CN105048512A - 永磁同步电机并网运行控制方法、系统及准同步控制器 - Google Patents

Abstract

本发明电机控制技术领域，本发明提供一种永磁同步电机并网运行控制方法、系统及准同步控制器，该控制方法包括以下步骤：获取电网频率和电网电压；在电机控制器驱动电机运转的过程中，检测电机控制器的输出频率、输出电压和相位；根据电网频率通过电机控制器调节电机的转速，并输出频率与电网频率相同；当判定电机控制器的输出电压和电网电压满足并网运行条件时，控制电机并网运行，让永磁同步电机不带控制器运行，使运行系统的效率提高，并且在电机处于发电状态时，实现能量的回馈，使用较少的设备投入，实现了系统的节能。

Description

永磁同步电机并网运行控制方法、系统及准同步控制器

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机并网运行控制方法、系统及准同步控制器。

背景技术

目前，在油田的抽油机中，当抽油机机头在下降过程中，电机会工作发电机状态，为了克服传统抽油机系统电能浪费，将变频器的直流母线采用并联，并外接有制动电阻，控制器通过对变频器的变频参数实时检测及控制，实现同一井场内每台抽油机电机的反发电电能再利用以及抽油机功率错峰控制。将每台抽油机电机的反发电电能作为其他抽油机电机的动力电能，可极大降低电能浪费，实现抽油机节能，但是在广阔的油田中使用，大大增加了设备的资金投入，综上所述，现有技术中存在无法实现永磁同步电机的并网独立运行导致增加设备资金投入的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永磁同步电机并网运行控制方法、系统及准同步控制器，旨在解决针对现有技术中存在无法实现永磁同步电机的并网独立运行导致增加设备资金投入的问题。

本发明是这样实现的，本发明第一方面提供一种永磁同步电机并网运行控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

A.获取电网频率和电网电压；

B.在电机控制器驱动电机运转的过程中，检测所述电机控制器的输出频率、输出电压和相位；

C.根据所述电网频率通过所述电机控制器调节所述电机的转速，并使所述控制器的输出频率与电网频率相同；

D.当判定所述电机控制器的输出电压和所述电网电压满足并网运行条件时，控制所述电机并网运行。

结合第一方面，作为第一方面的第一种实施方式，所述步骤D中判定所述电机控制器的输出电压和所述电网电压满足并网运行条件的步骤具体为：

根据所述电网电压和所述输出电压计算所述电机控制器的实时运行参数；

对所述实时运行参数进行矢量运算，生成电流矢量；

调整所述电流矢量，使电网电压矢量与所述电机控制器的输出电压矢量的差值为0。

结合第一方面，作为第一方面的第二种实施方式，所述步骤D中控制所述电机并网运行的步骤具体为：

输出电网电压给所述电机；

同时保持所述电机控制器输出电压给所述电机以及输出电网电压给所述电机持续预定时间后，控制所述电机控制器停止输出电压给所述电机。

本发明第二方面提供一种准同步控制器，所述准同步控制器包括：

第一采集模块，用于获取电网频率和电网电压；

第二采集模块，用于在电机控制器驱动电机运转的过程中，检测所述电机控制器的输出频率、输出电压和相位；

计算与控制模块，用于根据所述电网频率通过所述电机控制器调节所述电机的转速，并使所述输出频率与所述电网频率相同，并当判定所述电机控制器的输出电压和所述电网电压满足并网运行条件时，控制所述电机并网运行。

结合第二方面，作为第二方面的第一种实施方式，所述计算与控制模块判定所述电机控制器的输出电压和所述电网电压满足并网运行条件的过程为：

根据所述电网电压和所述输出电压计算所述电机控制器的实时运行参数；

对所述实时运行参数进行矢量运算，生成电流矢量；

调整所述电流矢量，使所述电网电压矢量与所述电机控制器的输出电压矢量的差值为0。

结合第二方面，作为第二方面的第二种实施方式，所述计算与控制模块控制所述电机并网运行的过程为：

输出电网电压给所述电机；

保持所述电机控制器输出电压给所述电机以及输出电网电压给所述电机预定时间后，控制所述电机控制器停止输出电压给所述电机。

本发明第三方面提供一种永磁同步电机并网运行控制系统，所述控制系统包括准同步控制器、电机控制器以及电机；

所述准同步控制器的电压输入端连接电网和所述电机控制器的电压输出端，所述准同步控制器的第一输出端连接所述电机控制器的控制端，所述电机控制器的输入端连接电网，所述电机控制器的输出端连接所述电机；

