技术领域
[0001] 本
发明涉及一种稳压系统及其控制方法，属于电气自动化领域，尤其涉及一种基于boost斩波技术的变频稳压控制系统及方法。
背景技术
[0002]
风力发
电机因风量不稳定，故其输出的是变化的交流电，需转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。目前国内外在变频稳压控制系统方面，控制方法基于线性化模型实现最佳
叶尖速比的
跟踪，利用风速测量值进行反馈控制，或电功率反馈控制。但在随机扰动大、不确定因素多、非线性严重的风电系统，传统的控制方法会产生较大误差。在安全运行方面，控制可靠性稍差。
发明内容
[0003] 本发明针对上述
现有技术中存在的问题，提供了一种基于boost斩波技术的变频稳压控制系统及方法。目的是为了解决以往的购置
费用相对较高、可靠性稍差、不确定因素多、非线性严重、以及产生较大误差等方面存在的问题。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005] 一种基于boost斩波技术的变频稳压控制系统，它包括PLC可编程
控制器1：
[0006] 该系统主要包括上位机、PLC可编程控制器1、变频系统2、CC-LINK
现场总线6、远程监视5、调速器10及boost压频控制转换
电路；
[0007] PLC可编程控制器1通过CC-LINK现场总线6以通讯方式和变频系统2连接；PLC可编程控制器1的
信号输入端分别与
能量储存信号、能量释放信号、和报警信号连接，然后通过CPU 13对输入的数据进行运算、处理；系统稳压输出通过V/F转换电路24实现。
[0008] 所述的PLC可编程控制器1通过内设的AD模
块4来调节电机8转速；AD模块4用来采集
输入信号，将采集到的
模拟信号进行数字化计算和处理，并绘制成图的曲线可直观地反应在上位机的屏幕上，然后输送入PLC可编程控制器1中，经DA模块3的转换通过模拟
表盘显示出来。
[0009] 对所述的变频系统2的中间直流
电压环节进行监测与控制，将能量储存、能量释放、
飞轮转速、
频率变换、
开关信号、和报警信号送至PLC可编程控制器1的输入端；然后对输入的数据进行运算、处理，得到反馈能量；再根据反馈能量大小，由PLC可编程控制器1的输出端输出
控制信号，远程监视5对PLC可编程控制器1程序录入和实施状态进行显示，通过远程监视5实施控制步骤。
[0010] 所述的远程监视5实施控制的步骤如下：
[0011] a.首先，V/F转换电路24由压频转换、稳态触发和PID控制三部分组成；
[0012] b.
软件上实现远程监视5能够在线实时监测，显示变频系统的运行工况；
[0013] c.整流电路输出的整流电压是脉动的直流电压，须通过
滤波器18对该脉动的直流电压加以滤波；
[0014] d.
能耗制动电路20由制动
电阻R和制动单元VT组成，使回馈逆变器的控制信号与
电网电压同步，当
电动机工作于发电状态而使直流
母线电压UD超过上限设定值UDH后，启动回馈逆变器，
直流母线上的过电压回馈电网，迫使UD回落；当电机工作于电动状态而使直流母线电压UD小于下限设定值UDL后再关闭逆变器，为了避免回馈逆变器过于频繁地启动和关闭，使UDL＜UDH电压控制为滞环控制方式；
[0015] e.当电压值偏离上下限时，系统发出报警信号；
[0016] f.当电压值大于设定时，系统自动开始关闭。
[0017] 所述的压频转换部分包括LM331，LM331内部由输入比较器、定时比较器、R-S触发器、输出驱动管、复零晶体管、模拟基准电路和
电流开关等部分组成；所述的输出驱动管采用集
电极开路形式，可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL和CMOS等不同的
逻辑电路，以实现对IGBT的稳态触发。
[0018] 本发明的优点及效果是：
[0019] 1、V/F转换电路使得模拟信号量较稳定的变成了
数字信号量，所示
波形平稳而且具有良好的滤波性能。
[0020] 2、V/F转换和PID控制较好实现了boost电路在
风力发电系统中的电压提升，尽管输入电压随风速时刻变动，但
输出电压时刻稳定在220V。
[0021] 3、采用电感的充放电原理，可以把电感释放的能量储存起来，达到良好的节能效果。
[0022] 4、控制系统具有较好的抗干扰能力，能较好地抵御来自电机内、外部参数变化的影响，具有较好的静、动态性能。
[0023] 5、实现了实时监控，运行人员将一目了然，并可以及时采取应对措施，将给变频系统调整在工作区的高效区内运行。
[0024] 6、简化了系统原有的控制环节，提高了控制信号发出的准确性和可靠性。
[0025] 7、该装置可以作为产品广泛生产，效益可观。
