林志法， 宋冬冬, 2， 丁來(lái)偉， 杜海江

(1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院， 北京 100083；2. 河北科技師范學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院， 河北 秦皇島 066004)

變頻器低電壓穿越電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

林志法1， 宋冬冬1, 2， 丁來(lái)偉1， 杜海江1

(1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院， 北京 100083；2. 河北科技師范學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院， 河北 秦皇島 066004)

異步電機(jī)變頻器應(yīng)用在一些重要場(chǎng)合時(shí)，要求當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落，在其啟動(dòng)低電壓保護(hù)使電動(dòng)機(jī)停機(jī)前，維持變頻器運(yùn)行一定時(shí)間，給系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)足夠的響應(yīng)處理時(shí)間。針對(duì)此要求，設(shè)計(jì)了用于變頻器的低電壓穿越電源，在功率回路、控制回路、輔助回路等環(huán)節(jié)進(jìn)行了嚴(yán)格設(shè)計(jì)。該電源采用在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)投入供電，電網(wǎng)正常時(shí)旁路的工作方式；在投入供電時(shí)，采用雙單環(huán)PI自動(dòng)閉環(huán)控制，提高了設(shè)備的響應(yīng)速度和控制精度；為了提高設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行的可靠性，軟件設(shè)計(jì)上加入了日自檢、年自檢和故障檢測(cè)功能。仿真和實(shí)驗(yàn)表明，電網(wǎng)電壓跌落到變頻器可以耐受的額定電壓的80%時(shí)，低電壓穿越電源自動(dòng)迅速投入進(jìn)行升壓，直至電網(wǎng)電壓跌落到額定電壓的20%的情況下也能保持運(yùn)行，輸出側(cè)電壓響應(yīng)速度和紋波值均在合理范圍之內(nèi)。

變頻器； 低電壓穿越電源； 自動(dòng)閉環(huán)調(diào)節(jié)； 輔助升壓

1 引言

變頻器通過(guò)改變電源的頻率來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，具有很好的調(diào)速和節(jié)能性能，配合過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載等保護(hù)，其在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，如變頻空調(diào)、冶金行業(yè)的大型軋機(jī)控制、電梯、高架游覽車控制、火力電廠的給煤機(jī)等。但是，當(dāng)電網(wǎng)電壓低于一定值(一般為額定電壓的80%)時(shí)，變頻器輸出功率嚴(yán)重不足，并發(fā)生欠壓停機(jī)保護(hù)，這在某些場(chǎng)合會(huì)引起事故，如火力電廠給粉變頻電機(jī)[1]。研制變頻器低電壓穿越電源是解決該問(wèn)題的重要手段[2,3]。

變頻器低電壓穿越電源的要求是：正常情況下由電網(wǎng)直接給變頻器供電，低電壓穿越電源處于熱備用狀態(tài)；當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落到一定值時(shí)，低電壓穿越電源快速啟動(dòng)向變頻器提供額定電壓和額定功率并維持一定時(shí)間；此外，控制回路電源及附件都需要具有低電壓穿越能力，防止低電壓時(shí)控制失效。

文獻(xiàn)[4-6]均利用Boost升壓斬波電路實(shí)現(xiàn)低電壓穿越功能。文獻(xiàn)[4]采集低電壓穿越電源的三相交流輸入電壓，將經(jīng)坐標(biāo)變換后得到的正序分量與啟動(dòng)判據(jù)作比較，該方法需要鎖相檢測(cè)，算法較復(fù)雜，對(duì)CPU要求高。文獻(xiàn)[5]采用模糊自適應(yīng)算法計(jì)算IGBT觸發(fā)脈寬以使輸出電壓維持預(yù)設(shè)值，但模糊控制的控制規(guī)則和隸屬度函數(shù)的整合較為困難，增加了控制難度。文獻(xiàn)[6]采集整流電容兩側(cè)直流電壓作為判據(jù)，當(dāng)電壓跌落時(shí)，電容會(huì)以較慢的速度放電，其電壓會(huì)滯后于實(shí)際電壓值，使響應(yīng)變慢。文獻(xiàn)[7-9]在設(shè)計(jì)控制電源時(shí)加裝UPS，但UPS需定期維護(hù)，且電池對(duì)使用環(huán)境要求較高，壽命有限，成為系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，降低系統(tǒng)工作可靠性。

