CN108777495A - 协调控制方法、变频器、励磁设备及静止变频启动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种协调控制方法、变频器、励磁设备及静止变频启动系统，静止变频启动系统包括变频器、励磁设备、监控系统以及同期并网设备，能够实现变频器与励磁设备的协调控制，且可以根据同步电机不同运行工况选择不同的运行方式，运行方式灵活，运行范围广，运行可靠性高；本发明中同步电机在第一临界切换点之前，变频器与励磁设备各自独立控制，可以有效减小谐波等外部杂波对模拟量信号的干扰，提高励磁控制的准确性，进而提高变频器在脉冲换相阶段的换相成功率，且本发明控制过程简单清晰，利于控制，可提高同步电机在自然换相阶段的启动速率和稳定性。

Description

协调控制方法、变频器、励磁设备及静止变频启动系统

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种协调控制方法、变频器、励磁设备及静止变频启动系统。

背景技术

大型交流同步电机因其功率因数可调、电机效率高等优点，被广泛应用于燃气发电、抽水蓄能、大型油气输送等工业大功率场合，其运行功率一般都在几十至几百兆瓦。同步电机因启动困难引起的大量能源消耗问题一直广受关注。同步电机的启动方式可分为机械式和电气式，机械式启动方式主要是采用同轴外加启动电机来拖动整个机组的启动，电气式启动方式则主要采用变频调速方式来实现整个机组的启动。相比机械式启动方式电气式启动方式则具有机械应力小、方便一拖多、可满足频繁启动等优点。在高压大功率变频领域，电流源型交-直-交负载换流变频器(以下简称变频器)因其结构简单、容量大、可靠性高、成本低、技术成熟等优点，是目前同步电机变频启动装置的主流技术。

变频器在启动同步电机过程中，为使转子获得最大的启动转矩，其控制系统需根据同步电机转子的位置判定通电的定子绕组相别，从而确定应该导通的晶闸管。但是在无位置传感器的同步电机启动过程中，由于无法直接获取电机转子位置，因此需要变频器与励磁设备协调控制，在同步电机转子绕子施加励磁电流后，通过定子侧的感应电动势计算转子位置，进而使变频器的相应晶闸管触发导通。现有技术中变频器与励磁设备之间接口主要纯模拟量接口或纯数字量接口两种接口。在纯模拟量信号接口控制中，变频器与励磁设备通过0～20mA模拟量信号实现协调控制，即在同步电机的整个启动过程中，变频器根据同步电机转速输出0～20mA模拟控制信号给励磁设备，励磁设备按照该模拟量控制信号输出对应的直流电流给同步电机的转子绕组，这种模拟量控制方式可以通过动态的调节励磁电流实现变频器启动力矩的实时调节，但是在单台变频器启动多台同步电机的情况下，该0～20mA模拟量信号需要通过中间继电器转接至多台同步电机对应的励磁设备，且需要在0～20mA与0～10V之间多次转换，该0～20mA模拟量信号在长距离的电缆传输及转换中易受到外部信号的干扰导致励磁电流异常，严重时将导致同步电机变频启动失败。在纯数字量信号接口控制中，变频器与励磁设备之间通过高低电平信号实现协调控制，即在同步电机启动时，变频器输出高电平信号给励磁设备，励磁设备根据内置的电流控制曲线输出直流电流给同步电机的转子绕组，这种数字量控制方式可以有效的避免长距离传输过程中信号被干扰的问题，但是在同步电机的整个启动过程中，励磁设备与变频器各自独立运行，励磁设备与变频器之间没有实时的控制信号通讯，如果励磁电流控制信号出现异常，则无法实时调节和校准；并且在同步电机同期并网阶段需要同期并网设备、励磁设备和变频器相配合，由于变频器与励磁设备之间接口主要纯模拟量接口或纯数字量接口，导致同期并网设备、励磁设备和变频器之间的协调控制过程过于复杂，不利于控制且控制效果差。

