工变频切换电路、控制方法、系统、装置及可读存储介质与流程
本发明涉及电气传动领域，特别涉及一种工变频切换电路、控制方法、系统、装置及可读存储介质。
背景技术：
变频调速以其节能显著、控制方便的优点，在风机、泵类等通用机械的传动控制场合得到了广泛应用，在需要实现负载软启动的场合以及变频器需要维护时，会用到工变频切换来满足客户需求。
目前的工变频切换方案有以下两种：
一种是在工频电源和变频器中间加电抗器，该方案通过锁定电网相位，切换时工频电源和变频电源幅值和相位需要保持严格一致，同频同相后切断变频器的输出。由于该方案未考虑切换时变频器输出电流的变化，在负载电流较大时会出现切换时会对电网和负载产生一定的冲击电流，甚至会产生切换不通过的异常。该方案目前只支持切换前变频器在vf模式运行下切换，不支持变频器运行在开环矢量控制模式时的切换。
另一种是切换前变频器拖动负载以略高于电网频率运行，断开变频器输出，切入工频电源。由于该工变频切换方案是通过接触器完成，接触器动作完成需要一定的时间，切入工频时，负载转速有一定下降，转速降落与负载大小和接触器动作时间有关，该方案会对负载和电网产生较大的冲击电流。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种工变频切换电路、控制方法、系统、装置及可读存储介质，以减小切换时的冲击电流，提高系统的稳定性和设备的使用寿命。其具体方案如下：
一种工变频切换控制方法，应用于工变频切换电路，所述工变频切换电路包括工频电源，通过第一开关连接所述工频电源的负载，第一端通过第二开关连接所述工频电源的变频器，串联于所述变频器的第二端与所述负载之间的电抗器和第三开关，以及与所述电抗器并联的第四开关；所述工变频切换控制方法包括：
当接收到将所述负载的供电源由所述变频器切换为所述工频电源的命令，断开所述第四开关；
调节所述变频器的输出电压，使所述输出电压与所述工频电源的电压的相位差小于预设范围；
闭合所述第一开关；
调节所述变频器的输出电流，直至所述输出电流降为0；
断开所述第三开关；
封锁所述变频器的输出电压；
断开所述第二开关。
优选的，所述调节所述变频器的输出电流，直至所述输出电流降为0的过程，具体包括：
根据所述工频电源的电压对所述输出电流进行正交分解，得到第一电流和第二电流；其中，所述第一电流平行于所述工频电源的电压，所述第二电流垂直于所述工频电源的电压；
分别调节所述第一电流和所述第二电流均逐渐减小至0。
优选的，所述分别调节所述第一电流和所述第二电流均逐渐减小至0的过程，具体包括：
根据预设电流减小曲线，分别调节所述第一电流和所述第二电流均逐渐减小至0。
优选的，所述调节所述变频器的输出电压，使所述输出电压与所述工频电源的电压的相位差小于预设范围的过程，具体包括：
根据所述工频电源的电压对所述输出电压进行正交分解，得到第一电压和第二电压；其中，所述第一电压平行于所述工频电源的电压，所述第二电压垂直于所述工频电源的电压；
调节所述变频器的频率，使所述第二电压的幅值降为0，以使所述输出电压与所述工频电源的电压的相位差小于预设范围。
优选的，所述工变频切换控制方法还包括：
当接收到将所述负载的供电源由所述工频电源切换为所述变频器的命令，断开所述第一开关，依次闭合所述第二开关、所述第四开关、所述第三开关，再启动已设置转速追踪功能使能的所述变频器。
相应的，本发明还公开了一种工变频切换电路，包括：
工频电源；
通过第一开关连接所述工频电源的负载；
第一端通过第二开关连接所述工频电源的变频器；
串联于所述变频器的第二端与所述负载之间的电抗器和第三开关；
与所述电抗器并联的第四开关。
相应的，本发明还公开了一种工变频切换控制系统，应用于工变频切换电路，所述工变频切换电路包括工频电源，通过第一开关连接所述工频电源的负载，第一端通过第二开关连接所述工频电源的变频器，串联于所述变频器的第二端与所述负载之间的电抗器和第三开关，以及与所述电抗器并联的第四开关；所述工变频切换控制系统包括：
第一动作模块，用于当接收到将所述负载的供电源由所述变频器切换为所述工频电源的命令，断开所述第四开关，并调节所述变频器的输出电压，使所述输出电压与所述工频电源的电压的相位差小于预设范围；
