CN108063546B - 一种变频器低电压穿越电源控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频器低电压穿越电源控制系统，包括电源模块、执行模块、监控模块；其中，当监控模块检测到变频器的变频直流母线电压低于低电压穿越电压阈值时，监控模块控制执行模块与变频直流母线连接的电路导通，电源模块通过执行模块对变频直流母线进行直流供电；当监控模块检测到变频直流母线电压不低于低电压穿越电压阈值时，监控模块控制执行模块与变频直流母线连接的电路断开，电源模块停止对变频直流母线进行直流供电；电源模块包括对变频直流母线进行直流供电的蓄电池组以及对蓄电池组进行充电的充电单元；充电单元通过第一正极母线以及与第一正极母线对应的第一负极母线对蓄电池组进行充电，且充电单元具有浮充功能。

Description

一种变频器低电压穿越电源控制系统

技术领域

本发明属于电力保障设备设计领域，尤其涉及一种变频器低电压穿越电源控制系统。

背景技术

近年来，随着电力电子技术的高速发展和火电厂节能需求的日益增强，变频器以其软启动、变频调速、保护功能齐全等方面的优势，逐步替代传统的调速控制装置而在火电厂辅机上得到广泛应用，设计单位在许多火电厂辅机的设计上都越来越倾向于采用变频器技术。但是，多数变频器的低电压穿越能力差，甚至不具备这种能力。当电源系统发生扰动时，会触发变频器的低电压保护功能，引起变频器低电压闭锁输出，辅机设备的变频器就因电压低停运，从而导致电动机停运威胁用户的安全稳定生产。特别是大中型火电机组的给煤机、给粉机采用变频调速时，变频器停止运行直接导致锅炉炉膛灭火保护MFT(Main FuelTrip)无延时动作，机组与电网解列。因给粉机变频器低压保护跳闸而起的非计划停机，会给电厂带来很大的经济损失，提高火电机组辅机低电压穿越能力，对保障火电机组经济、稳定运行具有重要意义。

低电压穿越是指在电力供应以及发电过程中，设备的输入电压由于电网故障或负载变化过大发生电压跌落时到电网故障消除或负载恢复正常后电压恢复到额定的过程。电压骤降的严重程度被定义为电压水平较低(可能会下降到零)和持续时间的较长，不能保持连接电力网络的正序无功电流和无功功率连续。

在低电压穿越装置应用之前主要有两种办法解决变频器低电压跳闸：一、购买具备IGBT逆变器件的变频器；二、选择能够在小幅度电压跌落条件下仍能正常工作的变频器。但是电网电压跌落通常持续时间短，压降幅度大，如果低电压穿越时电压降低幅度达到50％以上，变频器就会低电压跳机，那么就需要加装一套维持变频器正常运行躲过低电压穿越时间的装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种变频器低电压穿越电源控制系统，其能够在低电压穿越故障时保障所带辅机变频器在电压恢复前保持稳定运行，在电压恢复后能自动无扰动退出，并且可以在机组运行期间单独退出进行检查维修。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种变频器低电压穿越电源控制系统，包括电源模块、执行模块、监控模块；

其中，

当所述监控模块检测到所述变频器的变频直流母线电压低于低电压穿越电压阈值时，所述监控模块控制所述执行模块与所述变频直流母线连接的电路导通，所述电源模块通过所述执行模块对所述变频直流母线进行直流供电；

当所述监控模块检测到所述变频直流母线电压不低于所述低电压穿越电压阈值时，所述监控模块控制所述执行模块与所述变频直流母线连接的电路断开，所述电源模块停止对所述变频直流母线进行直流供电；

所述电源模块包括对所述变频直流母线进行直流供电的蓄电池组以及对所述蓄电池组进行充电的充电单元；

所述充电单元通过第一正极母线以及与所述第一正极母线对应的第一负极母线对所述蓄电池组进行充电，且所述充电单元具有浮充功能。

根据本发明一实施例，所述电源模块还包括用于对所述监控模块提供工作电压的第一开关电源、第二开关电源；

其中，

所述第一开关电源、第二开关电源的正极输入端与所述第一正极母线连接；所述第一开关电源、第二开关电源的负极输入端与所述第一负极母线连接。

根据本发明一实施例，所述执行模块包括一端与所述第一正极母线相连的第二正极母线以及一端与所述第一负极母线相连的第二负极母线；所述第二正极母线、第二负极母线的另一端分别与所述变频直流母线的正极、负极相连；