发明内容

为了克服上述现有技术中同期并网设备、励磁设备和变频器之间的协调控制过程过于复杂，不利于控制且控制效果差的不足，本发明提供一种协调控制方法、变频器、励磁设备及静止变频启动系统，静止变频启动系统包括变频器、励磁设备、监控系统以及同期并网设备，监控系统用于向变频器和励磁设备提供选择指令和电动工况启动指令并接收变频器和励磁设备返回的确认信息和电动工况启动就绪信号，同期并网设备用于接收变频器发送的并网请求指令并分别发送励磁调节信号和转速调节信号给励磁设备和变频器进而实现同步电机并网，实现变频器与励磁设备的协调控制，且控制过程简单清晰，利于控制。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一方面，本发明提供一种变频器与励磁设备的协调控制方法，包括：

变频器接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统；

变频器通过数字量通道向同步电机对应的励磁设备下发高电平请求指令，并在收到励磁设备返回的第二确认信息后开始启动并进入脉冲换相阶段；

变频器进入自然换相阶段后，其将向励磁设备发送高电平请求指令转换为低电平请求指令，同时通过模拟量通道将模拟量信号发送给励磁设备，并根据同步电机的预设转速及预设启动力矩实时调节励磁电流给定值；

变频器进入同期并网调节阶段后，其向同期并网设备发送并网请求指令，并根据同期并网设备返回的调速指令将同步电机转速调节到预设转速；

变频器在接收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，停止运行。

所述变频器接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统之后，还包括：

变频器接收监控系统下发的第一电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第一电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。

所述在收到励磁设备返回的第二确认信息时开始启动并进入脉冲换相阶段，包括：

所述变频器在励磁设备返回第二确认信息时，其通过同步电机的实时电压检测转子位置，并通过脉冲换相控方式产生启动电流，并将电流发送给同步电机，使同步电机开始启动并进入脉冲换相阶段。

所述脉冲换相阶段与自然换相阶段以第一切换临界点分界，所述第一切换临界点为8％额定转速～12％额定转速；

所述自然换相阶段与同期并网调节阶段以第二临界点分界，所述第二临界点为93％额定转速～98％额定转速。

再一方面，本发明提供一种变频器，包括：

第一收发模块，用于接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统；

第二收发模块，用于通过数字量通道向同步电机对应的励磁设备下发高电平请求指令，并在收到励磁设备返回的第二确认信息后开始启动并进入脉冲换相阶段；

电流调节模块，用于在变频器进入自然换相阶段后，将向励磁设备发送高电平请求指令转换为低电平请求指令，同时通过模拟量通道将模拟量信号发送给励磁设备，并根据同步电机的预设转速及预设启动力矩实时调节励磁电流给定值；

转速调节模块，用于在进入同期并网调节阶段后，其向同期并网设备发送并网请求指令，并根据同期并网设备返回的调速指令将同步电机转速调节到预设转速；

第一接收模块，用于在接收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，停止运行。

所述变频器还包括：

第一自检模块，用于接收监控系统下发的第一电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第一电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。

所述第二收发模块包括启动模块，所述启动模块具体用于：

在励磁设备返回第二确认信息时，其通过同步电机的实时电压检测转子位置，并通过脉冲换相控方式产生启动电流，并将电流发送给同步电机，使同步电机开始启动并进入脉冲换相阶段。

所述脉冲换相阶段与自然换相阶段以第一切换临界点分界，所述第一切换临界点为8％额定转速～12％额定转速；

所述自然换相阶段与同期并网调节阶段以第二临界点分界，所述第二临界点为93％额定转速～98％额定转速。

再一方面，本发明提供一种变频器与励磁设备的协调控制方法，包括：

励磁设备接收监控系统下发的第二同步电机选择指令，并返回第二确认信息给监控系统；

励磁设备接收变频器通过数字量通道下发高电平信号请求指令后，返回第二确认信息给变频器，开始进入独立励磁控制模式；

励磁设备接收变频器发送的低电平请求指令后，进入模拟量通道控制模式，并接收变频器通过模拟量通道发送的模拟量信号；

励磁设备在同期并网设备接收到变频器发送的同期并网指令后，进入数字量通道控制模式，并在接收同期并网设备发送励磁调节信号后，其根据励磁调节信号调节同步电机的励磁电流；

