专利名称：失电时继续运行的变频器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种电力装置，具体地说是一种在电网出现波动时能稳定运行的高压变频器。
背景技术：
当在高压电源系统出现问题、进行重合闸、互相投切时，由于高压电网的灭弧、消磁等因素，都会出现0.1秒～1.5秒左右的失电间隔。风机等负荷由于自身的飞轮动能支持，转速变化不大，使电机具备直接加电的条件。故在高压系统瞬间失电时大容量高压电机的高压电开关均保持在合闸位置，在电源恢复时，由于电机转速仍然很高，电机上电时冲击电流很小，不会造成电网波动，能够保持系统的连续运行。
变频器在瞬时失电时不能维持连续运行，因而设置有变频器的高压系统不但会造成高压电机出现瞬时失电时停止运行，且与原工艺要求相抵触。那么在需要一个工作区的时间内动力部分不能停止的大型系统中将无法使用变频器。而国内节能潜力最大的部分就包含在其中，故对老系统的大型电机进行变频改造时，将要求变频器具有瞬时失电而能连续运行的功能。
在目前，高压变频器在高压失电时，只靠内部电容存储的电量进行维持，在失电时间超过100mS以上的时间间隔时，没有一种方法解决高压变频器在高压失电状况下保持连续运行。
发明内容本发明目的在于提供一种在高压供电网出现短时失电时，利用回转系统内的飞轮动能维持持续运行的高压大功率变频器。
本发明度目的是这样实现的它包括多电平单元串联电压源型高压变频器结构，其主回路结构由移相变压器和功率单元构成，高压电源接入移相变压器主绕组，在移相变压器副边有十八个相互独立的绕组，绕组分别连接十八个功率单元；功率单元内部元件组成为每一个单元由整流输入二极管桥，储能电容，H桥形输出斩波IGBT连接组成，在控制供电回路中还连接有UPS，在UPS后连接多相隔离控制变压器，多相隔离控制变压器接入变频器的功率单元控制回路；在主回路的高压电源与移相变压器主绕组之间设置有失电检测继电器。
本发明还可以包括以下一些结构特征1、所述的UPS是功率为1.5kW的不间断电源。
2、所述的隔离控制变压器为输入220V，输出18个独立的600V，各输出间完全隔离，耐压等级为10kV的隔离控制变压器。
3、所述的失电检测继电器，是普通的380V电压检测继电器。
本发明是在控制供电回路中加入UPS，在UPS后加入多相隔离控制变压器。将变频器的功率单元控制回路供电独立出来。在主回路加入失电检测继电器，当出现变频器在运行时，高压开关处于正常状态，而失电检测继电器发出信号，则确定为高压供电网出现短时失电。在电网短时失电信号到达变频器DSP中，则启动相应的控制程序，将变频器的状态由从电网吸收功率到负荷转换为利用回转系统中的动能维持变频器连续运行。当高压电网恢复正常时，DSP程序将变频器从维持变频器运行转换回从电网吸收功率到负荷的正常状态。
本发明可以保证在用变频器拖动的大型回转系统中，当高压电网出现相互切换，瞬时重合闸，瞬时接地等故障时，在变频器高压电源有短时失电的状态，仍能保持变频器的稳定运行。能使大型系统的稳定性和安全性提高一个等级，减少由于电网的不稳定而造成系统崩溃现象。
图1是变频器主结构图。
图2是变频器单元内部结构图。
图3是本发明中当出现高压电网短时失电进变频器频率调节流程图。
图4是本发明中变频器短时失电进的架构程序图。
图5是本发明原理图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本实用新型作更详细的描述结合图1，其主回路系统结构包括●由移相变压器和功率单元构成主回路。
●主回路接线方式高压电源首先供给移相变压器主绕组，在移相变压器副边有十八个相互独立的绕组，其按延边三角形的绕法，实现每个10度的移相的组别，用于分别给十八个功率单元供电，十八个根据组别组成A，B，C三组，串联成为星形连接结构方式输出频率可调的正弦波，供给高压电动机运行与调速使用。
结合图2，多电平单元串联电压源型变频器中的功率单元结构包括●功率单元内部元件组成●每一个单元相当于一个小功率低压变频器，由整流输入二极管桥，储能电容，H桥形输出斩波IGBT组成，其原理图为附图2功率单元工作时状态三相交流电源通过功率单元内整流二极管桥进行整流后，将其输入电容阵列，电容阵列对脉动的直流进行滤波，使其变为恒定的直流电。电容阵列同时作为PWM输出的电压能量中继池，提供给输出回路稳定的电压与脉动驱动电流。H桥形IGBT回路将电容阵列的直流电压转换为PWM波形电压输出。
