CN106787841A - 具有冗余电流反馈的整流控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种应用于大型整流系统的具有冗余电流反馈的整流控制系统，其包括交流互感器、直流传感器、主控制器、整流机组驱动控制器和报警装置，整流机组驱动控制器包括整流机组角侧驱动控制器和整流机组星侧驱动控制器；所述主控制器包括逻辑控制模块、调节器和输出控制模块。本发明应用于同型号并联运行的大型整流系统中，在不增加传感器数量的基础上，有效避免因反馈信号异常造成的输出电流波动，起到异常工况下保护整流装置和负载的作用，改善系统安全性；同时能够使用较少的传感器完成基本控制任务，降低运营成本，同时提高了设备稳定运行的可靠性。

Description

具有冗余电流反馈的整流控制系统

技术领域

本发明涉及大型整流系统，更具体地说，涉及一种具有冗余电流反馈的整流控制系统。

背景技术

为了实现工业生产所需要的大直流电流输出，许多现场需要将多台整流装置并联使用。这些装置通常以三相六脉波为基础单元，工作在稳流方式。两台六脉波单元共用一台整流变压器，分星、角侧连接组成12脉波机组，降低谐波干扰。

为使这些装置能够均匀承担负载所需的输出，现场的控制系统需要多套大电流直流传感器分别进行检测。这些传感器往往工作在恶劣的环境下，安全性难以提高。同时，现场连接线路通常长达数十米甚至数百米，非常容易引入多种干扰因素和安全问题。而一旦传感器信号出现异常，则会导致机组的输出波动，轻则影响生产，重则容易导致的生产安全事故。

因此十分需要这样一种控制系统，在反馈信号出现异常的情况下，能够保持正确的控制输出，并发出错误报警，提示人工排除故障。

发明内容

本发明所解决的问题是：当本发明所涉及的整流控制系统发生反馈信号故障时，能够正确识别故障，并有效控制输出电流。能够有效避免因反馈信号故障造成的输出电流异常变化，优化系统安全性；同时能够使用较少的传感器完成基本控制任务。

本发明为解决上述问题采用如下的技术方案，具有冗余电流反馈的整流控制系统，其包括交流互感器、直流传感器、主控制器、整流机组驱动控制器和报警装置，整流机组驱动控制器包括整流机组角侧驱动控制器和整流机组星侧驱动控制器，其特征在于：在同一台整流变压器的12脉波机组中，在整流变压器的输入端安装网侧交流互感器，整流变压器的星型输出端和角型输出端分别安装星侧交流互感器和角侧交流互感器；整流变压器输出端连接的整流机组的星型输出端和角型输出端分别安装星侧直流传感器和角侧直流传感器；整流机组的总电流输出端上安装机组直流传感器；所述主控制器包括逻辑控制模块、调节器一、调节器二、调节器三和输出控制模块；网侧交流互感器、星侧交流互感器、角侧交流互感器、星侧直流传感器和角侧直流传感器和机组直流传感器分别连接至逻辑控制模块，逻辑控制模块输出状态控制信号至输出控制模块，逻辑控制模块输出报警信号至报警装置，逻辑控制模块输出的角侧反馈信号至调节器一；逻辑控制模块输出的星侧反馈信号输入至调节器二，逻辑控制模块输出另一路角侧反馈信号和星侧反馈信号至调节器三；12脉波机组给定的两路输入信号分别输入至调节器一和调节器二；调节器一的输出端分别连接至整流机组角侧驱动控制器和输出控制模块；调节器二的输出端和调节器三的输出端分别连接至输出控制模块；输出控制模块连接至整流机组星侧驱动控制器；调节器一、调节器二和调节器三分别输出一路信号至逻辑控制模块；整流机组角侧驱动控制器和整流机组星侧驱动控制器分别连接至整流机组的角侧、星侧整流器。

上述的具有冗余电流反馈的整流控制系统，所述的逻辑控制模块采用微处理器，使用数字调节系统，经过内部逻辑分析判断，生成调节器所需的反馈数据。

上述的具有冗余电流反馈的整流控制系统，所述的主控制器在正常接收星侧交流互感器、角侧交流互感器、星侧直流传感器和角侧直流传感器提供的4路反馈信号中的任意3路或3路以上反馈信号的情况下，控制整流机组正常输出。

上述的具有冗余电流反馈的整流控制系统，所述的主控制器采用交流、直流反馈对比和机组总、分电流对比及电流分配对比的特性对反馈值进行监视。

上述的具有冗余电流反馈的整流控制系统，所述的主控制器除了能按照星、角侧独立稳流的稳流方式之外，还采用主从调节器稳流方式进行闭环稳流，即一个调节器进行稳流计算，另一个调节器依据星、角侧电流差异进行补偿的方式工作，且这两种方式之间可以进行随机无扰切换。

