阅读说明：本技术 一种高压变频器工频切换至变频的无电抗器控制方法 (reactor-free control method for switching power frequency of high-voltage frequency converter to frequency conversion ) 是由 勾立争 杨美霞 郝亚川 干永革 姜廷阳 傅永伟 于 2019-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高压变频器工频切换至变频的无电抗器控制方法,属于电力电子领域。该方法是用电压检测模块检测电机定子电压信号,并对其进行锁相计算,得到电机定子侧的电压幅值和角度,得到切换指令时,采用先断开工频接触器,后闭合变频接触器的控制方式；变频器根据检测到的电机定子电压的幅值,调整三相输出基波初相角和叠加三次谐波初相角及幅值、调制度,实现输出电流无冲击的控制。本发明能够在无输出电抗器的条件下实现平滑无扰切换,降低设备成本；无需变频器与工频电源的同期运行控制,实现快速切换。(The invention relates to a reactor-free control method for switching power frequency of a high-voltage frequency converter to frequency conversion, belonging to the field of power electronics. The method comprises the steps that a voltage detection module is used for detecting a motor stator voltage signal, phase-locking calculation is carried out on the motor stator voltage signal to obtain a voltage amplitude and an angle of a motor stator side, and when a switching instruction is obtained, a control mode that a power frequency contactor is firstly opened and then a variable frequency contactor is closed is adopted; the frequency converter adjusts the three-phase output fundamental wave initial phase angle and the superposed third harmonic initial phase angle, the amplitude and the modulation degree according to the detected amplitude of the motor stator voltage, and realizes the control of output current without impact. The invention can realize smooth undisturbed switching under the condition of no output reactor, thereby reducing the equipment cost; synchronous operation control of the frequency converter and the power frequency power supply is not needed, and rapid switching is achieved.)

一种高压变频器工频切换至变频的无电抗器控制方法

技术领域

本发明属于电力电子领域，涉及一种高压变频器工频切换至变频的无电抗器控制方法，适用于类似拖动交流旋转电机的变频器控制系统。

背景技术

高压变频器采用多电平串联倍压的方式，具备优质的可变频变压(VVVF)的正弦电压和正弦电流的完美输出。但其电力电子器件组成复杂，需要定时检修或不定时维修，因而需要工频侧与变频器之间进行不定时的切换，为避免反复停机造成巨大经济损失，高压变频器与工频电源间需要可靠的无扰切换技术。

目前已具备多种工频无扰切换的方法，常用的为热切换方式，这种方式需要变频器与工频的同期过程，需加装输出电抗器，控制复杂，设备成本高；为避免同期控制的难度，减少电抗器成本，对于变频切换至工频的控制方法，已有多种成熟的方式，本发明不再涉及；对于工频切换至变频的控制方法，有的采用工频电源断开后，变频器进行飞车启动的方式，这种方法通常切换速度慢，易造成较大的负载扰动。

因此，亟需一种既不需要输出电抗器，又能简单快速实现工频运行切换至高压变频器运行的控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高压变频器工频切换至变频的无电抗器控制方法，该方法利用电机定子电压的检测信号调整变频器的输出，使得切换时达到无电流冲击，无转速扰动的控制效果。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高压变频器工频切换至变频的无电抗器控制方法，具体包括以下步骤：

S1：得到切换指令时，启动变频器至就绪状态；

S2：用电压检测模块检测电机定子电压信号，对检测到的电压信号进行锁相计算，得到电机定子的实际频率F_reqm、三相基波电压角度θ_m和电压幅值U_m；

S3：对检测信号进行补偿，预估投入PWM计算的变频器输出调制度m和电压基波相角θ_inv；

S4：断开工频接触器；

S5：闭合变频器接触器；

S6：使能输出脉冲，进入变频控制。

进一步，所述步骤S1中，所述就绪状态为：变频器所有单元充电复位完成，控制器保持电力电子器件为全关断状态，并随时对其进行脉冲控制，使变频器输出指定电压信号。

进一步，所述步骤S2具体包括：采集电机定子电压A相U_ma和B相U_mb，采用软件锁相环算法得到工频电压信号的实际频率F_reqm和三相基波电压角度θ_m，采用三相有效值算法得到电压幅值U_m。

