阅读说明：本技术 一种矩阵冗余型变频器系统 (Matrix redundancy type frequency converter system ) 是由 彭丽巧 王义增 彭丽敏 唐德军 于 2019-08-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种矩阵冗余型变频器系统,该系统包括：矩阵式变频器组和集成控制器,集成控制器与矩阵式变频器组之间连接通讯；矩阵式变频器组由多台变频器并联而成,各变频器的输入电压和输出电压等级相同；集成控制器,用于根据负载调整矩阵式变频器组中的变频器台数,以及计算生成控制波形并发送给矩阵式变频器组的每一台变频器,控制各台变频器的输出波形一致。本申请将多台变频器并联连接,组成矩阵式变频器组,通过集成控制器的控制作用,以并联、冗余协调的方式,满足大容量负载电机的需求,提高系统功率,组网过程中,根据系统所拖带的负载,冗余并联输出,可以提高系统的可靠性,保障产线正常运行。(The invention discloses a matrix redundancy type frequency converter system, which comprises: the matrix type frequency converter group and the integrated controller are connected and communicated; the matrix type frequency converter group is formed by connecting a plurality of frequency converters in parallel, and the input voltage and the output voltage of each frequency converter are the same in grade; and the integrated controller is used for adjusting the number of the frequency converters in the matrix frequency converter group according to the load, calculating and generating a control waveform and sending the control waveform to each frequency converter of the matrix frequency converter group, and controlling the output waveforms of the frequency converters to be consistent. This application will many converter parallel connection, constitute matrix converter group to control effect through integrated controller to parallelly connected, redundant coordinated mode satisfies the demand of large capacity load motor, improves system power, and the network deployment in-process, according to the load that the system dragged, the parallelly connected output of redundancy can improve the reliability of system, and the normal operating is produced to the guarantee.)

一种矩阵冗余型变频器系统

技术领域

本发明涉及变频器技术领域，特别涉及一种矩阵冗余型变频器系统。

背景技术

随着工业化和城市化飞速发展，能源约束、环境污染矛盾日益加剧。为了节能减排目标，提高能源利用效率，实现低碳经济，钢铁、有色金属、石油、化工、水泥等高耗能重化工业在国家的指导下，普遍关小(污染大、效率低得中小产线)上大(污染小、效率高的大型产线)。伴随单线产量越来越大，与之配套的电机功率也越来越大(如：钢厂高炉鼓风机、电厂给水泵、西气动输压缩机等)。而日益增大的产线能否长期正常运行、产线关键设备是否安全对企业的正常经营至关重要。其中，产线中的大容量动力电机，尤其关系整条生产线能否正常运行。生产过程中，重要电机的非正常停机，轻则造成整条生产线停产，再启动需耗费大量人力、物力；重则造成整条生产线彻底报废，给用户造成不可挽回的损失。因此，对为电机供电的电源提出了非常高的可靠性要求。

现有技术方案中，5MW及以上的大容量变频器中，通常在功率单元内采用多支IGBT并联，由于每个功率单元模块采用多支IGBT并联，因而受到桥臂并联器件开通与关断的一致性影响。当多支IGBT并联时，因为均流问题，IGBT并联桥出力小于IGBT支数与IGBT额定电流的乘积，且并联支数越多，效果越明显，因此依靠IGBT并联不能无限增大单变频器容量。而且，将多支IGBT并联，还会导致单个功率单元体积大、控制复杂，当其中的一个或多个IGBT出现问题时，整个功率单元，甚至是整台变频器必须停止工作，系统可靠性低。

发明内容

鉴于现有技术大容量变频器可靠性低的问题，提出了本发明的一种矩阵冗余型变频器系统，以便克服上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

依据本发明的一个方面，提供了一种矩阵冗余型变频器系统，该系统包括：矩阵式变频器组和集成控制器，所述集成控制器与所述矩阵式变频器组之间连接通讯；

所述矩阵式变频器组由多台变频器并联而成，各所述变频器的输入电压和输出电压等级相同；

所述集成控制器，用于根据负载调整所述矩阵式变频器组中的变频器台数，以及计算生成控制波形并发送给所述矩阵式变频器组的每一台变频器，控制各台变频器的输出波形一致。

可选地，所述集成控制器包括相同的两套，两套所述集成控制器之间以及每套集成控制器与所述矩阵式变频器组之间均连接通讯；工作时，其中的一套集成控制器作为主控制器，控制所述矩阵式变频器组工作，另外一套集成控制器作为冗余控制器，所述主控制器还将所述控制波形发送给所述冗余控制器，所述冗余控制器产生与所述主控制器相同的控制波形，以在所述主控制器故障时切换为主控制器，控制所述矩阵式变频器组工作。