所述电机控制器用于驱动电机运转；

所述准同步控制器用于获取电网频率和电网电压，检测所述电机控制器的输出频率、输出电压和相位，并根据所述电网频率通过所述电机控制器调节所述电机的转速，并使所述输出频率与电网频率相同，当判定所述电机控制器的输出电压和所述电网电压满足并网运行条件时，控制所述电机并网运行。

结合第三方面，作为第三方面的第一种实施方式，所述准同步控制器判定所述电机控制器的输出电压和所述电网电压满足并网运行条件的过程为：

根据所述电网电压和所述输出电压计算所述电机控制器的实时运行参数；

对所述实时运行参数进行矢量运算，生成电流矢量；

调整所述电流矢量，使电网电压矢量与所述电机控制器的输出电压矢量的差值为0。

结合第三方面，作为第三方面的第二种实施方式，所述控制系统还包括第一开关器件和第二开关器件；

所述第一开关器件设置与所述电机控制器的电压输出端与所述电机之间，所述第二开关器件设置与电网与所述电机之间；

所述电机控制器控制所述电机并网运行的过程为：

所述电机控制器控制所述第二开关器件闭合以输出电网电压给所述电机，同时保持所述电机控制器输出电压给所述电机以及输出电网电压给所述电机持续预定时间后，控制所述第一开关器件断开使所述电机控制器停止输出电压给所述电机。

本发明提供的永磁同步电机并网运行控制方法、系统及准同步控制器，判定电机控制器的输出电压和电网电压满足并网运行条件时，让永磁同步电机不带控制器运行，使运行系统的效率提高3～5％，并且在电机处于发电状态时，实现能量的回馈，使用较少的设备投入，实现了系统的节能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种实施例提供的一种永磁同步电机并网运行控制方法的流程图；

图2是本发明另一种实施例提供的一种准同步控制器的结构示意图；

图3是本发明另一种实施例提供的一种准同步控制器的原理示意图；

图4是本发明一种实施例提供的一种永磁同步电机并网运行控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明一种实施例提供一种永磁同步电机并网运行控制方法，如图1所示，该控制方法包括以下步骤：

步骤S101.获取电网频率和电网电压。

在本步骤中，具体的，采集电网侧的交流信号，该电网侧的交流信号同时也为电机控制器的输入信号。

步骤S102.在电机控制器驱动电机运转的过程中，检测电机控制器的输出频率、输出电压和相位。

在本步骤中，具体的，在电机运转的过程中，对电机控制器的输出信号进行采集，并与电网侧的交流信号进行对比。

步骤S103.根据电网频率通过所述电机控制器调节电机的转速，并使电机控制器的输出频率与电网频率相同。

在本步骤中，具体的，调节电机控制器的输出频率与电网频率一致。

步骤S104.当判定电机控制器的输出电压和电网电压满足并网运行条件时，控制电机并网运行。

在本步骤中，具体的，步骤S104中判定电机控制器的输出电压和电网电压满足并网运行条件的步骤具体为：

步骤S111.根据电网电压和输出电压计算电机控制器的实时运行参数。

在本步骤中，具体的，上述实时运行可以包括频率、相位、电压等。

步骤S112.对实时运行参数进行矢量运算，生成电流矢量。

步骤S113.调整电流矢量，使电网电压矢量与电机控制器的输出电压矢量的差值为0。

在本步骤中，具体的，运用锁相环控制技术，使电网电压矢量与电机控制器的输出电压矢量的差值为0时，即满足并网条件，因此，可以准确的判断同步电机是否满足并网条件，对待并网的同步电机的电压、频率、相位进行控制，使之同电网的电压、频率、相位一致时实施并网，此时，频率均为50HZ。

