再生驱动器的基本原理 - 第 2 部分
继我们之前的文章简要概述了再生驱动操作之后，我们在此介绍了一些在再生操作中需要考虑的特殊因素。
对电网（交流电网）的影响
规定
这些是电力公司为确保嵌入式发电不会破坏电力供应的安全性或可靠性而实施的规定。本节的其余部分涵盖了法规控制的最重要的主题。如果再生系统被用作有意的发电机，那么它必须遵守使用地点的现行法规。如果不是，那么只要再生系统的电流额定值是本地电力系统额定值的相当大的一部分，仍应考虑所涵盖的主题，以确保在发生故障或故障时不会对其他连接的设备造成损坏.
短路电流
本地发电机会导致电流进入电气故障（短路），并可能影响电气开关设备的安全性或所需额定值。在任何建议的发电机安装中，必须计算附加的故障电流。然而，Regen 逆变器的影响可以忽略不计，因为电子过流保护中断过流的速度比断路器或保险丝的动作要快得多。目前这一代 CT 逆变器的峰值短路电流为额定电流的 260%，一旦逆变器跳闸，电流在 4 ms 内衰减为零（取决于交流电抗器的值）。保护额定值的峰值电流至少占电源频率的半个周期。这些因素加在一起使得故障电流的贡献可以忽略不计。
孤岛作战
如果电网与发电机运行的装置断开连接，则可能会出现电力“孤岛”，本地发电无意中使本地负载保持通电状态。这不太可能，因为如果没有专门设计的调速器来调节频率，就无法确保供需平衡。通常，频率会迅速超出工作范围，系统会跳闸。此外，没有对电压或无功功率的控制。但是，如果确实发生了孤岛，那么电力工人将面临安全风险，如果电压或频率超出其安全范围，则可能会损坏岛上的本地设备。
如果 Regen 系统具有能源（例如发动机、电池或其他能量储存器）以使孤岛运行成为可能，则应提供保护以防止出现损坏的孤岛。参数设置中应将再生驱动的频率范围限制在安全范围内，并在电压过高时加入过压继电器使逆变器跳闸。
对于有意的发电机，有孤岛保护标准（有时称为“失电”保护 (LOM)。其中一些要求逆变器运行特殊算法来检测孤岛状况，该算法可作为标准设施在Unidrive M 驱动器。其中一些需要独立的认可保护继电器。
有意孤岛，后备生成
请注意，再生逆变器不能用作独立发电机，例如在市电断电时用作备用电源。它只能与与之同步的现有供应一起使用。
穿越
在电网干扰期间，可能需要有意的发电机继续运行。最常见的情况是电网中某处发生故障（短路），导致发电机端子电压突然下降。这在三相之间可能是平衡的或不平衡的。在穿越过程中，如果电压过低可能无法继续产生额定功率，但一旦故障电路被自动保护装置断开，则需要无功电流来支持电压并帮助电网恢复控制。
简单的 AFE 对电压干扰非常敏感，因为它的运行依赖于电源电压波形与逆变器内部产生的波形之间的准确平衡。除非它具有穿越能力，否则它比简单的整流器更容易引起令人讨厌的跳闸。 Unidrive M 具有可选择的穿越能力，符合主要的国家标准要求，例如连接到中压网络的发电机的 BDEW 指南。
重要的是要认识到，在正常的再生操作中，Regen 逆变器会调整其向交流电力系统的功率输出，以便将直流母线电压调节到所需值。在电压扰动期间，它不能再产生其全部额定功率，因此它可能无法继续调节直流电压。然后电源必须接管这个角色。如果不这样做，则如果输入功率超过输出功率，则可能会出现过压跳闸。或者可以连接一个制动电阻来吸收多余的功率。
功率和频率调节
交流电网中的供需平衡是通过调节频率来实现的。可能需要一个有意的发电机通过响应外部功率命令来帮助实现这一点，或者实现功率对频率的控制功能。这可以编程为驱动器中的应用程序。
谐波和间谐波
正如第一个再生博客中所讨论的，再生逆变器产生的真实谐波电流可以忽略不计，即交流电源频率的整数倍。它与电源上的现有谐波相互作用，并产生 PWM 调制产物。这些是多年来被认为超出谐波范围的高频，通常被认为在 40 阶结束。然而，最近的技术标准和仪器已经开始考虑高达 100 阶的谐波。
例如，以标称线路频率 60 Hz 和开关频率 3 kHz 运行的系统为例。目前与开关相关的主要频率为 2880 Hz 和 3120 Hz。这些是供电频率的 48 和 52 倍。然而，这两个频率不是可公度的量，或者换句话说，它们不是锁相的。如果线路频率为 60.1 Hz，则等效产品频率将为 2879.8 Hz 和 3120.2 Hz。当谐波分析仪器连接在这样的系统中时，如果它具有标准的 5 Hz 带宽，它可能会将这些谐波显示为 48 次和 52 次谐波，或者可能会显示无法同步数据。
如果开关频率为 4 kHz，则存在的主要频率将是 3880 Hz 和 4120 Hz，它们不是谐波频率。具有间谐波功能的分析仪会将它们指示为“间谐波”，或者它们可能会被具有正常 5 Hz 带宽的基本谐波分析仪忽略。