針對(duì)以上不足，本文進(jìn)行了一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)，如采用寬范圍輸入控制電源，選擇有效的電壓采樣點(diǎn)，設(shè)計(jì)全范圍閉環(huán)無(wú)盲區(qū)控制策略等，確保設(shè)備工作可靠性。

2 硬件系統(tǒng)

2.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

低電壓穿越電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)功能，系統(tǒng)可分為功率部分、控制部分。功率部分由總開(kāi)關(guān)電路、整流電路、預(yù)充電電路、升壓斬波電路、投切電路、旁路線路組成；控制部分主要由采樣電路、控制器、驅(qū)動(dòng)電路以及控制電源組成。QF合閘上電時(shí)，要通過(guò)預(yù)充電電阻R1對(duì)直流電容充電，上電完成后將預(yù)充電電阻旁路。采用全橋不控整流，經(jīng)濾波電容，將直流電送入升壓回路。升壓回路由三組參數(shù)一致的Boost電路并聯(lián)組成，三組電路的開(kāi)關(guān)管采用交錯(cuò)并聯(lián)調(diào)制方式，即每個(gè)升壓電路的開(kāi)關(guān)管依次錯(cuò)相120°觸發(fā)，有效減小電感電流脈動(dòng)和輸出電壓的波動(dòng)。在熱備用狀態(tài)，由晶閘管實(shí)現(xiàn)低電壓穿越電源隔離，并根據(jù)設(shè)計(jì)的控制策略實(shí)現(xiàn)投切控制。由于低電壓穿越電源的輸出端接在變頻器的直流母線上，為避免設(shè)備待機(jī)時(shí)變頻器直流母線對(duì)電容C2、C3充電，加裝了防反二極管D?？刂破鞑杉β驶芈返碾妷?、電流和開(kāi)關(guān)狀態(tài)，對(duì)電壓和電流進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全閉環(huán)控制?？刂齐娫错毐ＷC在輸入電壓降到額定值20%的情況下輸出電壓仍正常，避免控制器失電停機(jī)，采用寬電壓輸入電源可解決此問(wèn)題，如光伏專用電源模塊，可靠性較高且不需要定期維護(hù)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System structure

2.2 主要器件參數(shù)選型

升壓斬波電路是低電壓穿越電源的核心部分，儲(chǔ)能電感、濾波電容的參數(shù)計(jì)算很關(guān)鍵。

電感電流在斬波過(guò)程中的紋波大小直接影響低壓側(cè)電流的峰值和噪聲。同等工況下，若電感電流紋波大，低壓側(cè)器件的容量需增大。根據(jù)電感電流紋波大小選取電感值，三重升壓電路交錯(cuò)并聯(lián)時(shí)，輸入電流總紋波的計(jì)算步驟如下[10]:

輸入電流紋波ΔI的表達(dá)式為：

(1)

式中，Vo為輸出電壓；Ts為IGBT的開(kāi)關(guān)周期；N為升壓電路的并聯(lián)數(shù)；D為升壓過(guò)程中的占空比。

當(dāng)D=(1+2k)/(2N)，k∈Z時(shí)，輸入電流紋波ΔI最大。在本例中，將D=1/6，N=3，ΔI=100%×50A，Vo=520V，Ts=10-4s代入式(1)即可反推出電感L=0.086mH，增加裕量后取0.1mH。

濾波電容在IGBT導(dǎo)通的瞬間，負(fù)責(zé)維持輸出電壓，并抑制輸出電壓紋波的大小，電容值計(jì)算如下[11]：

(2)

式中，Io為斬波電路輸出電流；Dmax為最大占空比，ΔVo為輸出電壓的紋波。本例中Dmax=0.81，Io=10A，Ts=10-4s，ΔVo=0.2%×520V，代入式(2)反推出C=800μF，增加裕量后取1100μF。