上述的具有冗余电流反馈的整流控制系统，所述的主控制器采用统一的bit序列来标记反馈配置情况及检测过程中的状态，并采用查表方式来确定复杂反馈状态下控制器行为的方法来处理多重反馈下的状态逻辑分析。

上述的具有冗余电流反馈的整流控制系统，所述的主控制器通过功率相似的原则处理不同有载开关档位下的交直流电流对应关系问题，使用网侧交流互感器信号进行直接或备选信号参与稳流。

本发明利用12脉波机组中的各电流之间存在多种原理上的对应关系和相互关系，设计出具有冗余电流反馈的整流控制系统，能实现信号间的数值的相互冗余，通过理论值与实测值或是实测值与实测值之间的对比，获得电流信号的正确值及其状态信息。主控制器在正常接收星侧交流互感器、角侧交流互感器、星侧直流传感器和角侧直流传感器提供的4路反馈信号中的任意3路或3路以上反馈信号的情况下，可以控制整流机组正常输出，因此其应用于同型号并联运行的大型整流系统中，能够有效避免因反馈信号故障造成的输出电流异常变化，优化系统安全性；同时按此方法能够使用较少的传感器完成基本控制任务。

本发明建立在基于微处理器的数字控制技术之上，利用数字控制系统设计灵活、逻辑功能强的特点，使得复杂的控制逻辑和运算得以实现。

本发明所涉及的技术方法可用于晶闸管整流系统，其控制变量为导通角（或控制角）。同时也适用于自饱和电抗器稳流的二极管整流系统，对应的，控制变量为产生自饱和电抗器控制电流的脉冲宽度。

因此，本发明可以实现以下功能：

·按照一般现场情况，一套12脉波机组控制系统可以接入星、角侧，交、直流电流共4路电流反馈信号，这种情形下，任意一路反馈的故障都不会影响机组正常运行；

·正常运行过程中，只要能提供代表星角侧电流的任意2路反馈即可进行正常稳流控制；

·允许使用星、角侧两个交流信号和一个直流信号作为反馈信号，进行准确的稳流和分配，并提供冗余保护；

·类似上一条，可以使用两个直流信号和一个交流信号作为反馈，本系统能够准确稳流，并实现逻辑功能。

·本发明所涉及的控制系统既能够以传统方式实现星角侧独立稳流，又能够实现12脉波统一稳流，这种方式下可以避免星角侧装置通过整流变压器的耦合带来的一些问题，能有效提高控制响应速度和总体精度。

本发明的有益效果是，其应用于同型号并联运行的大型整流系统中，能够有效避免因反馈信号故障造成的输出电流异常变化，起到异常工况下保护整流装置和负载的作用，改善系统安全性；同时能够使用较少的传感器完成基本控制任务，降低运营成本，同时提高了设备稳定运行的可靠性。

附图说明

图1为本发明的整流机组连接关系示意图。

图2为本发明的系统结构框图。

图3为本发明的反馈监测软件流程。

图4为本发明的控制管理软件总体流程。

具体实施方式

为了使本发明的技术方法描述更加清晰，以下结合附图做进一步阐述。需要说明的是，附图仅作为说明本方案之用，并不完全代表本发明的全部内容，也不代表实际应用的全部情况。

如图1所示，大型整流系统中以整流变压器数量为单位，分成若干12脉波整流机组，机组中分星、角两台6脉波装置。控制系统作为反馈使用的电流信号分别在图中标出。系统中的电流信号之间存在以下这些关系：

·星侧整流装置的交流电流变换信号与直流电流测量信号之间呈线性关系，但带有少量误差。角侧整流装置电流信号有着同样的规律；

·机组直流总电流等于星、角侧输出电流的总和。在测量值上的关系仅限于测量误差。

·为满足平衡需要，机组正常运行时星、角侧输出电流应保持大致相等，同样其交流电流也保持大致相等；

·为满足波形需要，机组正常运行时，星、角侧的控制变量（导通角或控制电流）大致相等；

·为满足工艺需要，机组运行时输出参数一般处于稳定状态，各电流值不会大幅变化。

·现代整流系统效率很高，因此，其交流侧功率与直流侧功率非常接近。在有载开关档位确定的情况下，整流变压器的网侧电流变换信号与直流输出存在线性关系。当直流电压数据可用时，这种关系可以进一步优化。

按照图1所示的信号序号，对应地以一个6bit变量来描述实际系统的电流信号配备情况，每位代表一个信号。机组、星侧、角侧信号分别相邻，且交流信号处于较高位，这样形成一个数值即作为反馈配置码。系统软件用一个常量表格定义不同反馈配置码下各分析过程的执行情况，以及对反馈的选择情况，在后续的计算过程中简化判断逻辑。

