一种智能型变频器直流支撑控制器及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能型变频器直流支撑控制器及控制方法，包括供电部分、核心控制系统及微处理器、继电器输出控制部分、状态检测部分、直流电压电流测量部分、外部可控硅控制部分和对变频器的输入三相交流电压采集部分，电压采集部分和/或直流电压电流测量部分识别电压波动信号后传输至核心控制系统内，对变频器的直流输出电压值判定以及将变频器的直流输出电压和直流母线电压差值进行比较；当压差值满足预设值时，控制外部可控硅导通，直流母线为变频器提供直流能量；当变频器的直流输出电压值降低到允许值时输出复归变频器故障信号控制重新启动变频器，控制方法合理、简单、易实现，可靠性高，有利于提高电路效率，使电压扰动检测更全面。
【专利说明】
一种智能型变频器直流支撑控制器及其控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种控制器，具体涉及一种智能型变频器直流支撑控制器及其控制方法，属于电气设备领域。
【背景技术】
[0002]如附图1所示，目前所使用的技术方案中主要包含状态检测(开入量)，直流电压采集和检测，可控硅控制以及继电器输出控制直流接触器，电源模块和显示接口电路几个部分。
[0003]其中状态检测(开入量)主要检测变频器的运行状态和母线电压状态。IN_Str是通过开入量来检测变频器是否运行的状态检测，IN_Volt是通过电压继电器来检测母线电压状态。当变频器运行时，与变频器运行相关联的继电器接点输入到I IN中，当变频器运行，继电器干接点闭合，IlN检测到电平变化，使输入信号IN_Str状态发生变化，从而微处理器检测到变频器运行。当外部电压正常，电压检测继电器的接点闭合，使I2N电平发生变化，输入信号IN_Volt电平也发生变化，微处理器检测电压正常。当两个信号发生相反电平变化，则微处理器认为变频器停车或母线电压下降。以上方案存在以下几个缺点:(I)电压扰动判断采用外部电压继电器检测，存在电压检测门槛不可调节，继电器动作具有延时的问题，智能检测缓慢扰动变化，无法检测突变扰动；(2)无法检测变频器过压跳闸，同时变频器过压跳闸时无法对变频器实现再启动，造成变频器的电压扰动支撑条件不全面；(3)对变频器直流支撑时，无放电电流检测，如果直流支撑过程总存在过流等问题，无法解决，可能造成直流支撑电源或后备电源损坏；(4)控制器无法与智能监控终端进行数据交换，不具备智能化手段(无通讯功能)。
【发明内容】
[0004]针对上述存在的技术问题，本发明的目的是:提出了一种智能型变频器直流支撑控制器，既能实现电压突变扰动监测也能实现对电压缓慢变化扰动监测，同时电压检测的门槛可通过参数设定灵活调整。
[0005]本发明的技术解决方案是这样实现的:一种智能型变频器直流支撑控制器，包括为所述所述控制器供电的供电部分、核心控制系统及微处理器、继电器输出控制部分、变频器状态检测部分、外部可控硅控制部分、对变频器输入的三相交流电压采集部分和变频器直流电压电流测量部分，所述三相交流电压采集部分、变频器直流电压电流测量部分分别与所述核心控制系统及微处理器电性连接。
[0006]优选的，所述控制器还包括与外部智能设备进行数据通讯和与外设中端显示屏进行连接的通讯及显示接口部分;所述通讯及显示接口部分与所述核心控制系统及微处理器电性连接。
[0007]优选的，所述核心控制系统及微处理器主要包括微处理器，实时时钟，模数转换器、看门狗电路和非易失性存储器。
[0008]本发明的另一个目的是提出一种智能型变频器直流支撑控制器的控制方法，控制方法合理、简单、易实现，可靠性高，有利于提高电路效率，使电压扰动检测更全面，包括电压采样步骤、判定步骤和输出控制步骤；
[0009]电压采样步骤:当变频器运行过程中电压降低或过高造成变频器停机时，变频器输入的三相交流电压采集部分和/或变频器直流电压电流测量部分自动识别出电压波动信号；
[0010]判定步骤:上述电压波动信号传输至核心控制系统及微处理器内，对变频器的直流输出电压值进行判定以及将变频器的直流输出电压和直流母线电压差值进行比较；
[0011 ]输出控制步骤:当上述压差值满足预设值时，自动控制外部可控硅控制部分控制外部可控硅导通，使直流母线为变频器提供直流能量；当上述变频器的直流输出电压值降低到允许值时输出复归变频器故障信号至继电器输出控制部分，从而控制重新启动变频器。