第二动作模块，用于闭合所述第一开关，并调节所述变频器的输出电流，直至所述输出电流降为0；
第三动作模块，用于断开所述第三开关，然后封锁所述变频器的输出电压，最后断开所述第二开关。
优选的，所述工变频切换控制系统还包括：
第四动作模块，用于当接收到将所述负载的供电源由所述工频电源切换为所述变频器的命令，断开所述第一开关，依次闭合所述第二开关、所述第四开关、所述第三开关，再触发启动模块；
所述启动模块，用于启动已设置转速追踪功能使能的所述变频器。
相应的，本发明还公开了一种工变频切换控制装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文所述工变频切换控制方法的步骤。
相应的，本发明还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文所述工变频切换控制方法的步骤。
本发明公开了一种工变频切换控制方法，应用于工变频切换电路，所述工变频切换电路包括工频电源，通过第一开关连接所述工频电源的负载，第一端通过第二开关连接所述工频电源的变频器，串联于所述变频器的第二端与所述负载之间的电抗器和第三开关，以及与所述电抗器并联的第四开关；所述工变频切换控制方法包括：当接收到将所述负载的供电源由所述变频器切换为所述工频电源的命令，断开所述第四开关；调节所述变频器的输出电压，使所述输出电压与所述工频电源的电压的相位差小于预设范围；闭合所述第一开关；调节所述变频器的输出电流，直至所述输出电流降为0；断开所述第三开关；封锁所述变频器的输出电压；断开所述第二开关。
可见，本发明在将变频器的输出电压调至接近工频电源后，再接入工频电源，然后以降低变频器的输出电流的形式，平滑撤出变频器的输出功率，最后完成只有工频电源向负载输出功率的目的，减小了对电网和负载的冲击电流，提高了系统的稳定性和设备的使用寿命。而且本发明中的变频器在切换前既可以运行在vf模式，也可以运行在开环矢量控制模式，变频器的使用方法更为灵活。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种工变频切换电路的结构分布图；
图2为本发明实施例中一种工变频切换控制方法的步骤流程图；
图3为本发明实施例中一种电压正交分解图；
图4为本发明实施例中一种电压调频的控制原理图；
图5为本发明实施例中一种电流正交分解图；
图6为本发明实施例中一种闭环电流的控制原理图；
图7为本发明实施例中另一种工变频切换控制方法的步骤流程图；
图8为本发明实施例中一种工变频切换控制系统的结构分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种工变频切换控制方法，应用于工变频切换电路，该工变频切换电路参见图1所示，所述工变频切换电路包括工频电源01，通过第一开关k1连接所述工频电源01的负载03，第一端通过第二开关k2连接所述工频电源01的变频器02，串联于所述变频器02的第二端与所述负载03之间的电抗器04和第三开关k3，以及与所述电抗器04并联的第四开关k4；
参见图2所示，所述工变频切换控制方法包括：
s11：当接收到将所述负载03的供电源由所述变频器02切换为所述工频电源01的命令，断开所述第四开关k4；
s12：调节所述变频器02的输出电压，使所述输出电压与所述工频电源01的电压的相位差小于预设范围；
s13：闭合所述第一开关k1；
可以理解的是，由于第一开关k1两端的电压差(变频器02的输出电压和工频电源01的电压的相位差)在步骤s12中已经调节到比较小，因此第一开关k1的闭合过程中不会出现大冲击电流。
s14：调节所述变频器02的输出电流，直至所述输出电流降为0；
为了实现平滑地将功率输出由变频器02转移到工频电源01，需要控制变频器02的输出功率逐渐减小，而变频器02的输出功率与输出电流相关，控制变频器02的输出电流就可以控制功率转移，当输出电流降为0时，意味着负载的功率全部由工频电源01提供，变频器02不再输出功率。
s15：断开所述第三开关k3；
s16：封锁所述变频器02的输出电压；
s17：断开所述第二开关k2。
