可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供的可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统，包括与交流电网连接的无刷双馈电机及与该无刷双馈电机转轴相连的机械负载、双台背靠背式结构PWM变流装置及其变流控制器，以及双套电流检测模块、直流电压检测模块和电网电压检测模块，还包括主控制器人机交互界面。本发明可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统的有益效果是：变流器电流分配方案可由主控制器人机交互界面通过通讯端口下达也可由变流器之间通过协商解决，动态实时形成冗余结构的背靠背式PWM变流装置；装置中各变流器的电流给定值可根据各变流器的工作状态、故障情况和检修需求进行动态分配，实现不同运行状态之间的平滑切换和高度可靠运行。
【专利说明】可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无刷双馈电机调速系统，特别涉及一种可平滑切换的冗余型四象限无 刷双馈电机调速系统。
【背景技术】
[0002] 无刷双馈电机具有调速灵活、可四象限运行且功率变换器容量较低等优点，而且 不存在电刷和滑环的维护问题，具有广阔的应用前景。无刷双馈电机调速系统正向中高压 大容量方向发展，一旦出现突发性停机，将导致巨大的经济损失。目前，无刷双馈电机调速 系统的最薄弱之处在于背靠背PWM变流器的可靠性，一旦变流器中某一功率器件发生故 障，系统必然发生突发性停机，很难实现调速系统的高可靠性运行。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种可平滑切换的冗余型四象 限无刷双馈电机调速系统，通过采用具有冗余结构的背靠背式PWM变流装置及相应的控制 体系，实现无刷双馈电机调速系统，特别是中高压无刷双馈电机调速系统的连续不间断运 行。
[0004] 为达到上述目的，本发明可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统，包 括与交流电网连接的无刷双馈电机及与该无刷双馈电机转轴相连的机械负载、PWM变流装 置及其变流控制器，以及电流检测模块、直流电压检测模块和电网电压检测模块，PWM变流 装置及其变流控制器分别为双台背靠背式结构，电流检测模块、直流电压检测模块和电网 电压检测模块分别为双套，还包括主控制器，其中：
[0005] 电机侧第一变流器的交流端经第一电流检测模块连接到无刷双馈电机的控制绕 组，电机侧第二变流器的交流端经第二电流检测模块连接到无刷双馈电机的控制绕组，电 机侧第一变流器的直流端和电机侧第二变流器的直流端连接到各自的直流母线；电网侧第 一变流器的交流端经第三电流检测模块连接到工频电网，电网侧第二变流器的交流端经第 四电流检测模块连接到工频电网，电网侧第一变流器的直流端和电网侧第二变流器的直流 端连接到各自的直流母线；
[0006] 第一电流检测模块与电机侧第一变流控制器相连，第二电流检测模块与电机侧第 二变流控制器相连，第三电流检测模块与电网侧第一变流控制器相连，第四电流检测模块 与电网侧第二变流控制器相连；
[0007] 第一直流电压检测模块与电机侧第一变流器和电网侧第一变流器分别相连，第二 直流电压检测模块与电机侧第二变流器和电网侧第二变流器分别相连，第一电网电压检测 模块与电机侧第一变流器和电网侧第一变流器分别相连，第二电网电压检测模块与电机侧 第二变流器和电网侧第二变流器分别相连；
[0008] 电机侧第一变流控制器、电机侧第二变流控制器、电网侧第一变流控制器和电网 侧第二变流控制器与主控制器分别相连，主控制器设置各变流器电流分配方案，并通过各 变流控制器控制背靠背式PWM变流装置按所述电流分配方案的比例运行。
[0009] 可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统，其中所述电机侧第一变流器 11的直流端和电机侧第二变流器的直流端连接到同一直流母线；电网侧第一变流器21的 直流端和电网侧第二变流器的直流端连接到同一直流母线。
[0010] 可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统，其中所述主控制器通过通讯 端口指令变流器电流分配方案，动态实时形成电机侧第一变流器、电机侧第二变流器、电网 侧第一变流器和电网侧第二变流器的电流给定值，各变流控制器接收所述电流给定值控制 各变流器的四象限运行。
