在线式无扰动投切方法及双机冗余高压变频系统与流程

1.本发明属电力电子控制领域，具体涉及一种在线式无扰动投切方法及双机冗余高压变频系统。


背景技术：

2.现有的高压变频器大部分采用功率单元串联的拓扑结构，系统庞大复杂，如果变频器在运行过程中发生故障，其旁路功能未起作用，则会导致变频器停止运行，特别是在一些重要的负载场合，变频器故障造成企业停机停产，会给企业带来巨大的经济损失。基于此，一般会给高压变频器配置冗余系统，当一台变频器发生故障时，可以切换到另一台备用变频器上，保证企业的正常生产。在高压变频冗余系统的切换过程中，接触器动作时间内无法检测负载电机运行状态，直接切换将会存在电流冲击。


技术实现要素：

3.为解决现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种在线式无扰动投切方法及双机冗余高压变频系统，预测控制负载电机在接触器动作时间内的运行状态，降低切换时的电流冲击，实现高压变频系统的在线无扰动平滑切换。
4.为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：一种在线式无扰动投切方法，所述方法包括以下步骤：s1，电机正常运行时，高压变频器vfd1与高压变频器vfd2之间不断通过can通讯交换数据；s2，当满足切换条件时，断开接触器km1、合上接触器km2，两个接触器动作时间均为；s3，预测k+1时刻电机在αβ坐标轴下的反电动势、剩磁电流；s4，迭代预测控制算法直到接触器km1、接触器km2动作时间完成；s5，将最终预得到的反电动势、剩磁电流带入高压变频器vfd2控制算法中，得到高压变频器vfd2输出电压初值，高压变频器vfd2输出电压成线性上升，直至升至其额定电压值后，平滑控制高压变频系统的切换。
5.进一步的，所述s3中，反电动势在αβ坐标轴下的预测方程为：，，
其中，为k+1时刻电机在α坐标轴下反电动势分量，为k+1时刻电机在β坐标轴下反电动势分量，为电机互感，为k时刻电机在α坐标轴下剩磁电流分量，为k时刻电机在β坐标轴下剩磁电流分量，为程序控制周期，为k时刻电机在α坐标轴下反电动势分量，为k时刻电机在β坐标轴下反电动势分量，为转子电阻，s为转差率，为转速，为转子漏感。
6.进一步的，所述s3中，剩磁电流在αβ坐标轴下的预测方程为：,,其中， 为k+1时刻电机在α坐标轴下剩磁电流分量，为k+1时刻电机在β坐标轴下剩磁电流分量，为k时刻电机在α坐标轴下反电动势分量，为k时刻电机在β坐标轴下反电动势分量，为转子电阻，s为转差率，为转速，为转子漏感。
7.进一步的，所述s4中，控制迭代次数为n，,其中，n为控制迭代次数，为接触器动作时间，为程序控制周期。
8.进一步的，所述s5中，高压变频器vfd2输出电压初值计算公式为：，，其中，、为高压变频器vfd2在αβ坐标轴下的输出电压初值，、为反电动势在αβ坐标轴下迭代n次后的值，为定子电阻，、为剩磁电流在αβ坐标轴下迭代n次后的值，为定子漏感，d为微分算子，t为时间。
9.本发明还提供一种双机冗余高压变频系统，以用于实施上述提供的在线式无扰动投切方法，所述双机冗余高压变频系统包括：电网vin1、电网vin2、高压变频器vfd1、高压变频器vfd2、断路器qf1、断路器qf2、接触器km1、接触器km2、负载电机m。
10.电网vin1与断路器qf1串连，断路器qf1与高压变频器vfd1串连，高压变频器vfd1
与接触器km1串联；电网vin2与断路器qf2串连，断路器qf2与高压变频器vfd2串连，高压变频器vfd2与接触器km2串联；接触器km1、接触器km2另一端相互连接后接到负载电机m；高压变频器vfd1与高压变频器vfd2之间由can通讯连接。
11.进一步的，接触器km1和接触器km2之间形成互锁。
12.进一步的，接触器km1和接触器km2正常工作期间，接触器km1处于闭合状态，接触器km2处于断开状态；高压变频器vfd1发生故障，双机冗余高压变频系统进入自动切换模式，高压变频器vfd1将使能自动切换信号，分断接触器km1的同时闭合接触器km2；高压变频器vfd1需要停机检修，双机冗余高压变频系统通过手动切换模式，手动分断接触器km1的同时闭合接触器km2。