结合图3-图4，本发明多电平单元串联电压源型变频器失电连续运行的技术要点●首先解决在失电时，功率单元内主控板的电源供给。
●多电平单元串联电压源型变频器属于交—直—交类型的变型器，由其拓朴结构决定其分为输入变流，储能稳压，变换输入三部份结构，在变频器失电时，仅有储能稳压，变换输出结构在运行，故在检测单元内运行各量值的要求作出相应的设定调整。
●解决变频在失电时，功率单元电容阵列电压的稳定。保持其电压波动在额定值75％以内波动。
●解决在变频器失电时，主回路元件的能量损耗。通过严密的逻辑分析，精确的计算，将H桥的PWM波形输出改变，使电机运行于能量回馈的状态，使转子回路中的飞轮动能受控转换为电容阵列的电能，补充主回路元件的消耗与电容阵列电压的稳定。
电机系统中转子回路飞轮动能利用的行为模型描述(1)变频器失电后电机转子飞轮动能转化为电能的原理●异步电机运行原理异步电机分为定子与转子，在定子绕组加入交流电后，就在定子上形成一个环形旋转磁场。转子绕组通过电磁感应出转子电流，并形成相应的转子旋转磁场。定子旋转磁场与转子旋转磁场的速度相对不同，将决定电机是处于异步电动机工作状态还是异步再生发电机工作状态。
●电机处于异步电动机工作状态当电机的定子旋转磁场的速度快于转子旋转磁场速度时，电机将定子绕组的电能转化为转子的机械能输出，此时电机即处于电动机工作状态。
●电机处于再生异步发电机工作状态当电机定子的旋转磁场速度慢于转子旋转磁场速度时，电机将转子内的机械能转化为定子的电能进行输出，此时电机即处于再生发电机工作状态。
●转子飞轮动能的利用当电机定子用变频器供电时，将定子输入频率降低，而转子回路由回转系统内的飞轮动能维持旋转，当变频器输出频率已低于转子的同频转速后，此时转子回路的旋转磁场的速度将大于定子旋转磁场，从而电机将回转系统存储的飞轮动能转化为定子的电能。
(2)、变频器失电后利用转子飞轮动能的流程描述●对变频器失电时状态确定后初步调整在变频器的失电信号确定，立即减少变频器对电机的PWM输出占空比，使变频器对电机的电流迅速降低，使电容阵列电压不会快速下降。
●变频器失电后，电机转差频率调节在变频器失电后，先快速调节变频器的运行频率，使其在短时间内下降到电机现有转速的同步频率，为下一步调节作好准备。
●在变频器输出频率下降状态时，转换电机的运行状态在变频器进行频率调整时，当测定电机电流方向变化时，表明已下降到同步转速以下，将频率从快速下降状态调节为PID控制状态，动态调节频率下降速率，将电机从异步电动机的运行状态转变为异步再生发电机的状态，将电机转子在存储的飞轮动能转变为电能。
●变频器失电其间，保持功率单元内电压的稳定在变频器失电其间，保持电机再生异步发电机状态运行，转子中的飞轮动能转换为电能维持系统的消耗。将电容阵列电压作为关键进程点，通过对变频器输出频率下降的速率调节，使电容阵列电压保持在额定状态。其DSP程序流程如附图3所示。
●变频器高压电源恢复，稳定电机运行在变频器高压电源正常信号确定后，将变频器输出频率快速向上调节，当测定电流方向变化时，稳定频率输出延时，防止系振荡。当电机完全转入异步电动机运行状态后，再将频率升到失电前的数值。
(3)DSP程序中变频器失电后利用转子动能的DSP程序子模块流程图根据变频器失电利用飞轮动能的描述，将其转化为DSP程序中的子模块，其全部架构程序图如附图4所示结合图5，多电平单元串联电压源型变频器失电后利用飞轮动能连续运行试验(1)更改后的系统回路方案●在控制系统顶层供电回路中加入UPS，用于在任何状态下，保持控制电源供电稳定。
●在顶层供电回路下，分出一组供给6KV多组隔离变压器，用于给控制单元内的控制板电源，在高压失电后，控制板能继续保持运行。其如附图5。
●在主回路的移相变压器上增加电压检测继电器，用于测定移相变压器是否处于加电状态，并将其状态信号传到控制单元。
(2)更改后的控制流程方案●失电后，控制系统接收到失电信号，立即快速下调，越过电机在异步运行的转差率，将电机处于再生异步运行状态。
