康嘉睿

（山東省青島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)第一中學(xué),山東 青島 266580）

變頻器低電壓穿越方法研究

康嘉睿

（山東省青島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)第一中學(xué),山東 青島 266580）

本文針對(duì)配電網(wǎng)中電壓暫降時(shí)變頻器甩負(fù)荷的問(wèn)題，總結(jié)變頻器低電壓穿越的幾種方法，并設(shè)計(jì)出一種基于并聯(lián)電容的變頻器低電壓穿越方法,同時(shí)介紹電容的參數(shù)配置方法，以維持變頻器的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

油田配電網(wǎng)；變頻器；低電壓穿越

1　引言

在工業(yè)生產(chǎn)中，許多設(shè)備是感應(yīng)電機(jī)類負(fù)載，該類負(fù)載存在無(wú)功功率大、功率因數(shù)低的問(wèn)題，多采用變頻器設(shè)備來(lái)改善線路的功率因數(shù)，降低能量損耗。變頻器屬于敏感設(shè)備，對(duì)電壓的要求較高，當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)電壓暫降時(shí)有可能觸發(fā)變頻器的低壓保護(hù)動(dòng)作使變頻器退出運(yùn)行，導(dǎo)致負(fù)載非正常停機(jī)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

本文簡(jiǎn)要總結(jié)已有變頻器低電壓穿越方法，針對(duì)變頻器的特點(diǎn)設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單的低電壓穿越方法并分析參數(shù)配置原理，維持變頻器的持續(xù)運(yùn)行。

2　火電廠輔機(jī)變頻器低電壓穿越方法

目前，對(duì)于變頻器低電壓穿越的研究主要集中于火電廠輔機(jī)變頻器，采用的措施主要有以下幾種。

2.1 改進(jìn)變頻器

對(duì)變頻器的改進(jìn)主要有以下兩種：

（1）免跳閘強(qiáng)化設(shè)計(jì)。施耐德ATV71系列變頻器設(shè)計(jì)抗電壓擾動(dòng)功能，在電源電壓降至50%時(shí)不跳閘。這類變頻器在電壓暫降幅度低時(shí)可以防止跳閘，在電壓降落比較嚴(yán)重時(shí)無(wú)法避免跳閘斷電[1]。對(duì)于一般的工業(yè)生產(chǎn)線，將普通變頻器更換為ATV71系列變頻器不能保證完全的低電壓穿越能力，且在資產(chǎn)投入上大大增加，該方法不可取。

（2）增加備用升壓電源電路。對(duì)變頻器的電源系統(tǒng)進(jìn)行雙路改造，備用電路是從電源經(jīng)過(guò)升壓泵連接到變頻器直流環(huán)節(jié)。變頻器正常運(yùn)行時(shí)采用主電路供電，在電源電壓下降時(shí)，采用備用電路供電，將降低的電源電壓經(jīng)升壓泵上升至合適電壓供給變頻器直流母線，維持變頻器的持續(xù)運(yùn)行。

該種方法有較好的低電壓穿越能力，但主備電路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的速度不能保證，無(wú)法避免電壓暫降嚴(yán)重時(shí)的變頻器低壓停機(jī)。

2.2 加入外部電源支撐

變頻器低壓退出運(yùn)行主要是直流母線的電壓過(guò)低造成的，因此，在直流母線處加入外部電源支撐可以實(shí)現(xiàn)變頻器的低電壓穿越。目前，使用的外部電源主要是蓄電池，通過(guò)檢測(cè)電源電壓的幅值大小來(lái)控制蓄電池的充放電狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電壓暫降期間對(duì)直流母線電壓的支撐[2]。該方法可維持直流母線電壓的穩(wěn)定性，但需要對(duì)蓄電池進(jìn)行定期維護(hù)工作，也需要較大的現(xiàn)場(chǎng)空間來(lái)安裝各項(xiàng)設(shè)備，推廣使用受到限制。

3　變頻器低電壓穿越方法

在工業(yè)生產(chǎn)中，上述低電壓穿越方法的推廣使用受到較大限制，因此，研究簡(jiǎn)易可行的變頻器低電壓穿越方法具有非常重要的意義。本文針對(duì)變頻器交直交的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種基于并聯(lián)電容的低電壓穿越方法。

并聯(lián)電容的變頻器結(jié)構(gòu)如圖1所示。該方法基本原理是：在正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下，電容器充滿電，電容器兩端的電壓為直流母線電壓，此時(shí)不會(huì)有充放電現(xiàn)象；在出現(xiàn)電壓暫降時(shí)，變頻器的交流輸入電壓會(huì)降低，整流得到的直流母線電壓也會(huì)相應(yīng)降低，因電容兩端的電壓不會(huì)發(fā)生突變，導(dǎo)致電容兩端的電壓高于整流得到的直流電壓，此時(shí)，變頻器的不可控整流模塊將會(huì)處于不導(dǎo)通狀態(tài)，將交流輸入電壓與直流母線電壓隔絕，直流母線失去交流電源的支撐，電容儲(chǔ)存的能量對(duì)直流母線放電來(lái)維持母線電壓和變頻器所帶負(fù)荷的持續(xù)運(yùn)行。

圖1　并聯(lián)電容的變頻器示意圖

電容儲(chǔ)存的能量是有限的，隨著放電時(shí)間的增長(zhǎng)，電容儲(chǔ)存的能量逐漸減少，端電壓也會(huì)下降，因此，保證變頻器可靠運(yùn)行只需保證最嚴(yán)重電壓暫降情況下，電容放電導(dǎo)致的端電壓下降不會(huì)低至變頻器的低壓保護(hù)定值，即電容在電壓暫降期間釋放的能量可保證所帶負(fù)載的正常運(yùn)行。因此，并聯(lián)電容的大小由下式計(jì)算

式中，C為電容，單位F；Udc為直流母線電壓，單位V；Ulow為變頻器低壓保護(hù)定值，單位V；P為負(fù)載額定容量，單位W；t為低電壓穿越時(shí)間，單位s。

應(yīng)用上述方法，對(duì)不同容量的負(fù)載進(jìn)行最嚴(yán)重電壓暫降下的仿真，直流母線電壓下降情況如表1所示。仿真結(jié)果表明該方法可以保證變頻器的低電壓穿越，證實(shí)該方法的可行性。

表1　不同容量下的仿真結(jié)果

4　結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要總結(jié)變頻器低電壓穿越的方法，針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的變頻器設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單的并聯(lián)電容的低電壓穿越方法，配置電容參數(shù)并進(jìn)行仿真，證實(shí)該方法的有效性。

[1]劉耀中,馬永崗,王國(guó)慶等.火電廠輔機(jī)變頻器低電壓穿越電源的設(shè)計(jì)[J].電力電子技術(shù),2014,48(11):13-15．

[2]吳跨宇,黃曉明,盧岑岑.低壓變頻器輔助電壓穿越方案分析[J].浙江電力,2015(10):6-11．

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.207

康嘉睿 (2000-)，女,四川安岳人，現(xiàn)就讀于山東省青島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)第一中學(xué)。