一种提高高压变频器变频切换到工频可靠性的控制系统与控制方法
阅读说明：本技术 一种提高高压变频器变频切换到工频可靠性的控制系统与控制方法 (Control system and control method for improving reliability of frequency conversion switching to power frequency of high-voltage frequency converter ) 是由 王晓文 郭兆静 徐帅 王振华 戚鹏 李禄 于 2021-06-18 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种提高高压变频器变频切换到工频可靠性的控制系统,包括高压变频器、输入接触器KM1、输出接触器KM2和旁路接触器KM3,高压变频器通过输入接触器KM1与电网相连,通过输出接触器KM2与电机相连,电机通过旁路接触器KM3与电网相连；所述高压变频器具备输入输出电压采样功能,变频器可通过PLC单独控制KM1、KM2、KM3分合闸；其中,所述高压变频器移相变压器输入侧为三相10kV高压交流电,高压变频器移相变压器输出侧包括24组三相690V交流电为功率单元供电,一组380V控制备用电,可通过为380V输出绕组供电使功率单元进线侧感应电压,进而可进行低压调试。本发明在参数测量时不需要高压上电,在切换工频时不会产生冲击电流,并且无需增加电抗器,成本低。(The invention provides a control system for improving the reliability of switching frequency conversion of a high-voltage frequency converter to power frequency, which comprises the high-voltage frequency converter, an input contactor KM1, an output contactor KM2 and a bypass contactor KM3, wherein the high-voltage frequency converter is connected with a power grid through the input contactor KM1 and is connected with a motor through the output contactor KM2, and the motor is connected with the power grid through the bypass contactor KM 3; the high-voltage frequency converter has an input and output voltage sampling function, and can be independently controlled to be switched on and off by KM1, KM2 and KM3 through a PLC (programmable logic controller); wherein, high-voltage inverter phase-shifting transformer input side is three-phase 10kV high voltage alternating current, and high-voltage inverter phase-shifting transformer output side includes that 24 three-phase 690V alternating currents are the power unit power supply, and a set of 380V control standby power, accessible make power unit inlet wire side induced voltage for 380V output winding power supply, and then can carry out the low pressure debugging. The invention does not need to be electrified at high voltage during parameter measurement, does not generate impact current during switching power frequency, does not need to increase a reactor and has low cost.)