可选地，两套所述集成控制器之间以及每套所述集成控制器与所述矩阵式变频器组之间均采用光纤总线连接通讯。

可选地，所述矩阵式变频器组中，每台所述变频器的输入侧和输出侧均配置有高压接触器。

可选地，所述矩阵式变频器组中，每台所述变频器的输出侧配置有高压刀闸。

可选地，所述矩阵式变频器组中，每台所述变频器的输出侧配置有输出电抗器。

可选地，所述矩阵式变频器组中，每台所述变频器均单独配置了输入电压采样装置和输出电流采样装置，并具有独立的自我保护功能。

可选地，所述矩阵式变频器组中，各台变频器为容量相同或不同的级联式变频器。

可选地，所述矩阵式变频器组中，各台所述变频器在接收到所述控制波形后，对所述控制波形进行时间补偿，并按照补偿修正后的控制波形运行。

可选地，所述矩阵式变频器组中，各台所述变频器将自身的运行状态发送给所述集成控制器，以使所述集成控制器根据负载协调是否启用该变频器。

综上所述，本发明的有益效果是：

将多台变频器并联连接，组成矩阵式变频器组，通过集成控制器的控制作用，根据负载调整矩阵式变频器组中组网的变频器台数，并使用统一的控制波形控制各变频器输出波形一致，从而以并联、冗余协调的方式，满足大容量负载电机的需求，提高系统功率，组网过程中，根据系统所拖带的负载，冗余并联输出，可以提高系统的可靠性，保障产线正常运行。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的一种矩阵冗余型变频器系统示意图；

图2为本发明另一个实施例提供的一种矩阵冗余型变频器系统示意图；

图3为本发明矩阵冗余型变频器系统中级联式变频器示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本发明的技术构思是：将多台变频器并联连接，组成矩阵式变频器组，通过集成控制器的控制作用，根据负载调整矩阵式变频器组中组网的变频器台数，并使用统一的控制波形控制各变频器输出波形一致，从而以并联、冗余协调的方式，满足大容量负载电机的需求，提高系统功率，组网过程中，根据系统所拖带的负载，冗余并联输出，可以提高系统的可靠性，保障产线正常运行。

图1为本发明一个实施例提供的一种矩阵冗余型变频器系统示意图，如图1所示，一种矩阵冗余型变频器系统，该系统包括：矩阵式变频器组和集成控制器，集成控制器与矩阵式变频器组之间连接通讯。

其中，矩阵式变频器组由多台变频器并联而成，各变频器的输入电压和输出电压等级相同。

集成控制器，用于根据负载调整矩阵式变频器组中的变频器台数，以及计算生成控制波形并发送给矩阵式变频器组的每一台变频器，控制各台变频器的输出波形一致。

本申请矩阵冗余型变频器系统，将多台变频器并联形成矩阵式变频器组，从而扩大了系统功率，能够满足拖动大容量电机负载的需求。集成控制器可根据负载状况，确定组网的变频器台数，并输出统一的控制波形控制各变频器输出波形一致，从而使各变频器输出电压幅值、频率、相位一致，以并联冗余的方式，灵活地为负载供电，并且，由于各变频器的输出电压幅值、频率、相位一致，也可以避免并联的变频器之间产生环流，可以有效确保冗余矩阵式变频器组的功率。

在本发明的一个实施例中，为满足大容量电机的需求，变压器为高压变频器，即电压在6KV以上。

图2为本发明另一个实施例提供的一种矩阵冗余型变频器系统示意图，由于本矩阵冗余型变频器系统中，集成控制器为系统的大脑，在系统中起着协调、同步各变频器参数、根据负载负荷控制矩阵式变频器组的变频器台数等重要作用，因此为保障该系统的可靠性，在图2所示实施例中采用了两套集成控制器A、B，组成集成控制器组。在图2所示实施例中，集成控制器包括相同的两套，两套集成控制器之间以及每套集成控制器与矩阵式变频器组之间均连接通讯。工作时，其中的一套集成控制器作为主控制器，控制矩阵式变频器组工作，另外一套集成控制器作为冗余控制器，主控制器还将控制波形发送给冗余控制器，冗余控制器产生与主控制器相同的控制波形，以在主控制器故障时切换为主控制器，控制矩阵式变频器组工作。