可以理解的是，步骤s14已经完成了将负载03的供电源由变频器02切换为工频电源01的任务，后续将变频器02按照常规手段的步骤s15到s17从系统中切除即可。
其中，在接收到负载03的供电源由所述变频器02切换为所述工频电源01的命令之前，四个开关的状态分别为：第一开关k1断开，第二开关k2、第三开关k3、第四开关k4均闭合，变频器02作为负载03的供电源。
本发明公开了一种工变频切换控制方法，应用于工变频切换电路，所述工变频切换电路包括工频电源，通过第一开关连接所述工频电源的负载，第一端通过第二开关连接所述工频电源的变频器，串联于所述变频器的第二端与所述负载之间的电抗器和第三开关，以及与所述电抗器并联的第四开关；所述工变频切换控制方法包括：当接收到将所述负载的供电源由所述变频器切换为所述工频电源的命令，断开所述第四开关；调节所述变频器的输出电压，使所述输出电压与所述工频电源的电压的相位差小于预设范围；闭合所述第一开关；调节所述变频器的输出电流，直至所述输出电流降为0；断开所述第三开关；封锁所述变频器的输出电压；断开所述第二开关。
可见，本发明在将变频器的输出电压调至接近工频电源后，再接入工频电源，然后以降低变频器的输出电流的形式，平滑撤出变频器的输出功率，最后完成只有工频电源向负载输出功率的目的，减小了对电网和负载的冲击电流，提高了系统的稳定性和设备的使用寿命。而且本发明中的变频器在切换前既可以运行在vf模式，也可以运行在开环矢量控制模式，变频器的使用方法更为灵活。
本发明实施例公开了一种具体的工变频切换控制方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：
步骤s12中所述调节所述变频器02的输出电压，使所述输出电压与所述工频电源01的电压的相位差小于预设范围的过程，具体包括：
根据所述工频电源01的电压unet对变频器02的输出电压us进行正交分解，得到第一电压ud和第二电压uq；
调节所述变频器02的频率，使所述第二电压uq的幅值降为0，以使所述输出电压us与所述工频电源01的电压unet的相位差小于预设范围。
参见图3所示，其中α-β坐标系为参考坐标系，d-q坐标系为以工频电源01的电压unet为准的相对坐标系，电压us在α-β坐标系的相位角为θnet，该相位角通过软件锁相环得到；根据工频电源01的电压unet对输出电压us进行d-q坐标系的正交分解，得到的两个电压分量：第一电压ud平行于工频电源01的电压unet，第二电压uq垂直于所述工频电源01的电压unet。
可以理解的是，调节输出电压us时，输出的第二电压uq理论上应为0，将第二电压uq与0作差，通过pi调节器得到变频器调制频率增量δf，此时变频器02的调制波频率变化为f+δf，通过变频器输出频率fset的不断调整，最终使变频器的输出电压us和电压unet的相位差小于预设范围，pi调节器的调节过程参见图4所示。
一般来说，调节时相位差的预设范围，以不出现较大的冲击电流为准，设计时既需要考虑实际负载对冲击电流的稳定程度要求，也需要考虑pi调节器的调节效率。而根据pi调节器的精度，预设范围可以设置到极小范围，理想状态下最终调节的结果为输出电压us和电压unet的相位差为0，也即输出电压us和电压unet同频同相。
本发明实施例公开了一种具体的一种工变频切换控制方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：
步骤s14中所述调节所述变频器02的输出电流，直至所述输出电流降为0的过程，具体包括：
根据所述工频电源01的电压unet对所述变频器02的输出电流is进行正交分解，得到第一电流id和第二电流iq；
分别调节所述第一电流id和所述第二电流iq均逐渐减小至0。
参见图5所示，其中α-β坐标系为参考坐标系，d-q坐标系为以工频电源01的电压unet为准的相对坐标系，电压unet在α-β坐标系的相位角为θnet，通过软件锁相环计算得到；根据工频电源01的电压unet，对输出电流is进行d-q坐标系的正交分解得到的两个电流分量：所述第一电流id，也即有功电流分量平行于所述工频电源01的电压unet，所述第二电流iq，也即无功电流分量垂直于所述工频电源01的电压unet。
