延误；

(3)根据当前的电流给定值预测电流过零点，提前做好切换准备，提高***的可靠性和控制性能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为预测算法；

图2为无环流换向流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明针对电流过零时产生的电流抖动和波动的问题，根据当前电流给定值对电流的过零点进行准确预测，提前做好切换准备，从而很好地降低了***因电流过零抖动和波动而出现切换延迟、正反组切换错误等现象的可能，提升了***性能。在根据电流给定对电流过零点进行预测分析时，考虑到电力***运行的稳态和暂态两种情况，并分别给出了这两种情况下的预测方案。在稳态时使用周期预测，在暂态时使用二阶外推插值预测。同时通过偏差值来判断***状态。当***处于稳态时，当前值和预测值较近；当***处于暂态时，预测值和当前值偏差较大。

在变频器实际工作过程中，由于电流的抖动或波动现象，实际电流值有可能超前电流给定过零，但***等待电流给定过零时才准备切换，这就导致切换过程遭到延误，严重影响***性能。针对上述问题，本发明提出了根据当前电流给定预测电流过零点的办法，根据电流给定实时预测下一时刻电流，并预判电流过零点，提前做好切换准备，发送切换命令。在电流出现波动的情况下***也能准确抓住切换时机对正反组晶闸管进行切换。在电力***稳定运行时，负载电流呈周期性变化，本周期下一采样时刻补偿电流值可以利用所储存的上一周期同一采样点的补偿电流值来代替，即

$i_{\mathrm{ck}}^{*}(k+1)=i_{\mathrm{ck}}^{*}[k-(N-1)]$

其中，N为一个基波周期中的采样点数，为下一时刻的补偿指令，k为某一时刻，*表示指令，为k-(N-1)时刻的补偿指令；

当处于电力***暂态过程时，***电流没有很好的周期性，此时使用拉格朗日插值法做外推预测，即

$i_{\mathrm{ck}}^{*}(k+1)={3i}_{\mathrm{ck}}^{*}\left(k\right)-{3i}_{\mathrm{ck}}^{*}(k-1)+i_{\mathrm{ck}}^{*}(k-2)$

其中，为k时刻补偿指令，为(k-1)时刻补偿指令，为(k-2)时刻补偿指令。

另一个重要的任务是如何判断***处于暂态还是稳态。当***处于稳态时，当前值和预测值较近；当***处于暂态时，预测值和当前值偏差较大。因此可以通过偏差值来判断使用哪种预测方法。

本发明提供的预测无环流控制方法具体包括以下步骤：

步骤一、根据电流给定值实时计算预测电流给定；

***根据当前电流给定与预测值的差值大小判断***所处暂态或稳态，在稳态时使用周期预测，在暂态时使用二阶外推插值预测，实时计算预测电流给定。

步骤二、预测电流给定换向，提前做好切换准备；

当预测电流给定小于设定阈值时，判定为电流给定过零，***预判电流换向，自动发出切换准备命令。

步骤三、切换命令发出后，等待零电流信号持续时间超过0.3ms，将正反组全部脉冲封锁从而关闭正反组所有晶闸管。

步骤四、正反组全部脉冲封锁后，等待零电流信号持续时间超过0.75ms，根据此时的电流给定信号极性发送待工作组脉冲从而开启待工作组所有晶闸管，换向操作结束，自动进入下一个换向工作周期。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (1)

1.一种交交变频器预测无环流控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据电流给定值实时计算预测电流给定；

***根据当前电流给定判断***所处暂态或稳态，进而实时计算预测电流给定；

步骤2：预测电流给定换向，提前做好切换准备；

当预测电流给定小于设定阈值时，判定为电流给定过零，***预判电流换向，自动发出切换准备命令，进入步骤3；

步骤3：切换准备命令发出后，等待零电流信号持续时间超过0.3ms，将正反组全部脉冲封锁从而关闭正反组所有晶闸管；

步骤4：正反组全部脉冲封锁后，等待零电流信号持续时间超过0.75ms，根据此时的电流给定信号极性发送待工作组脉冲，从而开启待工作组所有晶闸管，换向操作结束，自动进入下一个换向工作周期；

所述的实时计算预测电流给定，具体为：

在电力***稳定运行时，负载电流呈周期性变化，本周期下一采样时刻补偿电流值利用所储存的上一周期同一采样点的补偿电流值来代替，即

$i_{ck}^{*}(k+1)=i_{ck}^{*}\[k-(N-1)\]$

上式中：N为一个基波周期中的采样点数，为下一时刻的补偿指令，k为某一时刻，*表示指令，为k-(N-1)时刻的补偿指令；

所述的实时计算预测电流给定，具体为：

当处于电力***暂态过程时，***电流没有很好的周期性，此时使用拉格朗日插值法做外推预测，即

$i_{ck}^{*}(k+1)=3i_{ck}^{*}\left(k\right)-3i_{ck}^{*}(k-1)+i_{ck}^{*}(k-2)$

其中，为k时刻补偿指令，为(k-1)时刻补偿指令，为(k-2)时刻补偿指令；为k+1时刻补偿指令；

所述的判断***所处暂态或稳态，具体为：根据电流当前给定值与预测值的偏差值，若偏差值大于标准值则判定为暂态，若偏差值小于等于标准值则判定为稳态。