在本步骤中，具体的，步骤S104中控制电机并网运行的步骤具体为：

步骤S121.输出电网电压给电机。

在本步骤中，具体的，当满足并网条件时，即输出电网电压给电机。

步骤S122.同时保持电机控制器输出电压给电机以及输出电网电压给电机持续预定时间后，控制电机控制器停止输出电压给电机。

在本步骤中，具体的，在输出电网电压给电机时，电机控制器仍然输出电压给电机，持续一段时间至电压平稳后控制电机控制器停止输出电压给电机。

将电机控制器两侧频差和压差信号送到电机控制器，使电机控制器根据此信号来自动调整电机控制器输出的电压与频率，加速并网条件的形成。

本发明另一种实施例提供一种准同步控制器201,如图2所示，准同步控制器201包括：

第一采集模块2011，用于获取电网频率和电网电压；

第二采集模块2012，用于在电机控制器202驱动电机运转的过程中，检测电机控制器202的输出频率、输出电压和相位；

计算与控制模块2013，用于根据电网频率通过电机控制器202调节电机的转速，并使输出频率与电网频率相同，并当判定电机控制器202的输出电压和电网电压满足并网运行条件时，控制电机并网运行。

其中，具体的，计算与控制模块2013判定电机控制器202的输出电压和电网电压满足并网运行条件的过程为：

根据电网电压和输出电压计算电机控制器202的实时运行参数；

对实时运行参数进行矢量运算，生成电流矢量；

调整电流矢量，运用锁相环控制技术，使电网电压矢量与电机控制器202的输出电压矢量的差值为0，频率一样，均为50Hz。

其中，具体的，计算与控制模块2013控制电机并网运行的过程为：

输出电网电压给电机；

保持电机控制器202输出电压给电机以及输出电网电压给电机预定时间后，控制电机控制器202停止输出电压给电机。

如图3所示为准同步控制器201的原理图，其工作过程是：电力系统通过二次设备将电网204和电机控制器202输送的高电压转换为低电压，将转换后正弦信号进行滤波，波形变换等整理减少电网中的高次谐波干扰，并满足测量电路对信号波形的要求，进而减小采样、量化和参数测量过程中的误差，将经交流变换及低通滤波后信号一部分送到A/D转换电路进行模数转换并进行参数测量，另一部分送到硬件测频电路进行频率差和相位差的测量，达到软件测量和硬件结合的效果。

准同步控制器将两侧频差和压差信号送到电机控制器，使电机控制器会根据此信号来自动调整电机控制器输出的电压与频率，加速并网条件的形成，

本发明另一种实施例提供一种永磁同步电机并网运行控制系统，如图4所示，控制系统包括准同步控制器201、电机控制器202以及电机204。

准同步控制器201的电压输入端连接电网和电机控制器202的电压输出端，准同步控制器201的第一输出端连接电机控制器202的控制端，电机控制器202的输入端连接电网，电机控制器202的输出端连接电机204。

电机控制器202用于驱动电机运转。

准同步控制器201用于获取电网频率和电网电压，检测电机控制器202的输出频率和输出电压，并根据电网频率通过电机控制器202调节电机的转速，使输出频率与电网频率相同，当判定电机控制器202的输出电压和电网电压满足并网运行条件时，控制电机204并网运行。

准同步控制器201判定电机控制器202的输出电压和电网电压满足并网运行条件的过程为：

根据电网电压和输出电压计算电机控制器202的实时运行参数；

对实时运行参数进行矢量运算，生成电流矢量；

调整电流矢量，运用锁相环控制技术，使电网电压矢量与电机控制器202的输出电压矢量的差值为0，频率一样，均为50Hz。

控制系统还包括第一开关器件KM1和第二开关器件KM2；

第一开关器件KM1设置与电机控制器202的电压输出端与电机之间，第二开关器件KM2设置与电网与电机之间；

电机控制器202控制电机并网运行的过程为：

电机控制器202控制第二开关器件KM2闭合以输出电网电压给电机，同时保持电机控制器202输出电压给电机以及输出电网电压给电机持续预定时间后，控制第一开关器件KM1断开使电机控制器202停止输出电压给电机。

如图4所示，在执行频差并网期间，第二开关器件KM2两侧频差和压差不满足条件时，准同步控制器会将两侧频差和压差信号送到电机控制器，电机控制器会根据此信号来自动调整电机控制器输出的电压与频率，加速并网条件的形成，一旦捕捉并网时机，准同步控制器控制第二开关器件KM2合闸，完成电机的并网运行。