其中，

所述第二正极母线上依次串联第一二极管、第一固态继电器，所述第一二极管的阳极与所述第一正极母线连接；

所述第二负极母线上依次串联第二二极管、第二固态继电器，所述第二二极管的阴极与所述第一负极母线连接；

所述第一固态继电器的输入控制端与所述第二固态继电器的输入控制端短接；

所述监控模块与所述第一固态继电器的输入控制端连接。

根据本发明一实施例，所述监控模块包括PLC控制器、电压传感器；

所述电压传感器的电压检测端与所述变频直流母线的正极、负极相连，用于检测所述变频直流母线的电压；

所述电压传感器的信号输出端与所述PLC控制器连接；

所述第一开关电源、第二开关电源分别为所述电压传感器、PLC控制器提供工作电压。

根据本发明一实施例，所述PLC控制器还与所述变频器的变频运行信号输出端连接，用于检测所述变频器是否运行。

根据本发明一实施例，所述监控模块还包括用于监测所述蓄电池组的电池组监测单元，所述第一开关电源为所述电池组监测单元提供工作电压。

根据本发明一实施例，所述监控模块还包括人机界面，

所述人机界面通过网络集线器与所述PLC控制器、所述电池组监测单元建立通讯连接；

所述第二开关电源为所述人机界面以及所述网络集线器提供工作电压。

根据本发明一实施例，所述监控模块还包括电压表、第一电流表、第二电流表；

所述电压表用于测量所述蓄电池组的电压，所述第一电流表测量所述第一正极母线上的电流，所述第二电流表测量第二正极母线上的电流；

其中，

所述第一正极母线上连接有与所述第一电流表配合的第一直流互感器；

所述第二正极母线上连接有与所述第二电流表配合的第二直流互感器；

所述第一开关电源为所述第一直流互感器、第二直流互感器提供工作电压；

所述第二开关电源为所述电压表、第一电流表、第二电流表提供工作电压；

采用RS485总线型拓扑结构将所述电压表、第一电流表、第二电流表以及所述充电单元上的信息发送给所述人机界面。

根据本发明一实施例，所述监控模块还包括直流接触器，所述直流接触器的触点设置在所述第一固态继电器与所述变频直流母线的正极之间的连接电路上；

所述PLC控制器控制所述直流接触器的触点的断开与闭合，所述变频器低电压穿越电源控制系统在热备状态下所述直流接触器的触点处于常闭状态。

根据本发明一实施例，所述第一正极母线上设置有第一断路器，所述第二正极母线上设置有第二断路器。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)通过提供变频器低电压穿越电源控制系统，当监控模块检测到变频器的变频直流母线电压低于低电压穿越电压阈值时，监控模块控制执行模块与变频直流母线连接的电路导通，电源模块通过执行模块对变频直流母线进行直流供电，在低电压穿越故障时可以保障所带辅机变频器在电压恢复前保持稳定运行，在电压恢复后能自动无扰动退出。

2)设置用于检测变频直流母线的电压传感器，通过检测变频直流母线的电压能够判断出变频器是否处于低电压穿越状态，进而控制电源模块的蓄电池组对变频直流母线供电。

3)通过设计在第二正极母线上串联第一二极管且第一二极管的阳极与第一正极母线连接；在第二负极母线上串联第二二极管，第二二极管的阴极与第一负极母线连接；利用二极管的单向导通性，实现了变频直流母线防反接线。