技术领域
本发明涉及高压变频器变频转工频
技术领域
，具体为一种提高高压变频器变频切换到工频可靠性的控制系统与控制方法。背景技术
现阶段高压变频器变频无扰转工频方案主要有两种，方案一是先断开变频接触器KM2，再吸合工频接触器KM3；方案二如图1，是在变频器输出端增加一台电抗器，在变频切换工频时，先投入电抗器，再吸合工频接触器KM3，最后分开变频接触器KM2。方案一在切换过程中电机电源是不连续的，为防止分闸KM2时变频器驱动侧故障，会先封锁IGBT脉冲，停止变频器输出，再分 KM2，最后吸合KM3，从封锁脉冲到吸合KM3之间处于失控状态，KM3吸合时电机端的电压幅值和频率都会下降，从而导致工频电压与电机剩磁电压不一致，切换时会产生较大的冲击电流，可靠性差，对上级电网造成较大冲击，甚至拉垮电网。方案二由于增加了输出电抗器抑制切换时的冲击电流，可以做到切换时电机连续可靠运行，但此方案额外增加一台电抗器和配套接触器，造成变频器成本与体积的增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高高压变频器变频切换到工频可靠性的控制系统与控制方法，在参数测量阶段不需要高压电，具有较强的可靠性，且成本低、实用性强。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提高高压变频器变频切换到工频可靠性的控制系统，包括高压变频器、输入接触器KM1、输出接触器KM2和旁路接触器KM3，高压变频器通过输入接触器KM1与电网相连，通过输出接触器KM2与电机相连，电机通过旁路接触器KM3与电网相连。
优选的，所述高压变频器具备输入输出电压采样功能，变频器可通过PLC 单独控制KM1、KM2、KM3分合闸。
优选的，还包括有高压变频器移相变压器，其中，所述高压变频器移相变压器输入侧为三相10kV高压交流电，高压变频器移相变压器输出侧包括24 组三相690V交流电为功率单元供电，一组380V控制备用电，可通过为380V 输出绕组供电使功率单元进线侧感应电压，进而可进行低压调试。
一种提高高压变频器变频切换到工频可靠性的控制方法，包括如下步骤：
(1)高压变频器在启动之前，通过测试程序分别测量变频器封锁延迟时间ΔT1、变频接触器KM2分闸延迟时间ΔT2与旁路接触器KM3合闸延迟时间ΔT3，并通过人机交互界面将ΔT1、ΔT2、ΔT3设为定值，则变频器接到切换命令时，可通过软件计时分别发出变频器封锁、KM2分闸与KM3合闸命令，使变频器封锁、KM2分闸与KM3合闸同时完成；
(2)高压变频器运行中，接到变频切换至工频命令，调整变频器输出电压幅值、频率、相位与输入电压一致；
(3)根据步骤(1)测量的数据，分别发出变频器封锁输出、KM2分闸、 KM3合闸命令，使变频器封锁输出，同时完成变频接触器KM2分闸与旁路接触器KM3合闸动作。
优选的，所述步骤(1)中变频器封锁延迟时间ΔT1、变频接触器KM2分闸延迟时间ΔT2与旁路接触器KM3合闸延迟时间ΔT3的测量方法为：测试前在变频器的低压辅助绕组加三相低压电，使变压器的功率单元输入端带电，合闸KM1、KM2，分闸KM3，启动变频器运行到某一频率后进行测量；
测量变频器封锁延迟时间，从下发变频器封锁命令开始计时，到输出电压采样数据突变结束，计时为ΔT1；启动变频器运行到某一频率，测量KM2 分闸时间，从下发KM2分闸命令开始计时，到检测到KM2后电压采样数据突变结束，计时为ΔT2；保持KM2分闸状态，测试KM3合闸时间，从下发KM3 合闸命令到检测到输出电压采样数据突变结束，计时为ΔT3。
优选的，所述步骤(1)中，为保证接触器分合闸时间测量的准确性，在上述通过电压采样方式测量延迟时间的基础上，根据接触器分合闸时辅助触点的动作，通过PLC对延迟时间同时计时，与电压采样方式计时数据对比，排除无效数据，并且延时时间测量可做多次取均值。
优选的，所述步骤(1)中变频器封锁输出、KM2分闸、KM3合闸的过程为：当高压变频器运行中接到变频切换工频命令后，根据ΔT1、ΔT2、ΔT3 的大小，变频器顺序发出切换命令，如ΔT1<ΔT2<ΔT3，则主控系统在输出电压幅值、频率、相位都满足条件后，先发出KM3合闸命令，计时ΔT3-ΔT2 后，发出KM2合闸命令，再计时ΔT2-ΔT1后，发出变频器封锁命令，即能保证变频器封锁输出、KM2分闸、KM3合闸动作同时完成。