3 工作控制算法

3.1 旁路式工作模式

考慮到電網(wǎng)電壓在絕大多數(shù)時(shí)間處于正常狀態(tài)，不需要輔助升壓，低電壓穿越電源采用旁路式的工作方式。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落到啟動(dòng)閾值以下時(shí)，低電壓穿越電源給變頻器供電，并可在電網(wǎng)電壓跌到正常的20%時(shí)仍可工作；電網(wǎng)電壓正常時(shí)，變頻器直接經(jīng)交流輸入端從電網(wǎng)取電工作，低電壓穿越電源處于熱備用狀態(tài)。低電壓穿越電源投入使用時(shí)，控制器上電進(jìn)入初始化后發(fā)出合閘指令，斷路器QF、接觸器KM相繼合閘，然后進(jìn)行自檢，以在上電初期檢測(cè)設(shè)備是否正常，防止將故障設(shè)備投入。自檢即讓設(shè)備進(jìn)行升壓斬波工作，將直流母線電壓(U2處)抬高到給定輸出值，若自檢失敗，發(fā)停機(jī)指令并將故障信號(hào)上傳給上位機(jī)。自檢成功后進(jìn)入熱備用待機(jī)狀態(tài)，隨時(shí)監(jiān)測(cè)變頻器輸入電壓。設(shè)備輔助升壓時(shí)最大運(yùn)行時(shí)間到達(dá)或電網(wǎng)電壓恢復(fù)后便停止升壓，回到熱備用待機(jī)狀態(tài)。在設(shè)備散熱性能滿足要求的情況下，最大運(yùn)行時(shí)間可根據(jù)要求自行設(shè)定，本設(shè)備設(shè)為1min。

電壓監(jiān)測(cè)電路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變頻器直流母線電壓值，電壓值的準(zhǔn)確獲取對(duì)設(shè)備可靠性至關(guān)重要。圖1中U3處是監(jiān)測(cè)電壓最合適的位置。U3處連接在變頻器的輸入直流母線上，及時(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)變頻器直流母線電壓，此處雖有濾波電容，但是與U2相比時(shí)間常數(shù)很小。當(dāng)U3小于啟動(dòng)閾值時(shí)，設(shè)備啟動(dòng)升壓。啟動(dòng)閾值需根據(jù)變頻器的低電壓保護(hù)閾值確定，變頻器低電壓保護(hù)閾值一般為額定電壓的80%，所以啟動(dòng)閾值一般應(yīng)高于額定電壓的80%，在變頻器啟動(dòng)低壓保護(hù)之前向變頻器供電。設(shè)備是否退出升壓斬波需監(jiān)測(cè)U1處電壓值，當(dāng)U1處電壓高于停止閾值,且2s后仍滿足此關(guān)系，便可停止升壓。停止閾值大于啟動(dòng)閾值。

普通晶閘管SCR導(dǎo)通速度快、電流過(guò)零自然關(guān)斷且通態(tài)壓降低，因此，將它用作低電壓穿越電源投入與退出供電的控制開(kāi)關(guān)。檢測(cè)到變頻器的輸入電壓跌落需進(jìn)行輔助升壓時(shí)，在觸發(fā)Boost升壓電路IGBT的同時(shí)，觸發(fā)晶閘管，待其導(dǎo)通后停止觸發(fā)，但此時(shí)仍處于通態(tài)。當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常，設(shè)備不再進(jìn)行升壓斬波，晶閘管中便沒(méi)有電流流過(guò)，自動(dòng)關(guān)斷。