励磁设备收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，进入恒压控制模式。

所述励磁设备接收监控系统下发的第二同步电机选择指令，并返回第二确认信息给监控系统之后，还包括：

励磁设备接收监控系统下发的第二电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第二电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。

所述励磁设备进入独立励磁控制模式后，励磁设备根据励磁电流给定值，并通过电流闭环控制输出1.5倍空载额定励磁电流给同步电机。

再一方面，本发明提供一种励磁设备，包括：

第三收发模块，用于接收监控系统下发的第二同步电机选择指令，并返回第二确认信息给监控系统；

独立励磁控制模块，用于在接收变频器通过数字量通道下发高电平信号请求指令后，返回第二确认信息给变频器，开始进入独立励磁控制模式；

模拟量通道控制模块，用于在接收变频器发送的低电平请求指令后，进入模拟量通道控制模式，并接收变频器通过模拟量通道发送的模拟量信号；

励磁电流调节模块，用于在同期并网设备接收到变频器发送的同期并网指令后，进入数字量通道控制模式，并在接收同期并网设备发送的励磁调节信号后，其根据励磁调节信号调节同步电机的励磁电流；

并网模块，用于在接收同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，进入恒压控制模式。

所述励磁设备还包括：

第二自检模块，用于在接收监控系统下发的第二电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第二电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。

所述独立励磁控制模块具体用于：

在励磁设备进入独立励磁控制模式后，励磁设备根据励磁电流给定值，并通过电流闭环控制输出1.5倍空载额定励磁电流给同步电机。

再一方面，本发明提供一种同步电机的静止变频启动系统，包括：

变频器；

励磁设备；

监控系统，用于向变频器提供第一同步电机选择指令和第一电动工况启动指令，同时向励磁设备提供第二同步电机选择指令和第二电动工况启动指令，并接收变频器和励磁设备返回的确认信息和电动工况启动就绪信号；

同期并网设备，用于接收变频器发送的并网请求指令，并分别发送励磁调节信号和转速调节信号给励磁设备和变频器，实现同步电机并网。

所述选择指令包括第一同步电机选择指令和第二同步电机选择指令，所述电动工况启动指令包括第一电动工况启动指令和第二电动工况启动指令；

所述确认信息包括第一确认信息和第二确认信息，所述电动工况启动就绪信号包括第一电动工况启动就绪信号和第二电动工况启动就绪信号。

再一方面，本发明提供一种变频器与励磁设备的协调控制方法，包括：

变频器接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统，同时励磁设备接收监控系统下发的第二同步电机选择指令，并返回第二确认信息给监控系统；

变频器通过数字量通道向同步电机对应的励磁设备下发高电平请求指令，励磁设备接收变频器通过数字量通道下发高电平信号请求指令后返回第二确认信息给变频器，变频器在收到励磁设备返回的第二确认信息后开始启动并进入脉冲换相阶段，同时励磁设备开始进入独立励磁控制模式；

变频器进入自然换相阶段后，其将向励磁设备发送高电平请求指令转换为低电平请求指令，励磁设备接收变频器发送的低电平请求指令后进入模拟量通道控制模式，同时变频器通过模拟量通道将模拟量信号发送给励磁设备；励磁设备在接收变频器通过模拟量通道发送的模拟量信号后，根据模拟量信号调节同步电机的励磁电流；