13.通过上述技术方案可知，本发明的有益效果为：通过预测控制负载电机在接触器动作时间内的运行状态，降低切换时的电流冲击，实现高压变频系统的在线无扰动平滑切换；两台高压变频器互为备用，故障时迅速切换，保障企业正常生产；设置手动切换开关，满足工作人员定时检修需要。
附图说明
14.图1为本发明提出的在线式无扰动投切方法流程图；图2为本发明提出的双机冗余高压变频系统图。
具体实施方式
15.以下所述仅是本发明的优选实施方式。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
16.图1为本发明提出的在线式无扰动投切方法流程图。如图1所示，一种在线式无扰动投切方法，所述方法包括以下步骤：s1，电机正常运行时，高压变频器vfd1与高压变频器vfd2之间不断通过can通讯交换数据；s2，当满足切换条件时，断开接触器km1、合上接触器km2，两个接触器动作时间均为；s3，预测k+1时刻电机在αβ坐标轴下的反电动势、剩磁电流；s4，迭代预测控制算法直到接触器km1、接触器km2动作时间完成；s5，将最终预得到的反电动势、剩磁电流带入高压变频器vfd2控制算法中，得到高压变频器vfd2输出电压初值，高压变频器vfd2输出电压成线性上升，直至升至其额定电压值后，平滑控制高压变频系统的切换。
17.在所述步骤s3中，反电动势在αβ坐标轴下的预测方程为：，
，其中，为k+1时刻电机在α坐标轴下反电动势分量，为k+1时刻电机在β坐标轴下反电动势分量，为电机互感，为k时刻电机在α坐标轴下剩磁电流分量，为k时刻电机在β坐标轴下剩磁电流分量，为程序控制周期，为k时刻电机在α坐标轴下反电动势分量，为k时刻电机在β坐标轴下反电动势分量，为转子电阻，s为转差率，为转速，为转子漏感。
18.在所述步骤s3中，剩磁电流在αβ坐标轴下的预测方程为：,,其中，为k+1时刻电机在α坐标轴下剩磁电流分量，为k+1时刻电机在β坐标轴下剩磁电流分量，为k时刻电机在α坐标轴下反电动势分量，为k时刻电机在β坐标轴下反电动势分量，为转子电阻，s为转差率，为转速，为转子漏感。
19.在所述步骤s4中，控制迭代次数为n，,其中，n为控制迭代次数，为接触器动作时间，为程序控制周期。
20.在所述步骤s5中，高压变频器vfd2输出电压初值计算公式为：，，其中，、为高压变频器vfd2在αβ坐标轴下的输出电压初值，、为反电动势在αβ坐标轴下迭代n次后的值，为定子电阻，、为剩磁电流在αβ坐标轴下迭代n次后的值，为定子漏感，d为微分算子，t为时间。
21.本发明还提供一种双机冗余高压变频系统，以用于实施上述提供的在线式无扰动投切方法。图2为本发明提出的双机冗余高压变频系统图，如图2所示，该双机冗余高压变频系统包括：电网vin1、电网vin2、高压变频器vfd1、高压变频器vfd2、断路器qf1、断路器qf2、接触器km1、接触器km2、负载电机m。
22.其中，电网vin1与断路器qf1串连，断路器qf1与高压变频器vfd1串连，高压变频器vfd1与接触器km1串联；电网vin2与断路器qf2串连，断路器qf2与高压变频器vfd2串连，高压变频器vfd2与接触器km2串联；接触器km1、接触器km2另一端相互连接后接到负载电机m；高压变频器vfd1与高压变频器vfd2之间由can通讯连接。
23.其中，接触器km1和接触器km2之间形成互锁。接触器km1和接触器km2正常工作期间，接触器km1处于闭合状态，接触器km2处于断开状态；当高压变频器vfd1发生故障，双机冗余高压变频系统进入自动切换模式，高压变频器vfd1将使能自动切换信号，分断接触器km1的同时闭合接触器km2；当高压变频器vfd1需要停机检修，双机冗余高压变频系统通过手动切换模式，手动分断接触器km1的同时闭合接触器km2。
24.虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本发明专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本发明专利的保护范围。