3.2 雙單環(huán)自動(dòng)控制

升壓斬波電路的控制采用雙單環(huán)PI算法，采樣電路將輸出電壓和電流值送入控制器，經(jīng)過(guò)PI運(yùn)算后得到IGBT的占空比，與載波進(jìn)行比較，輸出IGBT的觸發(fā)脈沖，如圖2所示。為避免雙環(huán)控制中外環(huán)帶寬受限、減小PI參數(shù)的整定難度，將電壓環(huán)和電流環(huán)拆為兩個(gè)獨(dú)立的控制環(huán)，同一時(shí)刻只有一個(gè)控制環(huán)在運(yùn)行，并將PI運(yùn)算后輸出的數(shù)值作為IGBT的觸發(fā)脈沖占空比。通常設(shè)備運(yùn)行在電壓環(huán)，使直流母線電壓U2工作在給定值Uref。若由于過(guò)載或短路使輸出電流高于電流保護(hù)閾值時(shí)，便切換到電流控制環(huán)，進(jìn)行定電流調(diào)節(jié)，輸出電壓隨之降低，防止設(shè)備輸出電流過(guò)大而被損壞；當(dāng)輸出負(fù)載恢復(fù)正常時(shí)，再次切換到電壓控制環(huán)，進(jìn)行定電壓工作。

圖2 雙單環(huán)控制算法示意圖Fig.2 Double single loop control chart

在實(shí)際工程中，常采用增量式PI控制算法，其表達(dá)式為：

fn=kpΔek+kiek+fn-1

(3)

Δek=ek-ek-1

(4)

式中，fn為當(dāng)前調(diào)節(jié)周期內(nèi)的計(jì)算輸出值，在本設(shè)備中為IGBT的觸發(fā)脈沖占空比；fn-1為上一個(gè)調(diào)節(jié)周期內(nèi)的輸出值；ek為當(dāng)前調(diào)節(jié)周期內(nèi)反饋值與給定值的偏差；Δek為當(dāng)前調(diào)節(jié)周期的偏差與上一個(gè)周期偏差的差值；kp為比例系數(shù)；ki為積分系數(shù)。PI參數(shù)的整定常用試湊法，雙單環(huán)的參數(shù)分別整定，且兩組參數(shù)沒(méi)有直接聯(lián)系。整定時(shí)，先令kp由0逐漸增大，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，取此時(shí)kp的60%～70%作為最終kp值，之后保持kp不變，ki由0逐漸增大，待穩(wěn)態(tài)誤差為零，ki整定結(jié)束。

3.3 故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)與處理

為提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性，不論設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)或輔助升壓狀態(tài)，均需及時(shí)檢測(cè)出設(shè)備故障并迅速處理。針對(duì)設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于待機(jī)熱備用狀態(tài)，設(shè)計(jì)了日自檢、年自檢和運(yùn)行異常監(jiān)測(cè)功能。日自檢即控制器定時(shí)啟動(dòng)Boost升壓功能，檢測(cè)輸出電壓值能否達(dá)到設(shè)定值，若達(dá)到則表明設(shè)備正常，否則控制器發(fā)出跳閘停機(jī)指令并上傳日自檢失敗信號(hào)，需進(jìn)行人工修復(fù)后方可工作。年自檢即在每年的某個(gè)固定時(shí)間跳開(kāi)斷路器、接觸器，然后重新合閘上電，檢測(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作是否正常，避免由于開(kāi)關(guān)長(zhǎng)期備用失靈導(dǎo)致控制異常。運(yùn)行異常監(jiān)測(cè)即對(duì)電壓、電流、溫度和開(kāi)關(guān)量等進(jìn)行檢測(cè)，將采集到的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流以及機(jī)箱溫度與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，若超過(guò)閾值，則表明控制異?；蛟O(shè)備故障，需停機(jī)處理。斷路器QF、接觸器KM實(shí)時(shí)反饋開(kāi)關(guān)量，并將反饋的開(kāi)關(guān)量與控制器內(nèi)保存的指令比較，及時(shí)排除不正常狀態(tài)。

由于控制器具有一定的調(diào)節(jié)周期，瞬間擾動(dòng)(如負(fù)載瞬間擾動(dòng)、輸入電壓瞬間擾動(dòng)等)引起的過(guò)電壓和過(guò)電流在閉環(huán)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)周期內(nèi)處于失控狀態(tài)。對(duì)于這種異常，單獨(dú)設(shè)計(jì)了硬件保護(hù)電路。當(dāng)電壓電流瞬間越限，比較電路將越限信號(hào)傳給控制器，控制器將調(diào)節(jié)器輸出清零。若出現(xiàn)連續(xù)多次調(diào)節(jié)器輸出清零處理，可斷定設(shè)備已故障，需停機(jī)修復(fù)。這樣既遏制了故障的發(fā)展，又避免了瞬間干擾導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)。