●将转子中的飞轮动能转化为电能用于维持变频器主回路的功耗，通过多电平功率单元内的电容阵列作为储能中继池进行电量存储和维持变频器系统的损耗。
●在失电的时间内，将电容阵列处于恒压充电状态，用电容阵列的电压值作为变频器输出频率的闭环调节单位，使飞轮动能的转化与系统损耗持平，电容阵列电压稳定。
●高压电源恢复后，控制系统接到电源正常信号，将变频器由下降速率调节变为上升速率调节，恢复电机的电动机运行状态，其转换设定呈双曲线设定，避免在电机状态转换时出现惯量载荷冲击。
●将变频器输出频译按设定的速率上升，达到失电前的频率，系统恢复到失电前的状态。
(3)变频器失电后利用飞轮动能的方案试验参数●运行频率50Hz 电源电流0.9A●上升时间30s 下降时间300s●失电下降30s 恢复上升60s●电源电压6100V 恢复转换3s(4)变频器失电后利用飞轮动能的方案的测试数据
6、多电平单元串联电压源型变频器高压瞬时失电连续运行方案定型(1)高压瞬时失电连续运行研发结束定型方案变频器失电后利用飞轮动能的方案经过测试，达到项目输入时的要求，作为高压瞬时失电连续运行定型方案。
(2)高压瞬时失电连续运行定型方案指标如下●具有在变频系统运行时，高压电源在瞬时消失时，保持变频器不跳闸。
●具有在变频器高压电源失电后，可以利用转子系统内的飞轮运能连续保持运行。
●具有了在大惯量，大功率，大系统中的广泛应用前景，能实现在大系统中瞬时失电后而动力输入系统不出现极大的振动或崩溃。
●在转子内飞轮动能支持下，可以实现短时间内不停机，在失电运行的时间将取决于回转系统中的飞轮动能存储量，在一个具体系统中，当转子回路的质量与转速固定时，对失电最高维持时间具有了确定性。
●在长时间失电的情况下，当转速已极低时，变频器自动停机，并输出报警。以防止在误操作情况下出现不可预见的自动运行现象。
(3)利用高压瞬时失电连续运行方案技术制作的多电平单元串联电压源型变频器产品。
权利要求
1.一种失电时继续运行的变频器，它包括多电平单元串联电压源型高压变频器结构，其主回路结构由移相变压器和功率单元构成，高压电源接入移相变压器主绕组，在移相变压器副边有十八个相互独立的绕组，绕组分别连接十八个功率单元；功率单元内部元件组成为每一个单元由整流输入二极管桥，储能电容，H桥形输出斩波IGBT连接组成，其特征是在控制供电回路中还连接有UPS，在UPS后连接多相隔离控制变压器，多相隔离控制变压器接入变频器的功率单元控制回路；在主回路的高压电源与移相变压器主绕组之间设置有失电检测继电器。
2.根据权利要求1所述的失电时继续运行的变频器，其特征是所述的UPS是功率为1.5kW的不间断电源。
3.根据权利要求1或2所述的失电时继续运行的变频器，其特征是所述的隔离控制变压器为输入220V，输出18个独立的600V，各输出间完全隔离，耐压等级为10kV的隔离控制变压器。
4.根据权利要求1或2所述的失电时继续运行的变频器，其特征是所述的失电检测继电器，是普通的380V电压检测继电器。
5.根据权利要求3所述的失电时继续运行的变频器，其特征是所述的失电检测继电器，是普通的380V电压检测继电器。
全文摘要
本发明提供的是一种失电时继续运行的变频器。它包括多电平单元串联电压源型高压变频器结构，其主回路结构由移相变压器和功率单元构成，高压电源接入移相变压器主绕组，在移相变压器副边有十八个相互独立的绕组，绕组分别连接十八个功率单元；在控制供电回路中还连接有UPS，在UPS后连接多相隔离控制变压器，多相隔离控制变压器接入变频器的功率单元控制回路；在主回路的高压电源与移相变压器主绕组之间设置有失电检测继电器。本发明可以保证在用变频器拖动的大型回转系统中，当高压电网出现相互切换，瞬时重合闸，瞬时接地等故障时，在变频器高压电源有短时失电的状态，仍能保持变频器的稳定运行。
文档编号H02M7/5387GK1889350SQ20061001027
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月12日 优先权日2006年7月12日
发明者白德芳, 李凯, 刘宇光, 金庆才 申请人:哈尔滨九洲电气股份有限公司