[0012]由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:
[0013]本发明的智能型变频器直流支撑控制器及其控制方法，该控制器既能实现电压突变扰动监测，也能实现对电压缓慢变化扰动监测，使电压扰动检测更全面;而且支持变频器在过压跳闸无法实现直流支撑时的变频器再启动，支持直流支撑时直流放电电流的检测，过流时关断支撑，避免损坏设备，控制方法合理、简单、易实现，可靠性高，有利于提高电路效率。
【附图说明】
[0014]下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明:
[0015]附图1为现有技术的变频器直流支撑控制器构成结构示意框图；
[0016]附图2为本发明的智能型变频器直流支撑控制器构成结构示意框图；
[0017]附图3为本发明的智能型变频器直流支撑控制器的控制方式框图；
[0018]附图4为本发明的控制器主程序逻辑框图；
[0019]附图5为本发明的控制器控制充电逻辑框图；
[0020]附图6为本发明的控制器扰动判断逻辑框图；
[0021 ]附图7为本发明的控制器差压投切逻辑框图；
[0022]附图8为本发明的控制器再启动控制逻辑框图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图来说明本发明。
[0024]附图1为现有技术的变频器直流支撑控制器构成结构示意框图；
[0025]如附图2所示的为本发明所述的智能型变频器直流支撑控制器，分为八大部分，(a)继电器输出控制部分；(b)变频器状态检测部分；(C)变频器交流母线电压采集部分；(d)外部可控硅控制部分；(e)变频器直流电压电流测量部分；(f)装置供电电源部分；(g)通讯及显示接口部分；(h)核心控制电路及微处理器部分。
[0026]本发明的智能型变频器直流支撑控制器的控制方法，包括电压采样步骤、判定步骤和输出控制步骤；电压采样步骤:当变频器运行过程中电压降低或过高造成变频器停机时，变频器输入的三相交流电压采集部分和/或变频器直流电压电流测量部分自动识别出电压波动信号;判定步骤:上述电压波动信号传输至核心控制系统及微处理器内，对变频器的直流输出电压值进行判定以及将变频器的直流输出电压和直流母线电压差值进行比较；输出控制步骤:当上述压差值满足预设值时，自动控制外部可控硅控制部分控制外部可控硅导通，使直流母线为变频器提供直流能量;当上述变频器的直流输出电压值降低到允许值时输出复归变频器故障信号至继电器输出控制部分，从而控制重新启动变频器。
[0027]如附图2、3、7所示，继电器输出控制部分，用于控制变频器的启停以及控制外部可控硅的通断，与核心控制电路和微处理器部分电性连接。
[0028]具体通过以下具体方式实现:通过对Jl，J2，J3三个继电器进行控制，控制信号分别为0UT_Str，0UT_FGERR，0UT_KM。其中0UT_Str控制继电器JI的接点，用于重新启动变频器输出信号，其继电器接点接入到变频器的启动输入信号中；0UT_FGERR控制继电器J2的接点，用于复归变频器的故障信号，其继电器接点接入到变频器的复归故障信号输入中；0UT_KM控制继电器J3的接点，用于控制接触器KM，KM是控制外部可控硅关断的接触器。当外部可控硅需要关断时，先程序先控制0UT_KM信号，使继电器J3接点闭合，触发接触器KM主触点闭合，然后关断可控硅，然后经过一定延时再控制0UT_KM信号，使继电器J3断开接点，从而使KM释放主触点。
[0029]如附图7所示，差压投切控制逻辑中，当逻辑需要控制0UT_SCR关断可控硅，来切断后备直流电压对变频器直流支撑时，先控制0UT_KM信号使J3闭合，从而使KM主触点闭合(夕卜部控制可见附图2)。疆主触点闭合后，0UT_SCR关断可控硅，然后再控制0UT_KM信号使J3断开，使接触器KM主触点分开。其主要目的是满足可控硅的关断条件。
[0030]变频器状态检测部分，用于检测变频器的运行状态和故障状态，主要通过两个开入量检测信号IN_Str和IN_ERR，分别检测变频器的运行状态和故障状态，变频器的运行信号输出接点接入到开入量INl中，变频器的故障信号输出接点接入到开入量IN2中。当INl信号从“分”状态变为“合”状态，通过光耦隔离IN_Str会有电平的变化，微处理器检测到这个信号变化，就会检测出变频器由“停车”状态变为“运行”状态。当IN2信号从“分”状态变为“合”状态，通过光耦隔离IN_ERR会有电平的变化，微处理器检测到这个信号变化，就会检测出变频器由“正常”状态变为“故障”状态。由于INl，IN2采集的信号为继电器干接点，因此外弓I24V作为状态检测的电源。
