浅谈能量回馈装置漏电流过大的改善方法

浅谈能量回馈装置漏电流过大的改善方法

吴兆立

（日立电梯（中国）有限公司广东广州511430）

摘要：电动力设备合理地加装能量回馈装置，能够起到节能减排的作用，但是如果所使用的能量再生装置的馈电质量较差的话，会对电网的质量造成不良的影响，严重的话会损坏其它的用电设备，基于此，本文将对在电梯上使用最为普遍的能量回馈装置进行介绍，并以漏电流超标的案例来分析能量反馈装置的问题，通过试验验证改良方法的有效性。

关键词：能量回馈装置；电梯；馈电质量；改良

电梯能量回馈装置的直流侧与变频器的直流母线相联，其交流进线接到交流电网上，当再生制动使直流电压超过设计阀值时，逆变器启动并从直流母线吸收电流，将再生直流电能逆变成工频交流电回馈至交流电网。一旦逆变器吸收消耗不了该能量，将引起母线电压进一步升高，当母线电压上升到第二级电压阀值时电阻斩波器立即投入工作，制动电阻将再生制动能量消耗，稳定母线电压不再上升，确保电梯能够有效的电制动。但是电梯能量反馈装置在采用IGBT的逆变过程中难免会产生一定量的谐波，经过EMI滤波器的过滤会对地产生漏电流，漏电流过大可能会造成滤波器薄膜电容的鼓包甚至自然的现象发生，仅对谐波作检测是无法估计漏电流对滤波器薄膜电容造成的影响。目前，我国的能量反馈装置相关标准中并没有对漏电流有要求，因此，以下针电梯能量反馈装置的漏电流检测及漏电流过大改善方法进行研究探讨。

图2

能量回馈装置工作时，使用电流频谱分析仪测得在10125Hz时最大的漏电流为2370mA；对比在没有安装能量回馈装置前的最大漏电流仅仅是228mA，通过漏电流的数值对比发现，在能量回馈装置投入工作后，电梯的漏电流会发生变大的现象。

2、漏电流变大的原因分析

从实验测试情况发现漏电流大的时候，主要是在装置启动和装置关闭前的时候，此时系统主要特点是装置的输出电流较小，谐波较大。因此漏电流大的原因主要是由于能量回馈装置输出电流小时谐波较大所致。下图抓取了能量回馈装置的输出电流，从图2可以看出，在电流较小时，电流畸变严重。

从软件上分析，因为能量回馈装置中电压环和电流环的控制器都是PI控制器，而且PI参数都是固定的。但是根据自动控制原理可知，系统在不同运行状态下其性能是不一样的。原有程序的PI参数主要是在保证系统在额定输出时有较好的性能而设定，因此在小电流时，采用一样的PI参数其控制效果将较差，导致小电流时谐波较大，再加上电流接近零时，采样误差也会较大，控制参数不合理会使系统稳定性变差，最终导致系统输出电流畸变严重，漏电流超标。

3、改善措施

采用PI参数自整定的思想，小电流时采用另外一套PI参数，以改善输出电流谐波。目前该阀值为10A；并设置了5A的回差。即电流大于10A时，采用一套PI参数，当电流小于5A，采用另外一套PI参数。5A~10A之间，则保持使用前一阶段的PI参数不变。

经过分析可知，输出电流小时，主要是在电梯启动和停止前后，此时电梯回馈的能量较小，直流母线电压波动较大；而直流母线电压波动会影响调制比，根据基本的控制原理可知：调制比增大会增加输出电流谐波。实际调试发现原程序中电压环的P参数过大，导致直流母线电压波动较大。所以在小电流时，减少电压环中的P参数，经过调试把P参数调小到原来的三分之二，I参数保持不变，控制效果最好。

软件具体实现流程如下图所示：

图3

（Pn为当前周期的电压环P参数，Pn-1为上个周期的电压环P参数，I为电流环I参数。）

4、改善前后对比

经过如上述参数的修改，实际测试漏电流为292mA，数值明显下降，但是比没有启动能量回馈装置时还超出64mA，而且再调整PI参数效果也不再明显。因此考虑通过硬件方面修改，于是在输出端再增加一个磁环，增加的磁环相当于一个电感，通过电感对高频信号的抑制能力，降低高频电流谐波，从而进一步降低漏电流。增加磁环后的实际测试漏电流为237mA，只比没有启动能量回馈装置时大7mA。

5、改善效果及影响

PI参数自整定的方法在电流大时，还是保持原来的参数，不会影响原有的额定电流谐波及稳定性；而小电流时，采用整定后的参数，系统将更加稳定，电流谐波也减少。因此对PI参数进行分阶段调整不会对系统产生不良影响。此外，输出端增加一个磁环也增强系统的稳定性。

经过上述改善后，能量回馈装置回馈能量至电网时，电梯系统在0至100KHz频段漏电流与不带能量回馈装置时相近，因此，不会对电网质量及设备的安全性产生额外的影响。

参考文献：

[1]电梯能量回馈装置GB_T32271-2015.