变频器进入同期并网调节阶段后，其向同期并网设备发送并网请求指令，并根据同期并网设备返回的调速指令将同步电机转速调节到预设转速，励磁设备在同期并网设备接收到变频器发送的同期并网指令后，进入数字量通道控制模式，并在接收同期并网设备发送励磁调节信号后，其根据励磁调节信号调节同步电机的励磁电流；

变频器在接收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，停止运行，励磁设备收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，进入恒压控制模式。

所述变频器接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统，同时励磁设备接收监控系统下发的第二同步电机选择指令，并返回第二确认信息给监控系统之后，还包括：

变频器接收监控系统下发的第一电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第一电动工况启动就绪信号并进入就绪状态，同时励磁设备接收监控系统下发的第二电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第二电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的变频器与励磁设备的协调控制方法中，首先变频器接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统；然后变频器通过数字量通道向同步电机对应的励磁设备下发高电平请求指令，并在收到励磁设备返回的第二确认信息后开始启动并进入脉冲换相阶段；进而变频器进入自然换相阶段后，其将向励磁设备发送高电平请求指令转换为低电平请求指令，同时通过模拟量通道将模拟量信号发送给励磁设备，并根据同步电机的预设转速及预设启动力矩实时调节励磁电流给定值；接着变频器进入同期并网调节阶段后，其向同期并网设备发送并网请求指令，并根据同期并网设备返回的调速指令将同步电机转速调节到预设转速；最后变频器在接收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，停止运行，最终从变频器方面实现变频器与励磁设备的协调控制，且控制过程简单清晰，利于控制；

本发明提供的变频器与励磁设备的协调控制方法中，首先励磁设备接收监控系统下发的第二同步电机选择指令，并返回第二确认信息给监控系统；接着励磁设备接收变频器通过数字量通道下发高电平信号请求指令后，返回第二确认信息给变频器，开始进入独立励磁控制模式；进而励磁设备接收变频器发送的低电平请求指令后，进入模拟量通道控制模式，并接收变频器通过模拟量通道发送的模拟量信号；接着励磁设备在同期并网设备接收到变频器发送的同期并网指令后，进入数字量通道控制模式，并在接收同期并网设备发送励磁调节信号后，其根据励磁调节信号调节同步电机的励磁电流；最后励磁设备收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，进入恒压控制模式，最终从励磁设备方面实现变频器与励磁设备的协调控制，且控制过程简单清晰，利于控制；

本发明提供的静止变频启动系统包括变频器、励磁设备、用于向变频器和励磁设备提供选择指令和电动工况启动指令并接收变频器和励磁设备返回的确认信息和电动工况启动就绪信号的监控系统以及用于接收变频器发送的并网请求指令并分别发送励磁调节信号和转速调节信号给励磁设备和变频器进而实现同步电机并网的同期并网设备，能够实现变频器与励磁设备的协调控制，且可以根据同步电机不同运行工况选择不同的运行方式，运行方式灵活，运行范围广，运行可靠性高；

本发明提供的技术方案结合了模拟量信号控制方式和数字量信号(高电平请求指令和低电平请求指令)控制方式，模拟量控制信号不会因受外部干扰而导致变频器启动失败，同时变频器可以实时控制励磁电流给定值，保证励磁设备准确的通过电流闭环控制输出1.5倍空载额定励磁电流给同步电机；

本发明提供的技术方案中同步电机在第一临界切换点之前，变频器与励磁设备各自独立控制，可以有效减小谐波等外部杂波对模拟量信号的干扰，提高励磁控制的准确性，进而提高变频器在脉冲换相阶段的换相成功率；

本发明提供的技术方案中同步电机在第一临界切换点(为8％额定转速～12％额定转速)和第二临界切换点(93％额定转速～98％额定转速)之间，变频器与励磁设备之间通过0～20mA模拟量信号实现协调控制，变频器可以通过动态的调节励磁电流实现启动力矩的实时调节，可提高同步电机在自然换相阶段的启动速率和稳定性；