如图2所示，具有冗余电流反馈的整流控制系统，其包括交流互感器、直流传感器、主控制器、整流机组驱动控制器和报警装置，整流机组驱动控制器包括整流机组角侧驱动控制器和整流机组星侧驱动控制器，其特征在于：在同一台整流变压器的12脉波机组中，在整流变压器的输入端安装网侧交流互感器，整流变压器的星型输出端和角型输出端分别安装星侧交流互感器和角侧交流互感器；整流变压器输出端连接的整流机组的星型输出端和角型输出端分别安装星侧直流传感器和角侧直流传感器；整流机组的总电流输出端上安装机组直流传感器；所述主控制器包括逻辑控制模块、调节器一、调节器二、调节器三和输出控制模块；网侧交流互感器、星侧交流互感器、角侧交流互感器、星侧直流传感器和角侧直流传感器和机组直流传感器分别连接至逻辑控制模块，逻辑控制模块输出状态控制信号至输出控制模块，逻辑控制模块输出报警信号至报警装置，逻辑控制模块输出的角侧反馈信号至调节器一；逻辑控制模块输出的星侧反馈信号输入至调节器二，逻辑控制模块输出另一路角侧反馈信号和星侧反馈信号至调节器三；12脉波机组给定的两路输入信号分别输入至调节器一和调节器二；调节器一的输出端分别连接至整流机组角侧驱动控制器和输出控制模块；调节器二的输出端和调节器三的输出端分别连接至输出控制模块；输出控制模块连接至整流机组星侧驱动控制器；调节器一、调节器二和调节器三分别输出一路信号至逻辑控制模块；整流机组角侧驱动控制器和整流机组星侧驱动控制器分别连接至整流机组的角侧、星侧整流机。

所述的逻辑控制模块采用微处理器，使用数字调节系统，经过内部逻辑分析判断，生成调节器所需的反馈数据。

所述的主控制器在正常接收星侧交流互感器、角侧交流互感器、星侧直流传感器和角侧直流传感器提供的4路反馈信号中的任意3路或3路以上反馈信号的情况下，控制整流机组正常输出。

所述的主控制器采用交流、直流反馈对比和机组总、分电流对比及电流分配对比的特性对反馈值进行监视。

所述的主控制器除了能按照星、角侧独立稳流的稳流方式之外，还采用主从调节器稳流方式进行闭环稳流，即一个调节器进行稳流计算，另一个调节器依据星、角侧电流差异进行补偿的方式工作，且这两种方式之间可以进行随机无扰切换。

所述的主控制器采用统一的bit序列来标记反馈配置情况及检测过程中的状态，并采用查表方式来确定复杂反馈状态下控制器行为的方法来处理多重反馈下的状态逻辑分析。

所述的主控制器通过功率相似的原则处理不同有载开关档位下的交直流电流对应关系问题，从而允许使用网侧交流互感器信号进行直接或备选信号参与稳流。

在图2中，因为实际情况下，本发明的控制系统无需具体区分星、角侧整流装置，所以控制系统输入侧信号以A、B代指。为了避免电流信号太多导致控制器过于复杂，本发明所涉及的控制系统限定最多输入4路电流信号。

本发明应用时，检测项目分3类：交直流电流近似关系，检测交流电流转换值与直流电流是否保持应有的物理关系；电流分配关系，检查6脉波整流装置的电流信号总和与机组检测值是否符合正常物理关系，以及6脉波两台装置的电流是否值相近；异动检测，检测信号是否有大范围的值异常波动。

每个反馈分析阶段，控制系统在使用1个6bit寄存器，按照反馈配置码对应的位来分别存放检测结果，如正常通过，则对应的位置位。其它情况下相关的位均保持为0。异动分析还使用2个6bit寄存器分别保存异动方向。

当涉及到整流变网侧互感器电流时，要使用到直流电压信号，以抵消有载档位对结果的影响。根据功率近似的原理，网侧电流与直流近似的关系为：网侧电流变换信号≈ m×直流总电流÷直流电压。为便于计算，将网侧电流信号变换为一个中间变量Vac，Vac＝ k（常系数，预设参数）网侧电流采样值×直流电压。

另外，当工作电流远低于额定值时，控制系统很难得到相应的算法精度，因此，输出至少达到10%额定值时各控制功能才会启动。

数据分析完成后，仲裁程序根据原始反馈配置码和3次分析结果代码，通过查找软件预设的判定表，得出最终的判定结果码，判定结果代码与反馈配置码具有相同的编码规则，根据该编码，控制系统按系统软件定义的途径选择下步操作。如有报警或报警回归事件，完成处置。