[0031]如附图5、8所示，在充电逻辑中，IN_Str必须为“I”状态，即为变频器处于运行状态；IN_ERR必须为“O”状态，即为变频器无故障。两种状态同时满足，才能进行下一步的判断，否则将无法进行充电准备。在再启动逻辑中，再启动先要判断IN_Str必须为“O”，状态，只有变频器已经处在停止运行状态下，再启动才有意义。再启动前，先判断变频器IN_ERR是否为“I”，如果未故障状态，则先输出0UT_FGERR信号，使J2继电器去复归ERR状态，如果成功则使0UT_Str输出控制Jl使变频器再启动。如果IN_ERR为“分”状态，那么直接使0UT_Str输出控制Jl使变频器再启动。再启动是否成功，还要看输出Jl启动信号后，判断IN_Str是否为“I”，不为“I”则启动变频器失败。
[0032]如附图2、4、5、6变频器交流母线电压检测部分，主要负责检测变频器的输入三相交流电压UA，UB，UC，电压UA，UB，UC经过电压变送器T1，T2，降低为控制器所能接受的弱电信号AUab，AUbc，进入到核心处理电路及微处理器中的模拟数字转换器(ADC)中，进行模数转换，变成处理器能够识别并运算的信号。电压信号UAB，UBC作为扰动判断的主要依据，分为突变扰动和缓慢扰动两种，突变扰动采用采样信号的数字量进行直接判断，而缓慢扰动则将其通过傅里叶变换计算出幅值后，进行判断。同时，在程序进行判断是否充电准备完成时，也需要判断变频器所工作的母线电压UAB，UBC是否在正常的范围内，如果母线电压不正常，则无法进行充电准备，下面的差压投切和再启动两个逻辑判断会自动停止判别。
[0033]如附图1所示，外部可控硅控制部分主要作用是经变频器交流母线电压检测部分检测得到变频器交流母线电压信号，传输至核心控制电路及微处理器部分，后判断出变频器的母线电压发生扰动，并且变频器的直流电压和外部直流母线电压的压差达到设定值后，触发外部可控硅导通，使外部直流系统给变频器提供直流电支撑。当在设定时间内外部交流电压恢复正常，则发出关断触发脉冲使可控硅关断，变频器由外部交流系统供电。可控硅触发电路主要控制K，G两个对外端子，当0UT_SCR电平变化发出导通可控硅控制信号时，G对K输出正向触发脉冲；当0UT_SCR电平变化发出关断可控硅控制信号时，G对K输出负向触发脉冲。
[0034]变频器直流电压电流测量部分，主要检测变频器直流电压UDCl，后备直流母线电压UDC2以及当可控硅触发导通后，后备直流母线对变频器直流放电电流IDC，备用支撑直流电源对变频器提供支撑时的放电电流(采用外置霍尔电流传感器，将电流变化成弱电压信号进入到控制器进行采集与计算)。在附图6的差压投切中，UDCl，UDC2都是判断投切的基本条件，满足投切条件后，控制可控硅进行导通后，还要监视直流电压IDC是否存在过流，如果过流则会自动控制0UT_SCR关断可控硅，结束后备直流电压对变频器的直流支撑。
[0035]如附图1所示的变频器直流电压UDCl的电压取自端子K和A。端子K接变频器电压正极，端子A接变频器电压负极。备用支撑直流电源电压UDC2电压采自端子P+和P-，其中P+接后备直流母线电压正极，P-接后备直流母线电压负极。同时P+，P-也作为控制器的电源输入端子。直流电压测量采用电阻限流(R4和R6)转换成电流信号，并经过线性光耦隔离，再变换成电压信号(R5，R7)，电压信号进入到核心处理电路的模数转换器(ADC)，微处理器进行采样，计算供逻辑判断软件使用。直流电流IDC采集自外置直流电流霍尔传感器，霍尔传感器将电流信号转换成弱电压信号，通过端子IDC+和IDC-接入到控制器内，控制器将采用运放A进行再次处理后，变换成AIdc进入到核心处理电路的模数转换器(ADC)，微处理器进行采样，计算供逻辑判断软件使用。
[0036]本发明可以通过控制信号0UT_Str和0UT_ERR，以及检测的变频器状态信息IN_Str和IN_ERR，在设定时间内如果变频器直流电压UDCl恢复且交流母线电压UAB，UBC正常后，迅速的启动变频器，解决现有技术的变频器由于过压而造成停车时，由于此时变频器的直流电压UDCl高于后备直流支撑电压UDC2，直流支撑系统无法对变频器进行直流支撑的技术问题。