优选的，所述步骤(2)中输出电压相位调整的方法为：通过软件锁相环实时计算输出电压相位，当输出电压相位在变频器运行ΔT1、ΔT2、ΔT3较大值后匹配输入电压相位时满足切换要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明在不额外增加电抗器与任何其他硬件的前提下，实现了高压变频器变频运行无扰动切换到工频运行功能，解决切换过程对电网及电机的冲击电流问题，解决了增加电抗器方案的高成本大体积问题，具有较好的可靠性。
附图说明
图1为为现有技术中增加电抗器的结构示意图；
图2为本发明高压变频器变频切换工频的结构示意图；
图3为本发明移相变压器结构示意图；
图4为本发明的控制方法流程示意图；
图5为本发明测量延迟时间示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅结合附图2、3、4、5及具体实施例对本发明做进一步说明。
如附图2所示，一种提高高压变频器变频切换到工频可靠性的控制系统，包括高压变频器、输入接触器KM1、输出接触器KM2、旁路接触器KM3，高压变频器通过输入接触器KM1与电网相连，通过输出接触器KM2与电机相连，电机通过旁通接触器KM3与电网相连。
进一步地，高压变频器具有输入输出电压采样功能，采集的数据传输到主控系统可解析出频率、幅值、相位等关键信息。
高压变频器移相变压器的结构示意图如图3所示，输入侧为三相10kV高压交流电，输出侧包括24组三相690V交流电为功率单元供电，一组380V控制备用电，可通过为380V输出绕组供电使功率单元进线侧感应电压，进而可进行低压调试。
高压变频器主控系统可通过遥控命令控制PLC分别控制KM1、KM2、KM3 的分合闸。
一种提高高压变频器变频切换到工频可靠性的控制方法，如图4所示，包括如下步骤：
(1)高压变频器在启动之前，在低压调试阶段，将无扰变频转工频功能投入，先进行变频器封锁输出、KM2分闸、KM3合闸延时时间的测量。通过测量程序分别测量变频器封锁延迟时间ΔT1、变频接触器KM2分闸延迟时间Δ T2与旁路接触器KM3合闸延迟时间ΔT3，并通过人机交互界面将ΔT1、ΔT2、ΔT3设为定值，则变频器接到切换命令时，主控系统可通过软件计时分别发出变频器封锁、KM2分闸与KM3合闸命令，使变频器封锁、KM2分闸与KM3合闸同时完成。
本发明所述变频切换工频控制方法需要精确的延迟时间数据，本发明实际测量方法如下：如图5所示，高压变频器输出电压采集点位置采样数据的变化可准确反映接触器分合闸动作，测试前将变频器加三相380V控制电，合闸KM1、KM2，分闸KM3，进入低压调试阶段，运行到5Hz。首先测量变频器封锁延迟时间，从下发变频器封锁命令开始计时，到输出电压采样数据突变结束，计时为ΔT1。重新启动变频器运行到5Hz，再测量KM2分闸时间，从下发KM2分闸命令开始计时，到检测到KM2后电压采样数据突变结束，计时为ΔT2。保持KM2分闸状态，再测试KM3合闸时间，从下发KM3合闸命令到检测到输出电压采样数据突变结束，计时为ΔT3。为保证接触器分合闸时间测量的准确性，在上述通过电压采样方式测量延迟时间的基础上，根据接触器分合闸时辅助触点的动作，通过PLC对延迟时间同时计时，与电压采样方式计时数据对比，排除无效数据，并且延时时间测量需做3次取均值，保证延迟时间测量的准确性。
延迟时间数据取得后，当高压变频器运行中接到变频切换工频命令后，根据ΔT1、ΔT2、ΔT3的大小，变频器顺序发出切换命令，如ΔT1<ΔT2<Δ T3，则主控系统在输出电压幅值、频率、相位都满足条件后，先发出KM3合闸命令，计时ΔT3-ΔT2后，发出KM2分闸命令，再计时ΔT2-ΔT1后，发出变频器封锁命令，即能保证变频器封锁输出、KM2分闸、KM3合闸动作同时完成。
(2)高压变频器运行中，将工频输入电压与变频输出电压实时采样，通过软件锁相环等实时计算电压幅值、频率和相位。当变频器接收到变频切换工频命令后，变频器主控系统调整输出电压，升频到50Hz，使其与输入电压幅值、频率保持一致，主控系统对输出电压相位实时计算，当输出电压相位在变频器运行ΔT1、ΔT2、ΔT3较大值后匹配输入电压相位时，按照步骤 (1)所述依次发出变频器封锁输出、KM2分闸、KM3合闸命令，则可使变频器封锁输出、KM2分闸、KM3合闸同时完成，切换到工频时电机电压幅值、频率、相位与工频对应较好，保证了电机的连续可靠运行，减少冲击，同时也避免了高压变频器与电网之间形成环流。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。