进一步的，所述分别调节所述第一电流id和所述第二电流均逐渐减小至0的过程，具体包括：
根据预设电流减小曲线，分别调节所述第一电流id和所述第二电流iq逐渐减小至0。
具体的，本实施例中调节第一电流id和第二电流iq的动作由pi控制器闭环控制完成，参见图6所示，其中
本发明实施例公开了一种具体的一种工变频切换控制方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的参见图7所示：
所述工变频切换控制方法还包括：
s21：当接收到将所述负载03的供电源由所述工频电源01切换为所述变频器02的命令，断开所述第一开关k1；
s22：依次闭合所述第二开关k2、所述第四开关k4、所述第三开关k3；
s23：再启动已设置转速追踪功能使能的所述变频器02。
可以理解的是，从工频切换到变频利用了变频器的转速追踪功能，是比较常见的一种现有技术。
相应的，本发明实施例还公开了一种工变频切换电路，参见上文实施例中的图1所示，包括：
工频电源01；
通过第一开关k1连接所述工频电源01的负载03；
第一端通过第二开关k2连接所述工频电源01的变频器02；
串联于所述变频器02的第二端与所述负载03之间的电抗器04和第三开关k3；
与所述电抗器04并联的第四开关k4。
其中，这里的第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3和第四开关k4不做类型限制，根据电路的状态参数进行相关元件及其参数的选取。
将本实施例中的工变频切换电路应用于上文实施例中，能够达到安全切换工变频的目的。
相应的，本发明还公开了一种工变频切换控制系统，应用于图1所示的工变频切换电路，所述工变频切换电路包括工频电源01，通过第一开关k1连接所述工频电源01的负载03，第一端通过第二开关k2连接所述工频电源01的变频器02，串联于所述变频器02的第二端与所述负载03之间的电抗器04和第三开关k3，以及与所述电抗器04并联的第四开关k4；参见图8所示，所述工变频切换控制系统包括：
第一动作模块11，用于当接收到将所述负载03的供电源由所述变频器02切换为所述工频电源01的命令，断开所述第四开关k4，并调节所述变频器02的输出电压，使变频器02的所述输出电压与所述工频电源01的电压的相位差小于预设范围；
第二动作模块12，用于闭合所述第一开关k1，并调节所述变频器02的输出电流，直至所述输出电流降为0；
第三动作模块13，用于断开所述第三开关k3，然后封锁所述变频器02的输出电压，最后断开所述第二开关k2。
优选的，所述工变频切换控制系统还包括：
第四动作模块，用于当接收到将所述负载03的供电源由所述工频电源切换为所述变频器02的命令，断开所述第一开关k1，依次闭合所述第二开关k2、所述第四开关k4、所述第三开关k3，再触发启动模块；
所述启动模块，用于启动已设置转速追踪功能使能的所述变频器。
相应的，本发明还公开了一种工变频切换控制装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文所述工变频切换控制方法的步骤。
其中，本发明实施例中有关工变频切换控制方法的具体细节，参见上文实施例的相关描述。
可以理解的是，本发明实施例具有与上文实施例中工变频切换控制方法相同的有益效果。
相应的，本发明还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文所述工变频切换控制方法的步骤。
其中，本发明实施例中有关工变频切换控制方法的具体细节，参见上文实施例的相关描述。
可以理解的是，本发明实施例具有与上文实施例中工变频切换控制方法相同的有益效果。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种工变频切换电路、控制方法、系统、装置及可读存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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