[0037]通过上述方案得出，本发明支持变频器在过压跳闸无法实现直流支撑时的变频器再启动。
[0038]在后备直流电源对变频器进行直流支撑时检测了放电电流(直流电流IDC)。其中IDC的过流门限可通过通讯或者显示菜单设置，如果在对变频器直流支撑过程中发生了直流过流，则迅速的关断可控硅，关断对变频器的直流支撑，避免支撑过程中由于负载过大引起后备电源损坏或导致变频器过流而引起变频器故障等问题，支持直流支撑时直流放电电流的检测，过流时关断支撑，避免损坏设备。
[0039]装置供电电源部分，主要取自端子P+和P-，端子P+接入直流后备母线的正极，端子P-接入直流后备母线的负极。装置电源模块采用宽范围输入的DC/DC变换模块，将外部高电压变换成供控制器使用的电源电压。
[0040]通讯及显示接口部分，通讯接口主要负责控制器和外部智能设备进行数据通讯，通讯口采用RS485半双工通讯方式，支持标准的M0DBUS-RTU通讯协议。显示部分接口电路，主要与外设中端显示屏进行连接，可以支持各种通讯协议，方便使用使用人员进行参数设置，查询运行数据和各种数据信息。
[0041 ] 通讯及显示接口部分是将控制器所采集的交流电压UAB，UBC，直流电压UDCl，UDC2和IDC，以及变频器运行信息的IN_Str，IN_ERR都可以通过通讯协议上传到智能监控终端，同时，智能监控终端还可以通过通讯来设置差压的投切定值，再启动变频器参数等配置信息。控制器还可以将差压投切，再启动变频器等动作信息传送到智能监控终端。通讯模块是控制器实现远程监视、远程控制以及智能化的手段。本发明支持网络通讯，实现控制器的智能化和网络化。
[0042]核心控制电路及微处理器部分，主要包括微处理器，实时时钟(RTC)，模数转换器(ADC)，看门狗(watchdog)电路，非易失性存储器等系统电路。其主要作用是支持微处理器进行软件运行提供基础的硬件平台。
[0043]当变频器在运行时电压降低，该控制器可自动识别出电压波动，并根据变频器的直流输出电压和直流母线电压差值进行比较，满足投入条件时自动控制外部SCR(可控硅)导通，使直流母线为变频器提供的直流能量，保证变频器在电压降低的情况下继续可靠运行。同时，在变频器运行时电压过高造成变频器停机时，该控制器控制可判断变频器直流电压降低到允许值时输出复归变频器故障信号，并重新启动变频器，保证变频器连续运行。
[0044]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种智能型变频器直流支撑控制器，包括为所述所述控制器供电的供电部分、核心控制系统及微处理器、继电器输出控制部分、变频器状态检测部分和外部可控硅控制部分，其特征在于:还包括对变频器输入的三相交流电压采集部分和变频器直流电压电流测量部分，所述三相交流电压采集部分、变频器直流电压电流测量部分分别与所述核心控制系统及微处理器电性连接。2.根据权利要求1所述的智能型变频器直流支撑控制器，其特征在于:所述控制器还包括与外部智能设备进行数据通讯和与外设中端显示屏进行连接的通讯及显示接口部分;所述通讯及显示接口部分与所述核心控制系统及微处理器电性连接。3.根据权利要求1或2所述的智能型变频器直流支撑控制器，其特征在于:所述核心控制系统及微处理器主要包括微处理器，实时时钟，模数转换器、看门狗电路和非易失性存储器。4.如权利要求3所述的智能型变频器直流支撑控制器的控制方法，其特征在于:包括电压采样步骤、判定步骤和输出控制步骤； 电压采样步骤:当变频器运行过程中电压降低或过高造成变频器停机时，变频器输入的三相交流电压采集部分和/或变频器直流电压电流测量部分自动识别出电压波动信号； 判定步骤:上述电压波动信号传输至核心控制系统及微处理器内，对变频器的直流输出电压值进行判定以及将变频器的直流输出电压和直流母线电压差值进行比较； 输出控制步骤:当上述压差值满足预设值时，自动控制外部可控硅控制部分控制外部可控硅导通，使直流母线为变频器提供直流能量；当上述变频器的直流输出电压值降低到允许值时输出复归变频器故障信号至继电器输出控制部分，从而控制重新启动变频器。
【文档编号】G05B19/042GK105843126SQ201610307502
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】姜万东, 王晓堃, 瞿苏寒, 周海涛, 沈克明, 罗吉泽
【申请人】江苏国网自控科技股份有限公司