本发明提供的技术方案中励磁设备与变频器之间实时通讯，即使励磁电流控制信号出现异常，也可以实时调节和校准，保证了变频器与励磁设备间的协调控制效果。

附图说明

图1是本发明实施例1中变频器与励磁设备的协调控制方法流程图；

图2是本发明实施例3中变频器与励磁设备的协调控制方法流程图；

图3是本发明实施例5中变频器、励磁设备及同步电机的连接原理图；

图4是本发明实施例6中同步电机在低速阶段时的励磁电流与变频器启动力矩曲线示意图；

图5是本发明实施例6中启动指令、直流励磁电流及同步电机端电压曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本发明实施例1提供一种变频器与励磁设备的协调控制方法，具体流程图如图1所示，具体过程如下：

S101：变频器接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统；

S102：变频器通过数字量通道向同步电机对应的励磁设备下发高电平请求指令，并在收到励磁设备返回的第二确认信息后开始启动并进入脉冲换相阶段；

S103：变频器进入自然换相阶段后，其将向励磁设备发送高电平请求指令转换为低电平请求指令，同时通过模拟量通道将模拟量信号(0～20mA)发送给励磁设备，并根据同步电机的预设转速及预设启动力矩实时调节励磁电流给定值；

S104：变频器进入同期并网调节阶段后，其向同期并网设备发送并网请求指令，并根据同期并网设备返回的调速指令将同步电机转速调节到预设转速；

S105：变频器在接收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，停止运行。

上述S101之后，变频器接收监控系统下发的第一电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第一电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。

上述S102中，在收到励磁设备返回的第二确认信息时开始启动并进入脉冲换相阶段，具体过程如下：

变频器在励磁设备返回第二确认信息时，其通过同步电机的实时电压检测转子位置，并通过脉冲换相控方式产生启动电流，并将电流发送给同步电机，使同步电机开始启动并进入脉冲换相阶段。

上述脉冲换相阶段与自然换相阶段以第一切换临界点分界，所述第一切换临界点为8％额定转速～12％额定转速，优选5％额定转速。

自然换相阶段与同期并网调节阶段以第二临界点分界，所述第二临界点为93％额定转速～98％额定转速，优选95％额定转速。

实施例2

与本发明实施例2同一发明构思，本发明实施例2提供一种变频器，具体包括第一收发模块、第二收发模块、电流调节模块、转速调节模块和第一接收模块，下面对上述模块的功能进行详细说明：

其中的第一收发模块，用于接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统；

其中的第二收发模块，用于通过数字量通道向同步电机对应的励磁设备下发高电平请求指令，并在收到励磁设备返回的第二确认信息后开始启动并进入脉冲换相阶段；

其中的电流调节模块，用于在变频器进入自然换相阶段后，将向励磁设备发送高电平请求指令转换为低电平请求指令，同时通过模拟量通道将模拟量信号(0～20mA)发送给励磁设备，并根据同步电机的预设转速及预设启动力矩实时调节励磁电流给定值；

其中的转速调节模块，用于在进入同期并网调节阶段后，其向同期并网设备发送并网请求指令，并根据同期并网设备返回的调速指令将同步电机转速调节到预设转速；

其中的第一接收模块，用于在接收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，停止运行。

本发明实施例2提供的变频器还包括：

第一自检模块，用于接收监控系统下发的第一电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第一电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。

上述第二收发模块包括启动模块，启动模块具体用于：

在励磁设备返回第二确认信息时，其通过同步电机的实时电压检测转子位置，并通过脉冲换相控方式产生启动电流，并将电流发送给同步电机，使同步电机开始启动并进入脉冲换相阶段。

