變頻器低電壓穿越方法研究

康嘉睿

（山東省青島市經濟技術開發區第一中學,山東 青島 266580）

變頻器低電壓穿越方法研究

康嘉睿

（山東省青島市經濟技術開發區第一中學,山東 青島 266580）

本文針對配電網中電壓暫降時變頻器甩負荷的問題，總結變頻器低電壓穿越的幾種方法，并設計出一種基于并聯電容的變頻器低電壓穿越方法,同時介紹電容的參數配置方法，以維持變頻器的持續穩定運行。

油田配電網；變頻器；低電壓穿越

1　引言

在工業生產中，許多設備是感應電機類負載，該類負載存在無功功率大、功率因數低的問題，多采用變頻器設備來改善線路的功率因數，降低能量損耗。變頻器屬于敏感設備，對電壓的要求較高，當電網中出現電壓暫降時有可能觸發變頻器的低壓保護動作使變頻器退出運行，導致負載非正常停機，造成巨大的經濟損失。

本文簡要總結已有變頻器低電壓穿越方法，針對變頻器的特點設計一種簡單的低電壓穿越方法并分析參數配置原理，維持變頻器的持續運行。

2　火電廠輔機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變頻器，采用的措施主要有以下幾種。

2.1 改進變頻器

對變頻器的改進主要有以下兩種：

（1）免跳閘強化設計。施耐德ATV71系列變頻器設計抗電壓擾動功能，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，在電壓降落比較嚴重時無法避免跳閘斷電[1]。對于一般的工業生產線，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進行雙路改造，備用電路是從電源經過升壓泵連接到變頻器直流環節。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，維持變頻器的持續運行。

該種方法有較好的低電壓穿越能力，但主備電路轉換開關的速度不能保證，無法避免電壓暫降嚴重時的變頻器低壓停機。

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，實現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定性，但需要對蓄電池進行定期維護工作，也需要較大的現場空間來安裝各項設備，推廣使用受到限制。

3　變頻器低電壓穿越方法

在工業生產中，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構特點，設計一種基于并聯電容的低電壓穿越方法。

并聯電容的變頻器結構如圖1所示。該方法基本原理是：在正常穩態運行條件下，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象；在出現電壓暫降時，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降低，因電容兩端的電壓不會發生突變，導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通狀態，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荷的持續運行。

圖1　并聯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重電壓暫降情況下，電容放電導致的端電壓下降不會低至變頻器的低壓保護定值，即電容在電壓暫降期間釋放的能量可保證所帶負載的正常運行。因此，并聯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為變頻器低壓保護定值，單位V；P為負載額定容量，單位W；t為低電壓穿越時間，單位s。

應用上述方法，對不同容量的負載進行最嚴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果

4　結語

本文簡要總結變頻器低電壓穿越的方法，針對工業生產中的變頻器設計一種簡單的并聯電容的低電壓穿越方法，配置電容參數并進行仿真，證實該方法的有效性。

[1]劉耀中,馬永崗,王國慶等.火電廠輔機變頻器低電壓穿越電源的設計[J].電力電子技術,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，現就讀于山東省青島市經濟技術開發區第一中學。