根據(jù)所分析的系統(tǒng)工作機(jī)理，設(shè)計(jì)了低電壓穿越電源的整體控制流程圖，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)控制流程圖Fig.3 System control process

4 仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及分析

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)功率、控制回路和控制策略的有效性，設(shè)計(jì)了仿真和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，分別如圖4和圖5所示。設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示，并設(shè)計(jì)三種典型測(cè)試工況。

(1)工況一：經(jīng)整流后輸入的直流電壓由510V，依次連續(xù)跌落到408V(80%)，255V(50%)，102V(20%)，然后升高到400V，最后恢復(fù)正常值510V，仿真結(jié)果如6所示,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)原理圖Fig.4 Architecture of experiment

圖5 實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖Fig.5 Hardware setup of experiment

參數(shù)數(shù)值正常輸入電壓/V510輸出電壓給定值/V520最大電流給定值/A16額定功率/kW5每組電感L/mH0.1濾波電容/μF1100濾波電容放電電阻/kΩ68

圖6 輸入電壓跌落與恢復(fù)過(guò)程仿真圖Fig.6 Simulation result when input voltage drops and reverts to normal

圖7 輸入電壓跌落與恢復(fù)過(guò)程實(shí)驗(yàn)波形圖Fig.7 Experiment result when input voltage drops and reverts to normal

(2)工況二：在輸入電壓為102V(20%)時(shí)，負(fù)載變化導(dǎo)致輸出功率由正常功率到重載再恢復(fù)正常功率，負(fù)載電阻由正常60Ω切換到30Ω再恢復(fù)到60Ω，仿真結(jié)果如圖8所示,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。

圖8 過(guò)載時(shí)電壓環(huán)和電流環(huán)切換仿真圖Fig.8 Simulation conversion between current loop and voltage loop when overloaded

(3)工況三：輸入直流電壓由510V直接跌落到104V(20%)時(shí),測(cè)試U2與U3處電壓的跌落時(shí)間，仿真結(jié)果如圖10所示,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。

圖9 過(guò)載時(shí)電壓環(huán)和電流環(huán)切換實(shí)驗(yàn)波形圖Fig.9 Waveforms of conversion between current loop and voltage loop when overloaded

圖10 輸入電壓跌落時(shí)U2、U3處電壓變化仿真波形圖Fig.10 Simulation voltage variation of U2 and U3 when input voltage dropped

圖11 輸入電壓跌落時(shí)U2、U3處電壓變化實(shí)驗(yàn)波形圖Fig.11 Experiment voltage variation of U2 and U3 when input voltage dropped

由圖6可知，當(dāng)輸入由正常值510V跌落至485V，低電壓穿越電源啟動(dòng)，在20ms以內(nèi)將輸出電壓抬高到給定值520V。當(dāng)輸入電壓跌落至255V和102V時(shí)，控制器迅速進(jìn)行調(diào)整，使跌落瞬間的輸出電壓均在5V以內(nèi)波動(dòng)。輸入電壓再升高到400V時(shí)，輸出電壓回升過(guò)快導(dǎo)致瞬間過(guò)壓，控制器輸出清零，使電壓波動(dòng)在10V以內(nèi)，有效避免了輸出電壓的沖擊。輸出電壓在各個(gè)輸入電壓等級(jí)的脈動(dòng)均小于2V。當(dāng)電壓恢復(fù)到正常值510V時(shí)，低電壓穿越電源停止升壓。由圖7也可看出，輸入電壓變化時(shí)，輸出電壓的變化趨勢(shì)與圖6相同；但由于調(diào)壓器容量有限，額定負(fù)載為100Ω時(shí)，輸入電壓Ui最低降到200V。

圖8中，輸入電壓由510V跌落到102V(20%)，控制器工作在電壓控制環(huán)，輸出電壓穩(wěn)定在520V。負(fù)載由60Ω切換到30Ω，控制器開(kāi)始切換到電流控制環(huán)，使得電流穩(wěn)定在16A，電壓隨之下降；當(dāng)負(fù)載再次切換到60Ω時(shí)，重新切換到電壓環(huán)控制，進(jìn)行定電壓控制，輸出電壓值重新恢復(fù)到給定值520V。圖9的實(shí)驗(yàn)過(guò)程也驗(yàn)證了雙環(huán)切換的有效性。

