一种高可靠性高压变频器的制作方法

本实用新型涉及高压变频器技术领域，尤其涉及一种高可靠性高压变频器。

背景技术：

随着电力电子技术的发展，变频器作为智能电控系统的重要组成部分，在国民经济的各个领域，如电力、水利、石化、冶金等行业发挥着越来越重要的作用。

我国工业化的快速发展促进了电动机制造与应用向高压大功率方向发展。高压电机往往是相应行业中的关键器件，而变频器作为高压电机的唯一电源，其可靠性成为制约生产的一大关键因素。

主控系统作为高压变频器的核心部分，对高压变频器的可靠性起决定性作用。常规设计的主控系统由电源回路、采样回路、控制回路等部分组成，电源回路故障、采样回路异常或控制回路失效都将导致变频器停机，造成生产系统重大事故，影响工况企业的正常生产秩序，严重时还将影响到相应的电力网络、油气管路等关系国计民生的基础设施的稳定运行。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种高可靠性高压变频器，通过采用备用的控制系统，满足了工况企业的生成需求，有效提高了高压变频器的可靠性，降低了变频器的非计划性停机的风险。

本实用新型提供了一种高可靠性高压变频器，包括：三相多副边绕组变压器、N个功率单元和主控系统；其中：

所述三相多副边绕组变压器的原边与三相电网的电压输出端相连，三相多副边绕组变压器副边的每一个绕组与一个功率单元相连，同相的功率单元串联；

所述主控系统包含两套或两套以上的控制系统，所述控制系统之间采用冗余控制机制，通过工业总线进行相互信息传输；

所述控制系统均由独立的光纤与所有功率单元相连。

优选地，所述每套控制系统均包括：供电电源、控制站、PLC组件和采样装置。

优选地，所述采样装置为霍尔传感器。

优选地，所述三相多副边绕组变压器的原边通过高压断路器与所述三相电网的电压输出端相连。

由上述方案可知，本实用新型提供的一种高可靠性高压变压器，主控系统包含两套或两套以上的控制系统，控制系统之间采用冗余控制机制，通过工业总线进行相互信息传输，当其中一套控制系统发生故障时，能够启用备用的控制系统进行工作，从而满足了工况企业的生成需求，有效提高了高压变频器的可靠性，降低了变频器的非计划性停机的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型公开的功率单元串联多电平型高压变频器的主电路拓扑结构图；

图2为本实用新型实施例一公开的一种高可靠性高压变频器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例二公开的一种高可靠性高压变频器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，为本实用新型公开的功率单元串联多电平型高压变频器的主电路拓扑结构图，目前普遍使用的级联型高压变频器的主回路主要由三相多副边绕组变压器1和若干个功率单元2组成。

如图2所示，为本实用新型实施例一公开的一种高可靠性高压变频器，包括：

三相多副边绕组变压器1、N个功率单元2和主控系统30；其中：

三相多副边绕组变压器1的原边与三相电网的电压输出端相连，三相多副边绕组变压器1副边的每一个绕组与一个功率单元2相连，同相的功率单元2串联；

主控系统30包含两套或两套以上的控制系统301，控制系统301之间采用冗余控制机制，通过工业总线进行相互信息传输；

控制系统301均由独立的光纤与所有功率单元2相连。

上述实施例的工作原理为：高压变频器在工作时，主控系统30中的其中一套控制系统301处于工作状态，对电网侧和电机侧的电压、电流进行检测，并通过光纤与每个功率单元2相连，对功率单元2进行控制。主控系统30中的每套控制系统301通过工业总线进行相互之间的通信，确保在变频器运行过程中每套控制系统301都能够完整的接收变频器的系统数据，当使能的控制系统301内部发生故障后，由于其他控制系统301实时监控变频器的运行状态和使能控制系统301的状态，所以能够直接接收控制权，按照相同的算法控制变频器继续运行，实现控制系统301之间的无扰动切换功能，控制变频器继续稳定运行。

由此可以看出，在上述实施例中，主控系统包含两套或两套以上的控制系统，控制系统之间采用冗余控制机制，通过工业总线进行相互信息传输，当其中一套控制系统发生故障时，能够启用备用的控制系统进行工作，从而满足了工况企业的生成需求，有效提高了高压变频器的可靠性，降低了变频器的非计划性停机的风险。

如图3所示，为本实用新型实施例二公开的一种高可靠性高压变频器，该实施例中以主控系统中包含三套控制系统为例，进行详细说明。

具体的高压变频器包含：三相多副边绕组变压器1、N个功率单元2和三套控制系统，第一套控制系统包含：第一供电电源(在图中未标示出)、第一控制站3、第一PLC组件6和第一采样装置(在图中未标示出)；第二套控制系统包含：第二供电电源(在图中未标示出)、第二控制站4、第二PLC组件7和第一采样装置(在图中未标示出)；第三套控制系统包含：第三供电电源(在图中未标示出)、第三控制站5、第三PLC组件8和第三采样装置(在图中未标示出)。

三相多副边绕组变压器1的原边通过高压断路器与三相电网的电压输出端相连，三相多副边绕组变压器1副边的每一个绕组与一个功率单元2相连，同相的功率单元2串联；

三套控制系统之间采用冗余控制机制，通过工业总线9进行相互信息传输；

控制系统均由独立的光纤与所有功率单元2相连。

在上述实施例中，为避免供电回路故障导致三套控制系统同时失效，本实施例对每套控制系统分别由一路独立的供电电源进行供电，每套控制系统中的供电电源只对对应控制系统中的控制站、PLC组件、采样装置，如霍尔传感器，进行供电，确保单套控制系统的独立性。显而易见的，单一供电电源故障只会引起它供电的该套控制系统失效，不会影响到其他两套控制系统。

每套控制系统都分别对电网侧和电机侧的电压、电流进行检测，并通过光纤分别与每个功率单元相连，对功率单元进行控制。三套控制系统通过工业总线9进行相互之间的通信，确保在变频器运行过程中每套控制系统都能够完整的接收变频器的系统数据。

三套控制系统之间通过硬接点定义控制系统编号，由1#控制系统使能时，其他两套控制系统处于热备用状态。三套控制系统按照预设的顺序进行循环切换使能，确保变频器运行期间始终只有一套控制系统在发送控制指令，提高变频器的运行稳定性。

针对变频器运行过程中三套控制系统之间的切换过程中可能出现的问题，本实用新型通过以下方法实现三套控制系统之间的无扰动切换：

在三套控制系统之间通过工业总线9互相连接通信，每套控制系统分别读取另外两套控制系统的数据，而不进行数据的写入操作。变频器运行时三套控制系统通过高速光纤进行时钟同步和控制周期同步策略获得仲裁机制所需的比较表决数据，得到可靠的仲裁结果，各控制站根据仲裁结果来决定自己运行是否正常。

当使能的控制系统内部发生故障后由于其他两套控制系统实时监控着变频器的运行状态和使能控制站的状态，所以能够直接接收控制权，按照相同的算法控制变频器继续运行，实现控制系统之间的无扰动切换功能，控制变频器继续稳定运行。

本实施例方法所述的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。