分析程序按要求提供各反馈数据，图3为反馈监测软件流程，如采集数据不存在或有错误，则按照前面所述的物理关系推导出理论值。因此只要所接入的反馈信号能够体现A、B电流的相对关系，并有一个准确的输出测量值，分析程序就能够保证调节器能够得到有效的反馈数据，维持正确运行。

本系统有2种调节方式，图4是控制系统的总体流程。下面结合图2、图4作系统说明：

调节器1作为主要稳流调节器，其结果直接驱动A输出。在分调模式下，调节器2作为B调节器处于活动状态，其输出驱动B输出。分调模式得到A、B输出后经过均值处理，获得AB差值，该差值覆盖调节器3的积分寄存器，以便在总分调切换时获得平滑过渡。在总调模式下，调节器1运行状态不变，而调节器2处于待命状态，调节器3根据A、B分机电流计算B相对于A的输出差值，最后通过分配来确定B输出值。

本发明所涉及的控制系统能够很好地解决大型整流机组现场反馈可靠性问题，有效避免由此带来的停车和故障损失，提高现场设备可靠性。除此之外，按照12脉波机组电流关系，通过统调控制方式，可以在系统反馈只有指定3路的情况下，满足冗余关系，从而减少传感器的数量，降低系统成本。本发明还可适应晶闸管稳流和自饱和电抗器稳流，具有很好的行业推广价值。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.具有冗余电流反馈的整流控制系统，其包括交流互感器、直流传感器、主控制器、整流机组驱动控制器和报警装置，整流机组驱动控制器包括整流机组角侧驱动控制器和整流机组星侧驱动控制器，其特征在于：在同一台整流变压器的12脉波机组中，在整流变压器的输入端安装网侧交流互感器，整流变压器的星型输出端和角型输出端分别安装星侧交流互感器和角侧交流互感器；整流变压器输出端连接的整流机组的星型输出端和角型输出端分别安装星侧直流传感器和角侧直流传感器；整流机组的总电流输出端上安装机组直流传感器；所述主控制器包括逻辑控制模块、调节器一、调节器二、调节器三和输出控制模块；网侧交流互感器、星侧交流互感器、角侧交流互感器、星侧直流传感器和角侧直流传感器和机组直流传感器分别连接至逻辑控制模块，逻辑控制模块输出状态控制信号至输出控制模块，逻辑控制模块输出报警信号至报警装置，逻辑控制模块输出的角侧反馈信号至调节器一；逻辑控制模块输出的星侧反馈信号输入至调节器二，逻辑控制模块输出另一路角侧反馈信号和星侧反馈信号至调节器三；12脉波机组给定的两路输入信号分别输入至调节器一和调节器二；调节器一的输出端分别连接至整流机组角侧驱动控制器和输出控制模块；调节器二的输出端和调节器三的输出端分别连接至输出控制模块；输出控制模块连接至整流机组星侧驱动控制器；调节器一、调节器二和调节器三分别输出一路信号至逻辑控制模块；整流机组角侧驱动控制器和整流机组星侧驱动控制器分别连接至整流机组的角侧、星侧整流器。

2.根据权利要求1所述的具有冗余电流反馈的整流控制系统，其特征在于：所述的逻辑控制模块采用微处理器，使用数字调节系统，经过内部逻辑分析判断，生成调节器所需的反馈数据。

3.根据权利要求1所述的具有冗余电流反馈的整流控制系统，其特征在于：所述的主控制器在正常接收星侧交流互感器、角侧交流互感器、星侧直流传感器和角侧直流传感器提供的4路反馈信号中的任意3路或3路以上反馈信号的情况下，控制整流机组正常输出。

4.根据权利要求1所述的具有冗余电流反馈的整流控制系统，其特征在于：所述的主控制器采用交流、直流反馈对比和机组总、分电流对比及电流分配对比的特性对反馈值进行监视。

5.根据权利要求1所述的具有冗余电流反馈的整流控制系统，其特征在于：所述的主控制器除了能按照星、角侧独立稳流的稳流方式之外，还采用主从调节器稳流方式进行闭环稳流，即一个调节器进行稳流计算，另一个调节器依据星、角侧电流差异进行补偿的方式工作，且这两种方式之间可以进行随机无扰切换。

6.根据权利要求1所述的具有冗余电流反馈的整流控制系统，其特征在于：所述的主控制器采用统一的bit序列来标记反馈配置情况及检测过程中的状态，并采用查表方式来确定复杂反馈状态下控制器行为的方法来处理多重反馈下的状态逻辑分析。

7.根据权利要求1所述的具有冗余电流反馈的整流控制系统，其特征在于：所述的主控制器通过功率相似的原则处理不同有载开关档位下的交直流电流对应关系问题，使用网侧交流互感器信号进行直接或备选信号参与稳流。