4)固态继电器由于没有运动的零部件，所以反应时间比较快，能在高冲击、振动的环境下工作，切换速度可从几毫秒至几微秒，是目前响应速度最快的继电器；PLC控制器可以选择响应速度较快的PLC控制器；PLC控制器作为控制单元，配合在继电器领域中开关速度最快的固态继电器，实现整个投切过程快速、可靠。第一固态继电器的输入控制端与第二固态继电器的输入控制端短接，PLC控制器通过控制固态继电器可实现本发明的变频器低电压穿越电源控制系统的快速投入与切断。

5)通过设计第一开关电源、第二开关电源能够为监控模块提供工作电压，第一开关电源、第二开关电源均由蓄电池组供电，因此在低电压控制柜外接电源断电时监控模块仍可正常工作。

6)通过设置直流接触器，且直流接触器的触点设置在第一固态继电器与变频直流母线的正极之间的连接电路上，PLC控制器控制直流接触器的触点的断开与闭合，由于固态继电器为半导体元件，半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。当电厂检修时，变频器低电压穿越电源控制系统应与变频器完全电隔离，因此直流接触器的触点断开，能够保证变频器低电压穿越电源控制系统与变频器完全隔离。

附图说明

图1为本发明的变频器低电压穿越电源控制系统的连接电路图；

图2为变频器的连接示意图；

图3为PLC控制器的外部接线示意图；

图4为包含直流接触器的连接示意图；

图5为蓄电池组的连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种变频器低电压穿越电源控制系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

参看图1以及图2，一种变频器低电压穿越电源控制系统，包括电源模块、执行模块、监控模块；其中，当监控模块检测到变频器的变频直流母线电压低于低电压穿越电压阈值时，监控模块控制执行模块与变频直流母线连接的电路导通，电源模块通过执行模块对变频直流母线进行直流供电；当监控模块检测到变频直流母线电压不低于低电压穿越电压阈值时，监控模块控制执行模块与变频直流母线连接的电路断开，电源模块停止对变频直流母线进行直流供电；电源模块包括对变频直流母线进行直流供电的蓄电池组以及对蓄电池组进行充电的充电单元TD01；充电单元TD01通过第一正极母线以及与第一正极母线对应的第一负极母线对蓄电池组进行充电，且充电单元TD01具有浮充功能。

采用上述变频器低电压穿越电源控制系统，在低电压穿越故障时可以保障变频器在电压恢复前保持稳定运行，在电压恢复后能自动无扰动退出。充电单元TD01对蓄电池组进行充电且具有浮充功能，能够保证在热备状态下蓄电池组电量处于满电状态。

进一步地，电源模块还包括用于对监控模块提供工作电压的第一开关电源PS01、第二开关电源PS02；其中，第一开关电源PS01、第二开关电源PS02的正极输入端与第一正极母线连接；第一开关电源PS01、第二开关电源PS02的负极输入端与第一负极母线连接。可以理解，第一开关电源PS01、第二开关电源PS01均由蓄电池组供电，因此在低电压控制柜外接电源断电时监控模块仍可正常工作。

进一步地，执行模块包括一端与第一正极母线相连的第二正极母线以及一端与第一负极母线相连的第二负极母线；第二正极母线、第二负极母线的另一端分别与变频直流母线的正极、负极相连；其中，第二正极母线上依次串联第一二极管RT01、第一固态继电器GK01(具体地，第一二极管RT01、第一固态继电器GK01按照电源模块停止对变频直流母线进行直流供电时的电流方向依次设置在第二正极母线上)，第一二极管RT01的阳极与第一正极母线连接；第二负极母线上依次串联第二二极管RT02、第二固态继电器GK02(具体地，第二固态继电器GK02、第二二极管RT02按照电源模块停止对变频直流母线进行直流供电时的电流方向依次设置在第二负极母线上)，第二二极管RT02的阴极与第一负极母线连接；第一固态继电器GK01的输入控制端与第二固态继电器GK02的输入控制端短接；监控模块与第一固态继电器GK01的控制输入控制端。