上述的脉冲换相阶段与自然换相阶段以第一切换临界点分界，所述第一切换临界点为8％额定转速～12％额定转速；

自然换相阶段与同期并网调节阶段以第二临界点分界，所述第二临界点为93％额定转速～98％额定转速。

实施例3

本发明实施例3提供一种变频器与励磁设备的协调控制方法，具体流程如图2所示，具体过程如下：

S301：励磁设备接收监控系统下发的第二同步电机选择指令，并返回第二确认信息给监控系统；

S302：励磁设备接收变频器通过数字量通道下发高电平信号请求指令后，返回第二确认信息给变频器，开始进入独立励磁控制模式；

S303：励磁设备接收变频器发送的低电平请求指令后，进入模拟量通道控制模式，并接收变频器通过模拟量通道发送的模拟量信号(0～20mA)；

S304：励磁设备在同期并网设备接收到变频器发送的同期并网指令后，进入数字量通道控制模式，并在接收同期并网设备发送励磁调节信号后，其根据励磁调节信号调节同步电机的励磁电流；

S305：励磁设备收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，进入恒压控制模式。

上述S301之后，励磁设备接收监控系统下发的第二电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第二电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。

上述S302中，励磁设备进入独立励磁控制模式后，励磁设备根据励磁电流给定值，并通过电流闭环控制输出1.5倍空载额定励磁电流给同步电机。

实施例4

本发明实施例4提供一种励磁设备，其包括第三收发模块、独立励磁控制模块、模拟量通道控制模块、励磁电流调节模块以及并网模块，下面分别对上述模块的功能进行详细介绍：

其中的第三收发模块，用于接收监控系统下发的第二同步电机选择指令，并返回第二确认信息给监控系统；

其中的独立励磁控制模块，用于在接收变频器通过数字量通道下发高电平信号请求指令后，返回第二确认信息给变频器，开始进入独立励磁控制模式；

其中的模拟量通道控制模块，用于在接收变频器发送的低电平请求指令后，进入模拟量通道控制模式，并接收变频器通过模拟量通道发送的模拟量信号(0～20mA)；

其中的励磁电流调节模块，用于在同期并网设备接收到变频器发送的同期并网指令后，进入数字量通道控制模式，并在接收同期并网设备发送的励磁调节信号后，其根据励磁调节信号调节同步电机的励磁电流；

其中的并网模块，用于在接收同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，进入恒压控制模式。

本发明实施例4提供的励磁设备还包括：

第二自检模块，用于在接收监控系统下发的第二电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第二电动工况启动就绪信号并进入就绪状态；

上述的独立励磁控制模块具体用于：

在励磁设备进入独立励磁控制模式后，励磁设备根据励磁电流给定值，并通过电流闭环控制输出1.5倍空载额定励磁电流给同步电机。

实施例5

本发明实施例5提供一种同步电机的静止变频启动系统，其中变频器、励磁设备及同步电机的连接原理图如图3所示，图3中，0-5V、0-10V为电压信号，0-10mA为电流信号，三者均为模拟量信号，其中的二次切换柜可将变频器输出的励磁控制信号转接至多台同步电机对应的励磁设备，实现一拖多运行，比如一拖三，即一台变频器实现三台同步电机的变频启动。本发明实施例5提供的同步电机的静止变频启动系统包括实施例2中的变频器(这里对变频器不再做重复介绍)、实施例4中的励磁设备(这里对励磁设备不再做重复介绍)、监控系统以及同期并网设备。

其中的监控系统，用于向变频器和励磁设备提供选择指令和电动工况启动指令，并接收变频器和励磁设备返回的确认信息和电动工况启动就绪信号；

其中的同期并网设备，用于接收变频器发送的并网请求指令，并分别发送励磁调节信号和转速调节信号给励磁设备和变频器，实现同步电机并网。

上述选择指令包括第一同步电机选择指令和第二同步电机选择指令，上述电动工况启动指令包括第一电动工况启动指令和第二电动工况启动指令；

上述确认信息包括第一确认信息和第二确认信息，上述电动工况启动就绪信号包括第一电动工况启动就绪信号和第二电动工况启动就绪信号。

实施例6

本发明提供一种变频器与励磁设备的协调控制方法，具体过程如下：

S601：变频器接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统，同时励磁设备接收监控系统下发的第二同步电机选择指令，并返回第二确认信息给监控系统；

