[01634233]再生能量回馈式高功率因数变流器

①课题来源与背景：该研究由两个项目组成：(1)四川省科技厅1998年度批准立项的应用基础研究项目“再生能量回馈式高功率因数变流器”，于2001年12月通过四川省科技厅的结题验收。(2)2000年8月与烟台惠丰电子有限公司签定的“脉宽调制(PWM)变流器的研制”技术开发横向合同，于2001年8月正式通过厂家验收。②技术原理及性能指标：采用与逆变器主电路相同结构的三相AC-DCPWM变流器，使用了便于单片微机控制的间接电流控制方法，对系统参数和控制策略作了仿真分析研究，并研制了再生能量回馈式变流器装置，应用到通用变频器的整流侧，构成了再生能量回馈式变频器。该变流器可以自动辨识三相电源的接线相序，制动能量可以回馈电网。③技术的创造性与先进性：该项研究的技术创新点在于：(1)建立了三种常用坐标系下PWM变流器的数学模型；(2)提出了电压幅值相位控制思想，实现了电流间接控制；(3)将交一直变流器的理论研究成果形成了产品，应用到通用变频器的整流侧，构成了AC-DC-AC馈能型变频器。并在该研制中采用了最新相序自动识别技术，使得该馈能型变频器的三相电源接线时不必测试A，B，C三相的相序，可以任意接入，从而大大提高了产品的适应性。④技术的成熟程度，适用范围和安全性：对再生能量回馈式变频器的控制规律及软硬件实现技术均已熟练掌握。该项成果不但可以用在大惯性负载、大功率提升机和电梯的变频控制装置中，还可以用在中小容量的通用变频器和UPS电源中。⑤应用情况及存在的问题：2001年8月在烟台惠丰电子有限公司，应用到15kW通用变频器的整流侧，带动离心机测试实验表明，加入该具有回馈功能的变流器时离心机制动能量回馈电网，大大提高了系统的节电效率。存在交流测滤波电感的高频磁心制造的价格问题。随着电力电子技术的迅猛发展，近年来大量的变频装置投入使用，给工业控制带来巨大方便，但也给电网增加了更多的非线性因素。传统的变频装置，大多采用不可控二极管整流电路，这带来两个问题：其一，网侧电流波形严重畸变，造成电网谐波污染，且功率因数较低；其二，由于二极管的单向导电性能，电机制动时的再生能量无法回馈给电网，其动态性能受到限制。随着这类非线性负载容量的增大和应用的不断普及，会导致电网供电质量下降、引起供电系统功率因数降低，大量的高次谐波注入电网，影响其它用电设备正常、安全、经济的运行，造成危害。因此，谐波抑制和提高功率因数是整流装置亟待解决的问题；另外，整流装置的功率双向流动也是提升机、电梯等变频调速装置急需解决的问题。为了保证电网和用电设备的安全经济运行，许多工业国、国际电工组织以及一些大电力公司都制定了相应的谐波标准，对用电设备的入端性能作出严格的限制，如IEC555-2，IEEE519。这些标准对电器的入端功率因数和入端电流各次谐波的含量都作出了具体的限定。随着这些规范逐渐被各国采用，功率因数和谐波含量成为电力电子系统设计人员必须考虑的问题。因此，人们开始对造成谐波污染的整流装置进行大量的研究，许多新的变流技术不断被提出来，以实现低谐波、高功率因数，以及功率双向流动。对交一直一交电压型变频器，主要改进作为谐波源且功率因数较低的整流器。将PWM技术用于整流电路，实现PWM整流器，它可使输入电流为正弦波，满足单位功率因数，并且可以实现功率双向流动，因此，又称为PWM变流器。这已成为电工学科的一个前沿性课题，也成为振兴中国民族工业面临的一个亟待解决的课题，这对于中国的经济发展也同样具有重大意义。该课题组分析了三相AC-DCPWM双向变流器的数学模型，寻求了一种硬件电路简单，便于单片微机控制的间接电流控制方法，研制了具有高性能的变流装置，且应用到通用变频器的整流侧，构成了再生能量回馈式变频器。这对解决交流变频调速等电力电子装置给电力系统带来的功率因数低和谐波污染问题，以及电机侧发电反馈制动时再生能量的回馈问题，具有较大的理论和实际意义，对解决变频器绿化有重要意义。它的成果不但可以用在大惯性负载、大功率提升机和电梯的变频控制装置中，还可以用在中小容量的通用变频器和UPS电源中，其应用前景非常广阔。