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)開發(fā)區(qū)第一中學(xué),山東 青島 266580）

本文針對配電網(wǎng)中電壓暫降時變頻器甩負(fù)荷的問題，總結(jié)變頻器低電壓穿越的幾種方法，并設(shè)計出一種基于并聯(lián)電容的變頻器低電壓穿越方法,同時介紹電容的參數(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)載存在無功功率大、功率因數(shù)低的問題，多采用變頻器設(shè)備來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，對電壓的要求較高，當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)電壓暫降時有可能觸發(fā)變頻器的低壓保護(hù)動作使變頻器退出運行，導(dǎo)致負(fù)載非正常停機(jī)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

本文簡要總結(jié)已有變頻器低電壓穿越方法，針對變頻器的特點設(shè)計一種簡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)運行。

2　火電廠輔機(jī)變頻器低電壓穿越方法

目前，對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

對變頻器的改進(jìn)主要有以下兩種：

（1）免跳閘強(qiáng)化設(shè)計。施耐德ATV71系列變頻器設(shè)計抗電壓擾動功能，在電源電壓降至50%時不跳閘。這類變頻器在電壓暫降幅度低時可以防止跳閘，在電壓降落比較嚴(yán)重時無法避免跳閘斷電[1]。對于一般的工業(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)過升壓泵連接到變頻器直流環(huán)節(jié)。變頻器正常運行時采用主電路供電，在電源電壓下降時，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)換開關(guān)的速度不能保證，無法避免電壓暫降嚴(yán)重時的變頻器低壓停機(jī)。

2.2 加入外部電源支撐

變頻器低壓退出運行主要是直流母線的電壓過低造成的，因此，在直流母線處加入外部電源支撐可以實現(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，通過檢測電源電壓的幅值大小來控制蓄電池的充放電狀態(tài)，實現(xiàn)電壓暫降期間對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，但需要對蓄電池進(jìn)行定期維護(hù)工作，也需要較大的現(xiàn)場空間來安裝各項設(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。本文針對變頻器交直交的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計一種基于并聯(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，此時不會有充放電現(xiàn)象；在出現(xiàn)電壓暫降時，變頻器的交流輸入電壓會降低，整流得到的直流母線電壓也會相應(yīng)降低，因電容兩端的電壓不會發(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，變頻器的不可控整流模塊將會處于不導(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，電容儲存的能量對直流母線放電來維持母線電壓和變頻器所帶負(fù)荷的持續(xù)運行。

圖1　并聯(lián)電容的變頻器示意圖

電容儲存的能量是有限的，隨著放電時間的增長，電容儲存的能量逐漸減少，端電壓也會下降，因此，保證變頻器可靠運行只需保證最嚴(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)載的正常運行。因此，并聯(lián)電容的大小由下式計算

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為低電壓穿越時間，單位s。

應(yīng)用上述方法，對不同容量的負(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，證實該方法的可行性。

表1　不同容量下的仿真結(jié)果

4　結(jié)語

本文簡要總結(jié)變頻器低電壓穿越的方法，針對工業(yè)生產(chǎn)中的變頻器設(shè)計一種簡單的并聯(lián)電容的低電壓穿越方法，配置電容參數(shù)并進(jìn)行仿真，證實該方法的有效性。

[1]劉耀中,馬永崗,王國慶等.火電廠輔機(jī)變頻器低電壓穿越電源的設(shè)計[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)開發(fā)區(qū)第一中學(xué)。