S602：变频器通过数字量通道向同步电机对应的励磁设备下发高电平请求指令，励磁设备接收变频器通过数字量通道下发高电平信号请求指令后返回第二确认信息给变频器，变频器在收到励磁设备返回的第二确认信息后开始启动并进入脉冲换相阶段，同时励磁设备开始进入独立励磁控制模式；

S603：变频器进入自然换相阶段后，其将向励磁设备发送高电平请求指令转换为低电平请求指令，励磁设备接收变频器发送的低电平请求指令后进入模拟量通道控制模式，同时变频器通过模拟量通道将模拟量信号(0～20mA)发送给励磁设备；励磁设备在接收变频器通过模拟量通道发送的模拟量信号(0～20mA)后，根据模拟量信号(0～20mA)调节同步电机的励磁电流；

S604：变频器进入同期并网调节阶段后，其向同期并网设备发送并网请求指令，并根据同期并网设备返回的调速指令将同步电机转速调节到预设转速，励磁设备在同期并网设备接收到变频器发送的同期并网指令后，进入数字量通道控制模式，并在接收同期并网设备发送励磁调节信号后，其根据励磁调节信号调节同步电机的励磁电流；

S605：变频器在接收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，停止运行，励磁设备收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，进入恒压控制模式。

上述S601之后，变频器接收监控系统下发的第一电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第一电动工况启动就绪信号并进入就绪状态，同时励磁设备接收监控系统下发的第二电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第二电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。

低频阶段控制技术是同步电机静止变频启动的难点，也是影响同步电机静止变频启动成功率的关键点。同步电机在低速阶段时的励磁电流与变频器启动力矩曲线示意图如图4所示，启动指令、直流励磁电流及同步电机端电压曲线示意图如图5所示，从图5的最下部曲线(对应图5中的启动指令)可以看出，在电机启动瞬间，变频器通过数字量通道发出高电平请求指令给励磁设备，变频器和励磁设备同时启动，并在0～10％额定转速之间的整个低速阶段，励磁设备独立完成励磁电流的闭环控制，变频器根据励磁电流在电机定子侧感应出的电压准确的完成了换相控制，其换相准确度显著提升，启动力矩平滑。另外从图5中的中间曲线(对应图5中的②直流励磁电流)可以看出，当电机转速达到额定转速的10％时，励磁控制信号由数字量切换为模拟量信号控制，变频器在10％额定转速之后的整个高速阶段按照电压电流双闭环算法输出0～20mA励磁电流控制信号给励磁设备，实现机端电压的实时动态控制，如图5中的转折点所示，在同步电机的整个启动过程中，同步电机的端电压幅值和频率平滑上升，启动平稳，如图5的最上部曲线(对应图5中的①电机端电压)所示。

为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (18)

1.一种变频器与励磁设备的协调控制方法，其特征在于，包括：

变频器接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统；

变频器通过数字量通道向同步电机对应的励磁设备下发高电平请求指令，并在收到励磁设备返回的第二确认信息后开始启动并进入脉冲换相阶段；

变频器进入自然换相阶段后，其将向励磁设备发送高电平请求指令转换为低电平请求指令，同时通过模拟量通道将模拟量信号发送给励磁设备，并根据同步电机的预设转速及预设启动力矩实时调节励磁电流给定值；

变频器进入同期并网调节阶段后，其向同期并网设备发送并网请求指令，并根据同期并网设备返回的调速指令将同步电机转速调节到预设转速；

变频器在接收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，停止运行。

2.根据权利要求1所述的变频器与励磁设备的协调控制方法，其特征在于，所述变频器接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统之后，还包括：