圖10和圖11中，電壓曲線U2、U3分別表示輸入直流電壓由510V跌落到102V(20%)時(shí)，圖1中U2、U3處電壓的變化情況。從曲線的變化過(guò)程可以看出，當(dāng)輸入電壓跌落時(shí)，U3處電壓在輸入電壓跌落后10ms以內(nèi)便跌落到啟動(dòng)判據(jù)值以下，但U2處的電壓需經(jīng)過(guò)100ms才可以到達(dá)啟動(dòng)判據(jù)。因此，若選擇U2處的位置作為電壓采樣點(diǎn)，則會(huì)嚴(yán)重影響低電壓穿越電源投入的速度，而選擇U3處便可以及時(shí)投入工作。

5 結(jié)論

(1)控制電源設(shè)計(jì)采用寬范圍輸入電源，保證控制電源供電可靠性；通過(guò)對(duì)電路特征的分析，找到了實(shí)時(shí)反映變頻器輸入電壓變化的電壓采集點(diǎn)，提高了設(shè)備響應(yīng)速度。

(2)Boost升壓電路中IGBT的觸發(fā)脈沖占空比調(diào)節(jié)采用雙單環(huán)PI控制，算法簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，系統(tǒng)魯棒性好，在發(fā)生過(guò)載時(shí)，能夠自動(dòng)保護(hù)；針對(duì)低電壓穿越電源長(zhǎng)時(shí)間處于熱備用不進(jìn)行升壓工作，設(shè)計(jì)了日自檢、年自檢，并設(shè)計(jì)了故障監(jiān)測(cè)功能，確保長(zhǎng)期可靠工作；對(duì)出現(xiàn)的瞬間擾動(dòng)，設(shè)計(jì)了硬件保護(hù)電路，避免出現(xiàn)失控狀態(tài)。

(3)仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性和控制策略的完備性。

[1] 龐勝漢，江偉(Pang Shenghan, Jiang Wei).防低電壓穿越裝置在給煤變頻器上的應(yīng)用(Low Voltage ride through device’s application in coal supplying frequency converter)[J].電氣技術(shù)(Electrical Engineering), 2013, (3): 89-93.

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DesignofLVRTpowersourceforvariablefrequencydrive

LIN Zhi-fa1, SONG Dong-dong1,2, DING Lai-wei1, DU Hai-jiang1

(1.College of Information and Electrical Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China;2. College of Mechanical and Electrical Engineering, Hebei Normal University of Science & Technology, Qinghuangdao 066004, China)

In some vital situations, before power grid voltage drop leading the frequency converters to stop work, it is necessary to keep frequency converters running for certain time and provide enough time for whole system to deal with urgent situation. Aiming at this demand, low voltage ride through (LVRT) power source for frequency converter is designed. Rigorous design is achieved in power circuit, control circuit and auxiliary circuit. When the power grid drop occurs, LVRT will start to supply power for the converter. When the power grid recovers，it will be bypassed. It takes auto double close loop to lift converters’ DC voltage to normal value, lifting the speed of response and the control precision. In software, day self-check, year self-check and abnormal condition protection are designed to guarantee the system’s reliability. Simulation and experiment results all show that, when the power grid drops to 80% of rating voltage, LVRT instantly begins to lift output voltage. Even input voltage drops to 20%, it still works normally. Output voltage’s reacting time and ripple wave operate in suitable range.

frequency converter; low voltage ride through; automatic closed loop adjustment; auxiliary boost voltage

2016-10-31

林志法(1992-)， 男， 山東籍， 碩士研究生， 研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)應(yīng)用；杜海江(1971-), 男， 河北籍， 副教授， 博導(dǎo)， 博士， 研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)控制、 電力電子技術(shù)、 新能源發(fā)電(通訊作者)。

10.12067/ATEEE1610062

1003-3076(2017)12-0059-06

TM922