附图说明
[0026] 图1是本发明系统结构示意图。
[0027] 图2是本发明boost稳压电路结构原理示意图；
[0028] 图3是本发明系统输出电压在线监视曲线图。
[0029] 图中：PLC可编程控制器1；变频系统2；DA模块3；AD模块4；远程监视5；CC-LINK现场总线6；远程输入7；电机8；仪表9；调速器10；远程开关11；
终端电阻12；CPU 13；网络模块14；通讯模块15；
整流桥16；限流器17；滤波器18；指示灯19；能耗制动电路20；稳压电路21；
蓄电池22；逆变桥23；V/F转换电路24。
具体实施方式
[0030] 下面结合附图和具体
实施例对本发明进一步说明。
[0031] 一种基于boost斩波技术的变频稳压控制系统，它包括PLC可编程控制器1：
[0032] 该系统主要包括上位机、PLC可编程控制器1、变频系统2、CC-LINK现场总线6、调速器10和boost压频控制转换电路；
[0033] PLC可编程控制器1通过CC-LINK现场总线6以通讯方式和变频系统2连接；PLC可编程控制器1的信号输入端分别与能量储存信号、能量释放信号、和报警信号连接，然后对输入的数据进行运算、处理；系统稳压输出通过V/F转换电路24实现。
[0034] 所述的一种基于boost斩波技术的变频稳压控制系统的控制方法是：对变频系统2的中间直流电压环节进行监测与控制，将能量储存、能量释放、飞轮转速、频率变换、开关信号、和报警信号送至PLC可编程控制器1的输入端；然后对输入的数据进行运算、处理，得到反馈能量；再根据反馈能量大小，由PLC可编程控制器1的输出端输出控制信号，远程监视5对PLC可编程控制器1程序录入和实施状态进行显示，通过远程监视5实施控制步骤，系统稳压输出通过V/F转换电路24实现。
[0035] 本系统使用的是电压型逆变器附加能量回馈装置，它能迅速吸收制动时在逆变器直流母线上产生的过电压能量，并逆变为交流电返回电网。
[0036] 1.电压
相位同步控制能量回馈电路的设计首先保证回馈逆变器的控制信号与电网电压同步，并且当电动机工作于发电状态而使直流母线电压UD超过上限设定值UDH后，启动回馈逆变器，直流母线上的过电压回馈电网，迫使UD回落。当小于下限设定值UDL后再关闭逆变器。为了避免回馈逆变器过于频繁地启动和关闭，使UDL＜UDH电压控制为滞环控制方式。
[0037] 2.回馈电流控制能量回馈过程中，回馈电流的大小首先必须满足能量回馈功率的要求，如果系统回馈功率小于电动机在再生状态的反馈功率，直流母线上的电压将继续升高。因此，逆变器回馈电网的功率应大于或等于电动机处于再生发电状态时的最大反馈功率。由于电网电压是一定的，所以，系统的回馈功率决定于回馈电流。同时，为防止冲击电流过大，也必须限制回馈电流。
[0038] 本发明是按如下技术方案来实施的：
[0039] 如图1所示，图1是本发明系统结构示意图。
[0040] 该系统以PLC可编程控制器1为控制核心，PLC可编程控制器1由CPU13、DA模块3、AD模块4、网络模块14、和通讯模块15组成。系统基于CC-LINK现场总线6组成了以PLC可编程控制器1、变频系统2、远程输入7、和终端电阻12为主要构件的现场网络结构。调速器10将模拟调速信号传送给AD模块4，PLC可编程控制器1的CPU13将转换后的数字信号进行处理、运算，再通过CC-LINK现场总线6传输控制信号给变频系统2，变频系统2
硬件上通过压频转换，将稳定、快速、准确的控制电机8运行。另外，也可通过远程开关11开启远程输入7，从而控制变频系统2运行。当变频系统2带动电机8运行时，PLC可编程控制器
1将分别通过DA模块3和网络模块14，同时将运行的数据传输给仪表9和远程监视5。
[0041] 所谓的远程监视5是指人可以直接发出操控命令的计算机，屏幕上实时显示各种采集信号变化及计算结果，也可以存储历史数据。PLC可编程控制器1的AD模块4用来调节电机8转速，将已经储存的数据到上位机里的程序进行计算和处理，并绘制成图的曲线可直观地反应在上位机的屏幕上，并以DA模块3的转换用模拟表盘显示出来。
[0042] 根据变频调速控制方法，一般采用：
[0043] PLC可编程控制器1是由单板机和部分硬件组成的运算平台，它可以将模拟量或开关量通过输入
接口传入信号，经过逻辑判断和运算后，再将以模拟量或开关量的形式通过输出接口传出控制指令。
[0044] 远程监视5有两个功能，一个是编制、传输程序，并将已编好的程序传入到PLC可编程控制器1；另一个是运行在线监视，即利用CRT显示画面进行设备运行工况显示、事故报警列表显示、历史参数查询显示等。
[0045] AD模块4用来采集输入信号。该装置的输入信号，调速装置等，将采集的模拟信号进行数字化，然后送入可编程控制器PLC1中。
