基于凌華科技PCI-9846高速數(shù)字化儀的變頻器輸出性

針對(duì)這一問題，文獻(xiàn)[2]提出了一種簡(jiǎn)易的參考波形生成方法，采用這種參考波形替代正弦波用于逆變單元控制，在不改變?cè)泄收咸幚矸绞降那闆r下，可以充分利用各單元的輸出能力，提升系統(tǒng)的整體輸出，減小故障對(duì)負(fù)載的影響。這種方法簡(jiǎn)單易行，對(duì)于基于載波的控制系統(tǒng)中，只需要根據(jù)故障類型改變參考波的形狀即可，在現(xiàn)有故障處理方式的基礎(chǔ)上無需做出很大變動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)。與中性點(diǎn)偏移方法相比，無需計(jì)算偏移角度。

以六單元級(jí)聯(lián)系統(tǒng)為例，當(dāng)A相一個(gè)單元故障時(shí)，三種故障處理方式的原理及輸出情況對(duì)比如圖3所示。

三 基于LabVIEW和 PCI-9846的測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了驗(yàn)證分析級(jí)聯(lián)型變頻器上述三種故障處理方法的輸出性能，利用LabVIEW虛擬儀器軟件平臺(tái)和凌華PCI-9846高速數(shù)字化儀搭建了測(cè)試系統(tǒng)。LabVIEW采用圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念以及獨(dú)特的并行數(shù)據(jù)流特征，在主控界面搭建、故障處理方法設(shè)計(jì)、信號(hào)采集與處理以及電壓信號(hào)性能分析等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。由于級(jí)聯(lián)型變頻器等效的輸出相電壓開關(guān)頻率為每個(gè)開關(guān)器件開關(guān)頻率的若干倍，輸出電壓諧波分布在較高頻段，因此變頻器輸出特性分析系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的采樣率要求較高，普通的數(shù)據(jù)采集設(shè)備難以滿足如此高的采樣要求。凌華科技公司的模塊化儀器PCI-9846具有高采樣率和高采樣精度、兼容性好等優(yōu)點(diǎn),該設(shè)備最高采樣頻率為40MHz,內(nèi)置四個(gè)高線性度的16位高精度A/D,并能實(shí)現(xiàn)四通道同時(shí)采樣，在對(duì)高頻信號(hào)的采集上具有很大的優(yōu)勢(shì),非常適合對(duì)級(jí)聯(lián)型變頻器三相輸出高頻信號(hào)的采集和處理。凌華科技同樣提供針對(duì)LabVIEW的驅(qū)動(dòng)程序，無需過多考慮兼容性問題，縮短了系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間。

基于LabVIEW虛擬儀器軟件平臺(tái)和凌華PCI-9846數(shù)字化儀的級(jí)聯(lián)型變頻器輸出特性測(cè)試系統(tǒng)原理框圖如圖4所示。

其中在PC中通過LabVIEW虛擬儀器軟件編程，根據(jù)上述三種故障處理方式的工作原理，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制方案，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。產(chǎn)生的開關(guān)器件控制信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)輸出設(shè)備輸出，由信號(hào)調(diào)理電路處理后送至級(jí)聯(lián)型變頻器實(shí)驗(yàn)裝置使設(shè)備工作。輸出電壓經(jīng)傳感器送至PCI 9846，然后依靠LabVIEW編寫的采集程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行高速采集并加以保存。隨后再利用LabVIEW編寫的分析軟件對(duì)保存的信號(hào)進(jìn)行處理 ,完成了級(jí)聯(lián)型變頻器輸出特性檢測(cè)分析的功能。

四 信號(hào)采集與處理結(jié)果

測(cè)試系統(tǒng)利用LabVIEW虛擬儀器軟件平臺(tái)搭建的主控界面如圖5所示，這里以六單元級(jí)聯(lián)系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的故障處理方法，通過程序設(shè)計(jì)得到不同故障處理方法時(shí)的參考波。這里僅對(duì)與參考波等效的相電壓及獲得的等效線電壓波形進(jìn)行分析。

圖5 測(cè)試系統(tǒng)主控界面

上述演示程序中，可以選擇三種不同的故障處理方法，其原理在相應(yīng)的選項(xiàng)卡標(biāo)簽中有簡(jiǎn)要介紹。左側(cè)的指示燈用來表示六單元級(jí)聯(lián)系統(tǒng)各個(gè)單元的運(yùn)行狀態(tài)，不亮的指示燈表示單元對(duì)應(yīng)發(fā)生故障并被屏蔽。圖5中表示的是A相三個(gè)單元故障時(shí)的工作情況，指示燈上面有系統(tǒng)此時(shí)的輸出能力，可以看出，在A相三個(gè)單元故障的情況下，通過部分零序電壓注入的優(yōu)化調(diào)節(jié)方式，系統(tǒng)仍能夠有接近75%的輸出能力，比傳統(tǒng)故障處理方式的輸出能力(此時(shí)為50%)有很大的提高。指示燈下方的區(qū)域?yàn)橄嚯妷骸⒕€電壓有效值歸一化后的輸出，各相電壓的總諧波失真以及三相線電壓的相位。右側(cè)的選項(xiàng)卡標(biāo)簽里給出的是三相相電壓、線電壓的輸出波形及其中一相的諧波分析。此外，程序還提供了零序電壓注入的方式，用來提高直流側(cè)電壓的利用率，進(jìn)而提高系統(tǒng)的輸出能力。從運(yùn)行結(jié)果可以看出，采用該種故障處理方式后，僅屏蔽故障的功率單元，因此三相相電壓不再對(duì)稱，幅值及相位均根據(jù)故障類型做出了相應(yīng)的調(diào)整，而得到的線電壓仍為幅值相等、三相平衡的輸出，且不含有三次諧波分量。

利用上述程序，對(duì)多種故障的輸出情況進(jìn)行了對(duì)比分析，其輸出性能分別如下表所示。其中故障類型表示三相分別剩余的正常單元數(shù)目，如(466)表示六單元級(jí)聯(lián)系統(tǒng)三相正常工作的單元數(shù)分別為A相4個(gè)，B相6個(gè)，C相6個(gè)，總故障單元數(shù)為2。此時(shí)三種處理方法得到的最大輸出能力分別為66.70%、76.30% 和83.40%。可以看出利用優(yōu)化中點(diǎn)移位即部分零序電壓注入的故障處理方式，可以得到最大的系統(tǒng)輸出。其它故障類型時(shí)，系統(tǒng)輸出性能也均不低于前兩種處理方式。

五 結(jié)論

針對(duì)級(jí)聯(lián)型變頻器單元故障時(shí)的控制問題，本文對(duì)現(xiàn)有的三種不足處理方式進(jìn)行了對(duì)比分析，并利用LabVIEW虛擬儀器軟件平臺(tái)和凌華PCI-9846數(shù)字化儀搭建了六單元級(jí)聯(lián)型變頻器輸出特性測(cè)試系統(tǒng)，通過對(duì)三種故障處理方式進(jìn)行了測(cè)試分析，獲得了三相線電壓的幅值，頻率，總諧波含量，三相電壓相位等主要性能指標(biāo)。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)利用優(yōu)化中點(diǎn)移位即部分零序電壓注入的故障處理方式，在故障單元屏蔽后可以得到最大的系統(tǒng)輸出，提高了系統(tǒng)的容錯(cuò)性能，是一種較為理想的級(jí)聯(lián)型變頻器故障處理方式。