技术特征：
1.一种在线式无扰动投切方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：s1，电机正常运行时，高压变频器vfd1与高压变频器vfd2之间不断通过can通讯交换数据；s2，当满足切换条件时，断开接触器km1、合上接触器km2，两个接触器动作时间均为；s3，预测k+1时刻电机在αβ坐标轴下的反电动势、剩磁电流；s4，迭代预测控制算法直到接触器km1、接触器km2动作时间完成；s5，将最终预得到的反电动势、剩磁电流带入高压变频器vfd2控制算法中，得到高压变频器vfd2输出电压初值，高压变频器vfd2输出电压成线性上升，直至升至其额定电压值后，平滑控制高压变频系统的切换。2.如权利要求1所述的在线式无扰动投切方法，其特征在于，所述s3中，反电动势在αβ坐标轴下的预测方程为：，，其中，为k+1时刻电机在α坐标轴下反电动势分量，为k+1时刻电机在β坐标轴下反电动势分量，为电机互感，为k时刻电机在α坐标轴下剩磁电流分量，为k时刻电机在β坐标轴下剩磁电流分量，为程序控制周期，为k时刻电机在α坐标轴下反电动势分量，为k时刻电机在β坐标轴下反电动势分量，为转子电阻，s为转差率，为转速，为转子漏感。3.如权利要求1所述的在线式无扰动投切方法，其特征在于，所述s3中，剩磁电流在αβ坐标轴下的预测方程为：,,其中，为k+1时刻电机在α坐标轴下剩磁电流分量，为k+1时刻电机
在β坐标轴下剩磁电流分量，为k时刻电机在α坐标轴下反电动势分量，为k时刻电机在β坐标轴下反电动势分量，为转子电阻，s为转差率，为转速，为转子漏感。4.如权利要求1所述的在线式无扰动投切方法，其特征在于，所述s4中，控制迭代次数为n，,其中，n为控制迭代次数，为接触器动作时间，为程序控制周期。5.如权利要求1所述的在线式无扰动投切方法，其特征在于，所述s5中，高压变频器vfd2输出电压初值计算公式为：，，其中，、为高压变频器vfd2在αβ坐标轴下的输出电压初值，、为反电动势在αβ坐标轴下迭代n次后的值，为定子电阻，、为剩磁电流在αβ坐标轴下迭代n次后的值，为定子漏感，d为微分算子，t为时间。6.一种双机冗余高压变频系统，其特征在于，用于实施根据权利要求1至5任意一项所述的在线式无扰动投切方法；所述双机冗余高压变频系统包括：电网vin1、电网vin2、高压变频器vfd1、高压变频器vfd2、断路器qf1、断路器qf2、接触器km1、接触器km2、负载电机m；电网vin1与断路器qf1串连，断路器qf1与高压变频器vfd1串连，高压变频器vfd1与接触器km1串联；电网vin2与断路器qf2串连，断路器qf2与高压变频器vfd2串连，高压变频器vfd2与接触器km2串联；接触器km1、接触器km2另一端相互连接后接到负载电机m；高压变频器vfd1与高压变频器vfd2之间由can通讯连接。7.如权利要求6所述的一种双机冗余高压变频系统，其特征在于，接触器km1和接触器km2之间形成互锁。8.如权利要求7所述的一种双机冗余高压变频系统，其特征在于，接触器km1和接触器km2正常工作期间，接触器km1处于闭合状态，接触器km2处于断开状态；高压变频器vfd1发生故障，双机冗余高压变频系统进入自动切换模式，高压变频器vfd1将使能自动切换信号，分断接触器km1的同时闭合接触器km2；高压变频器vfd1需要停机检修，双机冗余高压变频系统通过手动切换模式，手动分断接触器km1的同时闭合接触器km2。

技术总结
本发明公开一种在线式无扰动投切方法及双机冗余高压变频系统，属电力电子控制领域，本发明通过预测负载电机M在k+1时刻的反电动势、剩磁电流，不断迭代预测，直到接触器KM1、接触器KM2动作时间完成，将最终预得到的反电动势带入高压变频器控制算法中，得到高压变频器输出电压初值，高压变频器输出电压成线性上升，直至升至其额定电压值后，实现高压变频系统的在线无扰动切换，降低切换时的电流冲击，使得切换过程更为平滑。使得切换过程更为平滑。使得切换过程更为平滑。


技术研发人员：张树林 张正松 李星石 宋玉明
受保护的技术使用者：希望森兰科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/8/13