[0011] 可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统，其中所述主控制器控制在各 变流器中不同相的桥臂故障时，相应变流控制器指令所述变流器的未出现故障桥臂组合形 成一个完整的三相变流器，实现无刷双馈电机调速系统的冗余运行。
[0012] 可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统，其中所述主控制器控制在任 一所述电机侧变流器故障或任一台电网侧变流器故障时，相应变流控制器指令故障变流器 退出运行，实现无刷双馈电机调速系统的无扰动切换。
[0013] 本发明可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统的优点和积极效果是： 通过具有冗余结构的变流器结构及控制体系，实现了四象限无刷双馈电机调速系统在不同 运行状态之间的平滑切换和高度可靠运行。
[0014] 为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图对本发明进一 步详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为本发明可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统的结构框图。
【具体实施方式】
[0016] 本发明提供一种可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统，通过设计具 有冗余结构的背靠背式PWM变流装置、动态电流分配方案和变流器桥臂重构机制，实现四 象限无刷双馈电机调速系统的高可靠性运行。
[0017] 参照图1，本发明提供一种可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统，包 括与交流电网连接的无刷双馈电机及与该无刷双馈电机转轴相连的机械负载、PWM变流装 置及其变流控制器，以及电流检测模块、直流电压检测模块和电网电压检测模块。PWM变流 装置及其变流控制器分别为双台背靠背式结构，电流检测模块、直流电压检测模块和电网 电压检测模块分别为双套，还包括一主控制器。其中：
[0018] 电机侧第一变流器11的交流端经第一电流检测模块1连接到无刷双馈电机的控 制绕组，电机侧第二变流器12的交流端经第二电流检测模块2连接到无刷双馈电机的控制 绕组，电机侧第一变流器11的直流端和电机侧第二变流器12的直流端连接到各自的直流 母线；电网侧第一变流器21的交流端经第三电流检测模块3连接到工频电网，电网侧第二 变流器22的交流端经第四电流检测模块4连接到工频电网，电网侧第一变流器21的直流 端和电网侧第二变流器22的直流端连接到各自的直流母线。
[0019] 在本发明可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统另外的实施例中，电 机侧第一变流器11的直流端和电机侧第二变流器12的直流端连接到同一直流母线；电网 侧第一变流器21的直流端和电网侧第二变流器22的直流端连接到同一直流母线。
[0020] 第一电流检测模块1与电机侧第一变流控制器101相连，第二电流检测模块2与 电机侧第二变流控制器102相连，第三电流检测模块3与电网侧第一变流控制器201相连， 第四电流检测模块4与电网侧第二变流控制器202相连。
[0021] 变流器控制器采用转子磁链定向的矢量控制方法控制电机侧第一变流器11和电 机侧第二变流器12,采用电网电压定向的矢量控制方法控制电网侧第一变流器21和电网 侧第二变流器22。
[0022] 第一直流电压检测模块111与电机侧第一变流器101和电网侧第一变流器201分 别相连，第二直流电压检测模块112与电机侧第二变流器102和电网侧第二变流器202分 别相连，第一电网电压检测模块211与电机侧第一变流器101和电网侧第一变流器201分 别相连，第二电网电压检测模块212与电机侧第二变流器102和电网侧第二变流器202分 别相连。
[0023] 电机侧第一变流控制器101、电机侧第二变流控制器102、电网侧第一变流控制器 201和电网侧第二变流控制器202与主控制器分别相连，通过现场总线或其他通讯方式实 现各变流控制器和主控制器双向互联。
[0024] 主控制器设置各变流器电流分配方案，并通过各变流控制器控制背靠背式PWM变 流装置按该项电流分配方案的比例运行。各变流控制器接收电流给定值控制各变流器的四 象限运行。
[0025] 当全部变流器都能正常运行时，主控制器根据功率器件的工作状态合理分配电机 侧第一变流器11、电机侧第二变流器12的电流比例，或令其中一套运行、一套待机；系统可 根据功率器件的工作状态合理分配电网侧第一变流器21、电网侧第二变流器22的电流比 例，或令其中一套运行、一套待机。