进一步，所述步骤S3中，预估变频器输出调制度为m＝U_m/U_dc，其中U_dc为三相直流母线电压平均值，U_m为采用三相有效值算法得到电压幅值；预估变频器输出电压角度为θ_inv＝θ_m+θ_comp，其中θ_comp为一个开关周期时长的角度；预估输出频率为F_reqm。

进一步，所述步骤S4中，所述工频接触器为工频电源连接至电机的接触器。

进一步，所述步骤S5中，所述变频接触器为变频器输出连接至电机的接触器。

进一步，所述步骤S6中，进入变频控制包括：保持输出频率不变，输出调制度按照VF曲线计算的电压幅值为目标斜坡线性改变，输出调制度到达VF曲线时，输出电压和频率按照常规运行模式运行至目标转速。

进一步，适用于所述方法的一种高压变频器工频切换至变频的无电抗器控制系统，包括电压检测模块、信号处理和PWM计算模块、IO控制模块；

所述电压检测模块，用于检测电机定子电压A相U_ma和B相U_mb；

所述信号处理和PWM计算模块，对检测到的电压信号进行锁相计算，对变频器输出电压幅值、角度进行预估计算，最后输出合适的PWM脉冲驱动变频器中的H桥功率单元模块；

所述IO控制模块，进行接触器状态的检测和控制，根据切换需求进行相应的切换动作。

本发明的有益效果在于：本发明所述控制方法可以实现在无输出电抗器时工频电源平滑切换至变频器供电，节省设备空间和成本；控制简单，无需工频电源与变频器的同期控制，实现快速切换。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明所述的切换控制系统示意图；

图2为本发明所述的切换控制方法流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1～图2，图1为本发明优选实施例中高压变频器工频切换至变频的控制系统，工频电源为10kV电源，变频器为8级H桥单元级联高压变频器，H桥单元输入为660V交流电压，拖动2000kW电机，控制系统包括电压检测模块、信号处理和PWM计算模块、IO控制模块。

电压检测模块，检测电机定子电压A相U_ma和B相U_mb；

信号处理和PWM计算模块，对检测到的电压信号进行锁相计算，对变频器输出电压幅值、角度进行预估计算，最后输出合适的PWM脉冲驱动变频器中的H桥功率单元模块；

IO控制模块，进行接触器状态的检测和控制，根据切换需求进行相应的切换动作。

图2是本实施例中工频电源平滑切换至高压变频器采用的控制方法流程图，包括以下步骤：

步骤一：得到切换指令时，闭合KM1，启动变频器至就绪状态，就绪时同时进行步骤二和步骤三，并禁止脉冲输出，保持电力电子器件为全关断状态。

步骤二：采集电机定子电压U_ma和U_mb，采用软件锁相环算法得到三相基波电压角度θ_m和工频电压频率F_reqm，采用三相有效值算法得到电压幅值U_acm。

步骤三：预估输出变频器的输出调制度为m＝U_m/U_dc，其中U_dc为三相直流母线电压平均值，预估输出变频电压角度为θ_inv＝θ_m+θ_comp，其中θ_comp为一个开关周期时长的角度，预估输出频率为F_reqm。

步骤四：控制系统接收到就绪状态后1s发送工频接触器断开指令，断开工频接触器KM3退出工频运行。

步骤五：控制系统接收到工频接触器KM3断开状态后，再闭合变频接触器KM2投入变频器。

步骤六：控制系统接收到变频接触器KM2闭合状态后，使能脉冲输出，按照步骤二和步骤三的结果输出PWM脉冲，进入变频器控制，此时一般电机电压幅值已降至正常运行电压以下，因此做下述调整：

保持输出频率不变，输出调制度按照VF曲线计算的电压幅值为目标斜坡线性改变，输出调制度到达VF曲线时，输出电压和频率按照常规运行模式运行至目标转速。

本实施例所述控制方法切换过程中电机冲击电流不超过额定的1.2倍，切换时间约180ms，约等于变频接触器KM2的合闸时间与PLC刷新周期时间之和。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。