[0046] 建立数学模型。根据变频调速理论，编制数学模型，并用数学模型计算得出V/F控制关系。
[0047] 实施闭环控制。用控制对象的实测数据，计算得出若干个曲线族，并且当电动机工作于发电状态而使直流母线电压UD超过上限设定值UDH后，启动回馈逆变器，直流母线上的过电压回馈电网，迫使UD回落。当小于下限设定值UDL后再关闭逆变器。为了避免回馈逆变器过于频繁地启动和关闭，使UDL＜UDH电压控制为滞环控制方式。
[0048] 利用远程终端实现实时监控。
[0049] 如图2所示，图2是本发明boost稳压电路结构原理示意图。本发明是针对风力发电变频控制系统中直流升压环节，而设计了V/F转换电路24和PID控制技术的方法，实现了控制系统的恒压输出，保证风力发电系统稳定运行。
[0050] 本发明boost稳压电路结构是由：整流桥16、限流器17、滤波器18、指示灯19、能耗制动电路20、稳压电路21、
蓄电池22、逆变桥23和V/F转换电路24组成。
[0051] 根据调速稳压控制方法，其通过远程监视5实施控制的步骤如下：
[0052] a.首先，由整流桥对三相交流电进行整流。V/F转换电路24由压频转换、稳态触发和PID控制三部分组成。
[0053] b.软件上实现远程监视5能够在线实时监测，显示变频系统的运行工况。由限流器17进行限流控制，在接入电源前，滤波电容器的两端电压为零，因此当刚接入电源的瞬间，将有一个很大的冲击电流经整流桥流向滤波电容，滤波电容的充电电流是很大的。过大的冲击电流将可能使三相整流桥的
二极管损坏。同时，由于滤波电容的电容量较大，很大的冲击电流还会使
电源电压瞬间下降而形成对电网的干扰，影响同一电源系统其他装置的正常工作。为了减小冲击电流，
变频器刚接通电源后的一段时间里，电路内串入电阻RL，其作用是将滤波电容CF1、CF2的充电电流限制在允许范围内。当滤波电容CF1、CF2充电到一定程度时，继续
串联电阻会产生能量的浪费，并且影响电容器能量的快速补充，因此要用开关器件SL将电阻RL
短路，开关器件大多由晶闸管构成；
[0054] c.由滤波器18进行滤波，整流电路输出的整流电压是脉动的直流电压，必须加以滤波。滤波电容的作用是：滤除整流后的纹波电压；当负载变化后，使直流电压保持平稳；在
整流器和逆变器直接起去耦作用，以消除相互干扰，这就给作为感性负载的电动机提供必要的
无功功率。由于受到
电解电容的电容量和耐压能力的限制，滤波电路由若干个电容器并联成一组，再由两个电容器组串联而成，如图中的CF1、CF2。由于电解电容器的电容量有较大的离散性，因此容器组CF1、CF2的电容量不能完全相等，这将使承受较高电压的电容器受到损坏。为了避免两个串联的电容器组承受的电压不均，在每个电容旁边各并联一个阻值相等的均压电阻R1和R2；
[0055] d.能耗制动电路20由制动电阻R和制动单元VT组成。使回馈逆变器的控制信号与电网电压同步，当电动机工作于发电状态而使直流母线电压UD超过上限设定值UDH后，启动回馈逆变器，直流母线上的过电压回馈电网，迫使UD回落；当电机工作于电动状态而使直流母线电压UD小于下限设定值UDL后再关闭逆变器，为了避免回馈逆变器过于频繁地启动和关闭，使UDL＜UDH电压控制为滞环控制方式。
[0056] 制动电阻Rb用于能耗掉直流电路中的多余
电能，使直流电压保持平稳。制动单元VT的功能是控制流经Rb的放电电流。当直流回路的电压U超过规定的限制值时，VT导通，使直流回路通过Rb释放能量，降低直流电压。当U在一定范围内时，VT将可靠截止，以避免不必要的能量损失。制动单元VT是以斩波的方式工作的；
[0057] e.当电压值偏离上下限时，系统发出报警信号。HL除了用于表示电源是否接通外，还用于显示在变频器切断电源后，滤波电容上的电荷是否已释放完毕。由于电容CF1、CF2的电容量很大，而切断电源又必须在逆变电路停止工作的状态下进行，因此CF1、CF2没有快速放电回路，放电将很慢。又由于电容器上的电压较高，如不放完，对人体安全将会造成威胁。当电压值大于设定时，系统自动开始关闭。
[0058] f.V/F转换电路24由压频转换、稳态触发和PID控制三部分组成。其中压频转换部分采用LM331，LM331内部由输入比较器、定时比较器、R-S触发器、输出驱动、复零晶体管、模拟基准电路和电流开关等部分组成。系统运行的
稳定性依靠压频转换部分，压频转换部分可以保证整个系统的输出稳定、可靠。输出驱动管采用集电极开路形式，因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL和CMOS等不同的逻辑电路，以实现对IGBT的稳态触发，其压频转换曲线如图3所示，图3是本发明系统输出电压在线监视曲线图。