两套集成控制器之间无固定主从之分，可通过外部制定其一为主控制器，另一为冗余控制器。图2中，集成控制器A为主控制器，集成控制器B为冗余控制器。

优选地，在图2所示实施例中，两套集成控制器之间以及每套集成控制器与矩阵式变频器组之间均采用光纤总线连接通讯，以达到实时快速通讯的效果。

图3示出了本申请矩阵冗余型变频器系统所用变频器的一个实施例示意图，如图3所示，每台变频器均单独配置了输入电压采样装置和输出电流采样装置，并且，各变频器均具有独立的自我保护功能，从而，矩阵式变频器组中，各变频器相互独立，由每台变频器独立完成上电、下电及自我保护功能。

在本发明的一个实施例中，优选地，在矩阵式变频器组中，各台变频器在接收到控制波形后，对控制波形进行时间补偿，并按照补偿修正后的控制波形运行。通过时间补偿，可以减小集成控制器向各台变频器发送控制波形的时间差异，进一步提高控制波形的一致性，从而更可靠地保证各台变频器的输出波形一致，避免环流影响。

在本发明的一个实施例中，优选地，在矩阵式变频器组中，各台变频器还会主动将自身的运行状态发送给集成控制器，以使集成控制器根据负载协调是否启用该变频器。从而，各台变频器可根据自身运行状况选择组网或退网，组网过程中，集成控制器根据所拖带的负载电机的功率和在系统中的重要程度，选择冗余一台变频器或两台变频器，可以提高系统的可靠性，保障产线正常运行。

如图2所示，在矩阵式变频器组中，每台变频器的输入侧和输出侧均配置了高压接触器(如图2中KM11、KM11、KM21、KM22、KMn1、KMn2所示)，以方便变频器上下电、组网和退网。并且，在矩阵式变频器组中，每台变频器的输出侧还配置了具有明显断点的高压刀闸(如图2中QS11、QS21、QSn1所示)，从而方便负载电机运行时彻底与输出网络断开进行检修。而且，为了降低负载波动、升、降速时环流对矩阵式变频器组中变频器的影响，本系统还在各变频器的输出侧增设了输出电抗器(如图2中1号电抗器、2号电抗器、n号电抗器所示)，输出电抗器用于限制当某台变频器输入侧电压突然变化而出现的环流的快速变化或尖刺，从而最大程度地保证系统的可靠性，确保产线的正常生产。

以图2所示实施例说明本矩阵冗余型变频器系统的工作原理：

如图2所示，选择容量相同或容量不同的级联式变压器组成变频器矩阵式变频器组，各变频器并联连接，输入、输出电压等级相同。每台变频器根据自我运行状态将组网、退网信息上报集成控制器，由集成控制器根据所拖动的负载电机的载荷协调是否需要唤醒系统中的冗余变频器。

A、B两套集成控制器无固定主从之分，当两套集成控制器均在线运行时，两套均可实时并行接收、下发信号给各变频器。集成控制器A、B以外部触发信号选“主”，集成控制器A因外部信号触发被选为“主”后，即将“主”标志下发给各变频器。各变频器在中断中解析两套集成控制器传来的控制信号，并给与时间补偿，以保证各变频器输出波形一致。具体地，各变频器按照补偿修正后的“主”控制器信号控制变频器运行，摒弃非“主”控制器传来的信号，保证各变频器升、降速以及稳态运行时IGBT的通断控制信号一致，输出的电压波形在各变频器安全运行要求的范围中。当两套控制器中的一套出现故障退出或系统中仅有一套控制器时，剩余的一套控制器接收不到另外一套传来的信号，则快速自我调整为“主”控制器，并时刻监视系统中另一套集成控制器的回应。

综上所述，本申请通过将若干变频器并联组成矩阵式变频器组，在现有技术的基础上扩大了系统容量和功率，能够为单台大容量电机提供满足需求的变频电源。优选实施例中，系统采用两套集成控制器组成集成控制器组，集成控制器之间以及集成控制器与变频器间均采用光纤并行快速通讯，且在变频器的输出侧增设输出电抗器，以降低交流电源并网风险。矩阵式变频器组中多个变频器冗余组合，各变频器可随时组网、退网，以提高系统可靠性，从而降低产线系统运行的风险，保障产线正常运行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。