基于凌華科技PCI-9846高速數(shù)字化儀的變頻器輸出性

針對這一問題，文獻[2]提出了一種簡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，在不改變原有故障處理方式的情況下，可以充分利用各單元的輸出能力，提升系統(tǒng)的整體輸出，減小故障對負載的影響。這種方法簡單易行，對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上無需做出很大變動即可實現(xiàn)。與中性點偏移方法相比，無需計算偏移角度。

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

三 基于LabVIEW和 PCI-9846的測試系統(tǒng)設計

為了驗證分析級聯(lián)型變頻器上述三種故障處理方法的輸出性能，利用LabVIEW虛擬儀器軟件平臺和凌華PCI-9846高速數(shù)字化儀搭建了測試系統(tǒng)。LabVIEW采用圖形化系統(tǒng)設計理念以及獨特的并行數(shù)據(jù)流特征，在主控界面搭建、故障處理方法設計、信號采集與處理以及電壓信號性能分析等方面具有明顯的優(yōu)勢。由于級聯(lián)型變頻器等效的輸出相電壓開關頻率為每個開關器件開關頻率的若干倍，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)對數(shù)據(jù)采集設備的采樣率要求較高，普通的數(shù)據(jù)采集設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,該設備最高采樣頻率為40MHz,內(nèi)置四個高線性度的16位高精度A/D,并能實現(xiàn)四通道同時采樣，在對高頻信號的采集上具有很大的優(yōu)勢,非常適合對級聯(lián)型變頻器三相輸出高頻信號的采集和處理。凌華科技同樣提供針對LabVIEW的驅動程序，無需過多考慮兼容性問題，縮短了系統(tǒng)開發(fā)時間。

基于LabVIEW虛擬儀器軟件平臺和凌華PCI-9846數(shù)字化儀的級聯(lián)型變頻器輸出特性測試系統(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，實現(xiàn)相應的控制方案，產(chǎn)生相應的控制信號。產(chǎn)生的開關器件控制信號經(jīng)數(shù)據(jù)輸出設備輸出，由信號調理電路處理后送至級聯(lián)型變頻器實驗裝置使設備工作。輸出電壓經(jīng)傳感器送至PCI 9846，然后依靠LabVIEW編寫的采集程序對數(shù)據(jù)進行高速采集并加以保存。隨后再利用LabVIEW編寫的分析軟件對保存的信號進行處理 ,完成了級聯(lián)型變頻器輸出特性檢測分析的功能。

四 信號采集與處理結果

測試系統(tǒng)利用LabVIEW虛擬儀器軟件平臺搭建的主控界面如圖5所示，這里以六單元級聯(lián)系統(tǒng)為例進行分析，分別設計了相應的故障處理方法，通過程序設計得到不同故障處理方法時的參考波。這里僅對與參考波等效的相電壓及獲得的等效線電壓波形進行分析。

圖5 測試系統(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，其原理在相應的選項卡標簽中有簡要介紹。左側的指示燈用來表示六單元級聯(lián)系統(tǒng)各個單元的運行狀態(tài)，不亮的指示燈表示單元對應發(fā)生故障并被屏蔽。圖5中表示的是A相三個單元故障時的工作情況，指示燈上面有系統(tǒng)此時的輸出能力，可以看出，在A相三個單元故障的情況下，通過部分零序電壓注入的優(yōu)化調節(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(此時為50%)有很大的提高。指示燈下方的區(qū)域為相電壓、線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。右側的選項卡標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，用來提高直流側電壓的利用率，進而提高系統(tǒng)的輸出能力。從運行結果可以看出，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稱，幅值及相位均根據(jù)故障類型做出了相應的調整，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，對多種故障的輸出情況進行了對比分析，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)表示六單元級聯(lián)系統(tǒng)三相正常工作的單元數(shù)分別為A相4個，B相6個，C相6個，總故障單元數(shù)為2。此時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%?？梢钥闯隼脙?yōu)化中點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，系統(tǒng)輸出性能也均不低于前兩種處理方式。

五 結論

針對級聯(lián)型變頻器單元故障時的控制問題，本文對現(xiàn)有的三種不足處理方式進行了對比分析，并利用LabVIEW虛擬儀器軟件平臺和凌華PCI-9846數(shù)字化儀搭建了六單元級聯(lián)型變頻器輸出特性測試系統(tǒng)，通過對三種故障處理方式進行了測試分析，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。通過對比發(fā)現(xiàn)利用優(yōu)化中點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)的容錯性能，是一種較為理想的級聯(lián)型變頻器故障處理方式。