[0026] 通过主控制器人机交互界面可下达强行停用某一变流器的工作，以满足检修和维 护的需要。
[0027] 以下进一步详细说明本发明实施例的具体工作过程。
[0028] 在现有无刷双馈电机调速系统的基础上，按照图1连接方式形成具有冗余结构的 背靠背式PWM变流装置。
[0029] 通过现场总线或其他通讯方式实现变流控制器和主控制器人机交互界面的双向 互联。
[0030] 通过在各变流器的温度敏感点上放置温度传感器，通过通讯互联与主控制器人机 交互界面实现通讯，从而将各变流器的温升数据送入主控制器人机交互界面。
【权利要求】
1. 一种可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统，包括与交流电网连接的无 刷双馈电机及与该无刷双馈电机转轴相连的机械负载、PWM变流装置及其变流控制器，以及 电流检测模块、直流电压检测模块和电网电压检测模块，其特征在于：所述PWM变流装置及 其变流控制器分别为双台背靠背式结构，所述电流检测模块、直流电压检测模块和电网电 压检测模块分别为双套，还包括主控制器，其中： 电机侧第一变流器（11)的交流端经第一电流检测模块（1)连接到无刷双馈电机的控 制绕组，电机侧第二变流器（12)的交流端经第二电流检测模块（2)连接到无刷双馈电机的 控制绕组，所述电机侧第一变流器（11)的直流端和电机侧第二变流器（12)的直流端连接 到各自的直流母线；电网侧第一变流器（21)的交流端经第三电流检测模块（3)连接到工 频电网，电网侧第二变流器（22)的交流端经第四电流检测模块（4)连接到工频电网，所述 电网侧第一变流器（21)的直流端和电网侧第二变流器（22)的直流端连接到各自的直流母 线. 所述第一电流检测模块（1)与电机侧第一变流控制器（101)相连，所述第二电流检测 模块⑵与电机侧第二变流控制器（102)相连，所述第三电流检测模块（3)与所述电网侧 第一变流控制器（201)相连，所述第四电流检测模块（4)与电网侧第二变流控制器（202) 相连； 第一直流电压检测模块（111)与所述电机侧第一变流器（101)和电网侧第一变流器 (201)分别相连，第二直流电压检测模块（112)与所述电机侧第二变流器（102)和电网侧第 二变流器（202)分别相连，第一电网电压检测模块（211)与所述电机侧第一变流器（101) 和电网侧第一变流器（201)分别相连，第二电网电压检测模块（212)与所述电机侧第二变 流器（102)和电网侧第二变流器（202)分别相连； 所述电机侧第一变流控制器（101)、电机侧第二变流控制器（102)、电网侧第一变流控 制器（201)和电网侧第二变流控制器（202)与所述主控制器分别相连，所述主控制器设置 各变流器电流分配方案，并通过各变流控制器控制背靠背式PWM变流装置按所述电流分配 方案的比例运行。
2. 根据权利要求1所述的可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统，其特征 在于：其中所述电机侧第一变流器（11)的直流端和电机侧第二变流器（12)的直流端连接 到同一直流母线；所述电网侧第一变流器（21)的直流端和电网侧第二变流器（22)的直流 端连接到同一直流母线。
3. 根据权利要求1或2所述的可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统，其 特征在于：其中所述主控制器通过通讯端口指令变流器电流分配方案，动态实时形成所述 电机侧第一变流器（11)、电机侧第二变流器（12)、电网侧第一变流器（21)和电网侧第二变 流器（22)的电流给定值，各变流控制器接收所述电流给定值控制各变流器的四象限运行。
4. 根据权利要求1或2所述的可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统，其 特征在于：其中所述主控制器控制在各变流器中不同相的桥臂故障时，相应变流控制器指 令所述变流器的未出现故障桥臂组合形成一个完整的三相变流器，实现无刷双馈电机调速 系统的冗余运行。
5. 根据权利要求1或2所述的可平滑切换的冗余型四象限无刷双馈电机调速系统，其 特征在于：其中所述主控制器控制在任一所述电机侧变流器故障或任一电网侧变流器故障
【文档编号】H02P27/08GK104113265SQ201410382239
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】张淼, 梁惠冰, 杨华 申请人:广东上水能源科技有限公司