可以理解，通过设计在第二正极母线上串联第一二极管RT01且第一二极管RT01的阳极与第一正极母线连接；在第二负极母线上串联第二二极管RT02，第二二极管RT02的阴极与第一负极母线连接；利用二极管的单向导通性，实现了变频直流母线防反接线。固态继电器由于没有运动的零部件，所以反应时间比较快，能在高冲击、振动的环境下工作，切换速度可从几毫秒至几微秒，是目前响应速度最快的继电器；第一固态继电器GK01的输入控制端与第二固态继电器GK02的输入控制端短接，这样监控模块只需要通过控制固态继电器便可实现本发明的变频器低电压穿越电源控制系统的快速投入与切断。

可选地，第一正极母线上设置有第一断路器QF01，第二正极母线上设置有第二断路器QF02。

进一步地，参看图1以及图3，监控模块包括PLC控制器、电压传感器YB01；电压传感器YB01的电压检测端与变频直流母线的正极、负极相连，用于检测变频直流母线的电压；电压传感器YB01的信号输出端与PLC控制器连接；第一开关电源PS01、第二开关电源PS02分别为电压传感器YB01、PLC控制器提供工作电压。通过测量变频直流母线的电压可以判断本发明的变频器低电压穿越电源控制系统是否应该快速投入或者是否应该退出。电压传感器YB01可以使用独立的霍尔传感器作为电压检测装置，其相应速度可达到μS级别，其输出为标准0-5V信号，兼容绝大部分工业控制器，同时避免了小信号的干扰，利于信号捕捉和计算。

较佳地，PLC控制器可以选择响应速度较快的PLC控制器；PLC控制器作为控制单元，配合在继电器领域中开关速度最快的固态继电器，实现整个投切过程快速、可靠。

较佳地，参看图2，PLC控制器还与变频器的变频运行信号输出端连接，用于检测变频器是否运行。

较佳地，参看图5，监控模块还包括用于监测蓄电池组的电池组监测单元BMU01，第一开关电源PS01为电池组监测单元BMU01提供工作电压。电池组监测单元BMU01对每个电池循环检测其电压、内阻、电量等参数，在上述参数异常时发出故障通知技术人员检修。

在一具体实施例中，参看图1，监控模块还包括人机界面HMI，人机界面HMI通过网络集线器HUB01与PLC控制器、电池组监测单元BMU01建立通讯连接；第二开关电源PS02为人机界面HMI以及网络集线器HUB01提供工作电压。进一步地，监控模块还包括电压表CTM01、第一电流表CTM02、第二电流表CTM03；电压表CTM01用于测量蓄电池组的电压，第一电流表CTM02测量第一正极母线上的电流，第二电流表CTM03测量第二正极母线上的电流；其中，第一正极母线上连接有与第一电流表CTM02配合的第一直流互感器CT1；第二正极母线上连接有与第二电流表CTM03配合的第二直流互感器CT2；第一开关电源PS01为第一直流互感器CT1、第二直流互感器CT2提供工作电压；第二开关电源PS02为电压表CTM01、第一电流表CTM02、第二电流表CTM03提供工作电压；采用RS485总线型拓扑结构将电压表CTM01、第一电流表CTM02、第二电流表CTM03以及充电单元TD01上的信息发送给人机界面HMI。

使用网络集线器HUB01将PLC控制器、人机界面HMI、电池组监测单元BMU01通过以太网连接，保障通讯快速、稳定。人机界面HMI显示系统的各种运行信息，并能接受输入控制命令改变系统运行方式，可以将数据及系统运行状态传送至远程监控终端，方便实现集中监控、集中管理、集中维护、无人值守。

较佳地，图1、图3以及图4，监控模块还包括直流接触器KM01，直流接触器KM01的触点设置在第一固态继电器GK01与变频直流母线的正极之间的连接电路上；PLC控制器控制直流接触器KM01的触点的断开与闭合，变频器低电压穿越电源控制系统在热备状态下直流接触器KM01的触点处于常闭状态。

由于固态继电器为半导体元件，半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。当电厂检修时，变频器低电压穿越电源控制系统应与变频器完全电隔离，因此直流接触器KM01的触点断开，能够保证变频器低电压穿越电源控制系统与变频器完全隔离。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种变频器低电压穿越电源控制系统，其特征在于，包括电源模块、执行模块、监控模块；