本发明提供的永磁同步电机并网运行控制方法、系统及准同步控制器，判定电机控制器的输出电压和电网电压满足并网运行条件时，让永磁同步电机不带控制器运行，使运行系统的效率提高3～5％，并且在电机处于发电状态时，实现能量的回馈，使用较少的设备投入，实现了系统的节能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种永磁同步电机并网运行控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

A.获取电网频率和电网电压；

B.在电机控制器驱动电机运转的过程中，检测所述电机控制器的输出频率、输出电压和相位；

C.根据所述电网频率通过所述电机控制器调节所述电机的转速，并使所述电机控制器的输出频率与电网频率相同；

D.当判定所述电机控制器的输出电压和所述电网电压满足并网运行条件时，控制所述电机并网运行。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤D中判定所述电机控制器的输出电压和所述电网电压满足并网运行条件的步骤具体为：

根据所述电网电压和所述输出电压计算所述电机控制器的实时运行参数；

对所述实时运行参数进行矢量运算，生成电流矢量；

调整所述电流矢量，使电网电压矢量与所述电机控制器的输出电压矢量的差值为0。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤D中控制所述电机并网运行的步骤具体为：

输出电网电压给所述电机；

同时保持所述电机控制器输出电压给所述电机以及输出电网电压给所述电机持续预定时间后，控制所述电机控制器停止输出电压给所述电机。

4.一种准同步控制器，其特征在于，所述准同步控制器包括：

第一采集模块，用于获取电网频率和电网电压；

第二采集模块，用于在电机控制器驱动电机运转的过程中，检测所述电机控制器的输出频率、输出电压和相位；

计算与控制模块，用于根据所述电网频率通过所述电机控制器调节所述电机的转速，并使所述输出频率与所述电网频率相同，并当判定所述电机控制器的输出电压和所述电网电压满足并网运行条件时，控制所述电机并网运行。

5.如权利要求4所述的准同步控制器，其特征在于，所述计算与控制模块判定所述电机控制器的输出电压和所述电网电压满足并网运行条件的过程为：

根据所述电网电压和所述输出电压计算所述电机控制器的实时运行参数；

对所述实时运行参数进行矢量运算，生成电流矢量；

调整所述电流矢量，使所述电网电压矢量与所述电机控制器的输出电压矢量的差值为0。

6.如权利要求4所述的准同步控制器，其特征在于，所述计算与控制模块控制所述电机并网运行的过程为：

输出电网电压给所述电机；

保持所述电机控制器输出电压给所述电机以及输出电网电压给所述电机预定时间后，控制所述电机控制器停止输出电压给所述电机。

7.一种永磁同步电机并网运行控制系统，其特征在于，所述控制系统包括准同步控制器、电机控制器以及电机；

所述准同步控制器的电压输入端连接电网和所述电机控制器的电压输出端，所述准同步控制器的第一输出端连接所述电机控制器的控制端，所述电机控制器的输入端连接电网，所述电机控制器的输出端连接所述电机；

所述电机控制器用于驱动电机运转；

所述准同步控制器用于获取电网频率和电网电压，检测所述电机控制器的输出频率和输出电压，并根据所述电网频率通过所述电机控制器调节所述电机的转速，并使所述输出频率与电网频率相同，当判定所述电机控制器的输出电压和所述电网电压满足并网运行条件时，控制所述电机并网运行。

8.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述准同步控制器判定所述电机控制器的输出电压和所述电网电压满足并网运行条件的过程为：

根据所述电网电压和所述输出电压计算所述电机控制器的实时运行参数；

对所述实时运行参数进行矢量运算，生成电流矢量；

调整所述电流矢量，使电网电压矢量与所述电机控制器的输出电压矢量的差值为0。

9.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括第一开关器件和第二开关器件；

所述第一开关器件设置与所述电机控制器的电压输出端与所述电机之间，所述第二开关器件设置与电网与所述电机之间；

所述电机控制器控制所述电机并网运行的过程为：

所述电机控制器控制所述第二开关器件闭合以输出电网电压给所述电机，同时保持所述电机控制器输出电压给所述电机以及输出电网电压给所述电机持续预定时间后，控制所述第一开关器件断开使所述电机控制器停止输出电压给所述电机。