上面讨论的谐波和间谐波都是具有正或负相序的三相组。这意味着，与高频共模“噪声”电压不同，它们会通过变压器，并可能导致现场电源变压器之外的干扰。开关频率滤波器是必要的，以将其幅度降低到可接受的值。
与直流电源/接收器的交互 - 电压控制
当再生系统连接到直流电源或负载时，必须考虑控制直流电压。在再生驱动系统中，机器驱动器实际上变成了一个恒功率源，并且再生逆变器调整其功率输出以在所需的直流电压下平衡输入功率。其他系统可能具有完全不同的特性。例如，在光伏逆变器中，直流电压和电流由给定日照和温度下的光伏阵列电压/电流曲线控制。逆变器自然不“知道”选择哪个电压，因此再生逆变器直流电压参考必须通过 MPPT 算法进行调整，以找到最佳功率点。
直流电源共模电压
再生系统中的直流电源具有不寻常的共模电压，即其两极和地之间的平均电压。全电压波形分析相当复杂，但参考第一篇博客图 1 中的简化原理图，您可以推断，当其中一个输入逆变器晶体管对改变其状态时，趋势是直流母线电路的电压相对于地，以等于 V_DC 的步长变化。事实上，该阶跃受输入扼流圈周围的分压限制为 1/3 V_DC。每当相位切换时都会发生此步骤，即在每个 PWM 切换周期中切换六次。
这意味着，当 AC 电源是中性线接地的传统主 LV 电源时，DC 总线承载高共模电压，这是一种复杂的 PWM 模式，具有快速上升沿，包含广泛的频率。以下列表中给出了其中的一些效果：
- 连接到直流母线的任何驱动器以及 Regen 逆变器本身都必须安装内部 EMC 滤波电容器，因为这些电容器可能会因共模电压而过载，并会导致高循环接地电流，从而导致逆变器故障。
- 出于与 1 中相同的原因，不得将 RFI 滤波器连接到直流总线。
- 直流母线“嘈杂”，因此如果通过未屏蔽的导体分布，可能会对附近的信号电路造成干扰。如果要在很长的距离上分配直流电源，则必须使用屏蔽电缆。但是，如果电缆很长，则其杂散电容中的高频接地电流会导致再生扼流圈中的额外功率损耗。
- 除非已确认可以承受共模电压，否则不得将其他设备连接到直流母线。 （例如，设计为使用直流电源工作的设备可能有自己的 RFI 滤波器，无法承受共模电压。然而，大多数电流和电压传感器都设计为能够承受共模电压。）
对于这些影响不可接受的特殊应用，一种解决方案是在输入端使用隔离变压器，以使交流电源与地隔离。这样就可以在直流总线的一极直接接地的情况下运行，因此没有共模电压。也可以根据需要通过电容接地或RFI滤波器，以降低最容易产生干扰的高频共模噪声。例如，这用于光伏逆变器，以及必须将直流电分配给多个负载的系统中。
滤波器、电源阻抗、电流控制
上面已经讨论了开关频率滤波器，以避免对连接到同一电源电路的其他设备造成干扰。还必须考虑滤波器对逆变器控制系统的影响。
在 3 kHz 逆变器中，滤波器翻转频率约为 800 Hz，因此它在 2900 Hz 处提供有用的衰减。营业额在一定程度上受到电源阻抗的影响，对于这些不寻常的频率，这是未知的。这意味着逆变器中的电流环路增益不能设置得太高，否则 800 Hz 左右的稳定性将变得微不足道，并且系统对干扰变得敏感并容易发生故障。对于大多数传统驱动应用，即再生系统是工业低压配电网络中的众多负载之一，有足够的自然阻尼，不会出现特殊要求。默认值通常有效。
如果一个或多个再生系统由专用电源供电，几乎没有其他连接，则电流回路可能会欠阻尼。这可以使用示波器查看线路电流波形轻松识别，因为振荡（“振铃”）的周期约为 800 Hz，通常在每个电源周期的 6 个点处发生。在这种情况下，可以通过减少电流控制回路中的 P 项来恢复稳定性。可能还需要降低电压环路增益，以避免由较慢的电流环路引起的欠阻尼电压控制。如果应用是高度动态的，以至于这些较低的增益是不可接受的，则需要一种替代方法来改善阻尼。有两种选择：
- 添加更多滤波电容。这会将滤波器翻转频率降低到电流控制回路具有较少相位滞后并可以提供有源阻尼的值。
- 使用阻尼滤镜。这使用一些额外的电容器和小电阻器来提供阻尼。如需更多信息，请咨询 CT 技术支持。
这两个选项都被有效地使用了。选项 1. 的缺点是可能需要多个电容器，占用空间并且还导致高常设无功电流，然后可能必须通过逆变器无功电流控制功能来抵消。方案2的缺点是电阻会造成一定的恒功率损耗，并且在电源出现异常谐波时必须保护它们免于过载，使得方案相当复杂。
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