其中，

当所述监控模块检测到所述变频器的变频直流母线电压低于低电压穿越电压阈值时，所述监控模块控制所述执行模块与所述变频直流母线连接的电路导通，所述电源模块通过所述执行模块对所述变频直流母线进行直流供电；

当所述监控模块检测到所述变频直流母线电压不低于所述低电压穿越电压阈值时，所述监控模块控制所述执行模块与所述变频直流母线连接的电路断开，所述电源模块停止对所述变频直流母线进行直流供电；

所述电源模块包括对所述变频直流母线进行直流供电的蓄电池组以及对所述蓄电池组进行充电的充电单元；

所述充电单元通过第一正极母线以及与所述第一正极母线对应的第一负极母线对所述蓄电池组进行充电，且所述充电单元具有浮充功能；

所述执行模块包括一端与所述第一正极母线相连的第二正极母线以及一端与所述第一负极母线相连的第二负极母线；所述第二正极母线、第二负极母线的另一端分别与所述变频直流母线的正极、负极相连；其中，所述第二正极母线上依次串联第一二极管、第一固态继电器，所述第一二极管的阳极与所述第一正极母线连接；所述第二负极母线上依次串联第二二极管、第二固态继电器，所述第二二极管的阴极与所述第一负极母线连接；所述第一固态继电器的输入控制端与所述第二固态继电器的输入控制端短接；所述监控模块与所述第一固态继电器的输入控制端连接；所述第一正极母线上设置有第一断路器，所述第二正极母线上设置有第二断路器；

所述监控模块包括直流接触器，所述直流接触器的触点设置在所述第一固态继电器与所述变频直流母线的正极之间的连接电路上；所述监控模块控制所述直流接触器的触点的断开与闭合，所述变频器低电压穿越电源控制系统在热备状态下所述直流接触器的触点处于常闭状态。

2.如权利要求1所述变频器低电压穿越电源控制系统，其特征在于，所述电源模块还包括用于对所述监控模块提供工作电压的第一开关电源、第二开关电源；

其中，

所述第一开关电源、第二开关电源的正极输入端与所述第一正极母线连接；所述第一开关电源、第二开关电源的负极输入端与所述第一负极母线连接。

3.如权利要求2所述变频器低电压穿越电源控制系统，其特征在于，所述监控模块包括PLC控制器、电压传感器；

所述电压传感器的电压检测端与所述变频直流母线的正极、负极相连，用于检测所述变频直流母线的电压；

所述电压传感器的信号输出端与所述PLC控制器连接；

所述第一开关电源、第二开关电源分别为所述电压传感器、PLC控制器提供工作电压。

4.如权利要求3所述变频器低电压穿越电源控制系统，其特征在于，所述PLC控制器还与所述变频器的变频运行信号输出端连接，用于检测所述变频器是否运行。

5.如权利要求3或4所述变频器低电压穿越电源控制系统，其特征在于，所述监控模块还包括用于监测所述蓄电池组的电池组监测单元，所述第一开关电源为所述电池组监测单元提供工作电压。

6.如权利要求5所述变频器低电压穿越电源控制系统，其特征在于，所述监控模块还包括人机界面，

所述人机界面通过网络集线器与所述PLC控制器、所述电池组监测单元建立通讯连接；

所述第二开关电源为所述人机界面以及所述网络集线器提供工作电压。

7.如权利要求6所述变频器低电压穿越电源控制系统，其特征在于，所述监控模块还包括电压表、第一电流表、第二电流表；

所述电压表用于测量所述蓄电池组的电压，所述第一电流表测量所述第一正极母线上的电流，所述第二电流表测量第二正极母线上的电流；

其中，

所述第一正极母线上连接有与所述第一电流表配合的第一直流互感器；

所述第二正极母线上连接有与所述第二电流表配合的第二直流互感器；

所述第一开关电源为所述第一直流互感器、第二直流互感器提供工作电压；

所述第二开关电源为所述电压表、第一电流表、第二电流表提供工作电压；采用RS485总线型拓扑结构将所述电压表、第一电流表、第二电流表以及所述充电单元上的信息发送给所述人机界面。