变频器接收监控系统下发的第一电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第一电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。

3.根据权利要求1所述的变频器与励磁设备的协调控制方法，其特征在于，所述在收到励磁设备返回的第二确认信息时开始启动并进入脉冲换相阶段，包括：

所述变频器在励磁设备返回第二确认信息时，其通过同步电机的实时电压检测转子位置，并通过脉冲换相控方式产生启动电流，并将电流发送给同步电机，使同步电机开始启动并进入脉冲换相阶段。

4.根据权利要求1所述的变频器与励磁设备的协调控制方法，其特征在于，所述脉冲换相阶段与自然换相阶段以第一切换临界点分界，所述第一切换临界点为8％额定转速～12％额定转速；

所述自然换相阶段与同期并网调节阶段以第二临界点分界，所述第二临界点为93％额定转速～98％额定转速。

5.一种变频器，其特征在于，包括：

第一收发模块，用于接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统；

第二收发模块，用于通过数字量通道向同步电机对应的励磁设备下发高电平请求指令，并在收到励磁设备返回的第二确认信息后开始启动并进入脉冲换相阶段；

电流调节模块，用于在变频器进入自然换相阶段后，将向励磁设备发送高电平请求指令转换为低电平请求指令，同时通过模拟量通道将模拟量信号发送给励磁设备，并根据同步电机的预设转速及预设启动力矩实时调节励磁电流给定值；

转速调节模块，用于在进入同期并网调节阶段后，其向同期并网设备发送并网请求指令，并根据同期并网设备返回的调速指令将同步电机转速调节到预设转速；

第一接收模块，用于在接收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，停止运行。

6.根据权利要求5所述的变频器，其特征在于，所述变频器还包括：

第一自检模块，用于接收监控系统下发的第一电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第一电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。

7.根据权利要求5所述的变频器，其特征在于，所述第二收发模块包括启动模块，所述启动模块具体用于：

在励磁设备返回第二确认信息时，其通过同步电机的实时电压检测转子位置，并通过脉冲换相控方式产生启动电流，并将电流发送给同步电机，使同步电机开始启动并进入脉冲换相阶段。

8.根据权利要求5所述的变频器，其特征在于，所述脉冲换相阶段与自然换相阶段以第一切换临界点分界，所述第一切换临界点为8％额定转速～12％额定转速；

所述自然换相阶段与同期并网调节阶段以第二临界点分界，所述第二临界点为93％额定转速～98％额定转速。

9.一种变频器与励磁设备的协调控制方法，其特征在于，包括：

励磁设备接收监控系统下发的第二同步电机选择指令，并返回第二确认信息给监控系统；励磁设备接收变频器通过数字量通道下发高电平信号请求指令后，返回第二确认信息给变频器，开始进入独立励磁控制模式；

励磁设备接收变频器发送的低电平请求指令后，进入模拟量通道控制模式，并接收变频器通过模拟量通道发送的模拟量信号；

励磁设备在同期并网设备接收到变频器发送的同期并网指令后，进入数字量通道控制模式，并在接收同期并网设备发送励磁调节信号后，其根据励磁调节信号调节同步电机的励磁电流；

励磁设备收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，进入恒压控制模式。

10.根据权利要求9所述的变频器与励磁设备的协调控制方法，其特征在于，所述励磁设备接收监控系统下发的第二同步电机选择指令，并返回第二确认信息给监控系统之后，还包括：

励磁设备接收监控系统下发的第二电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第二电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。

11.根据权利要求9所述的变频器与励磁设备的协调控制方法，其特征在于，所述励磁设备进入独立励磁控制模式后，励磁设备根据励磁电流给定值，并通过电流闭环控制输出1.5倍空载额定励磁电流给同步电机。

12.一种励磁设备，其特征在于，包括：

第三收发模块，用于接收监控系统下发的第二同步电机选择指令，并返回第二确认信息给监控系统；

独立励磁控制模块，用于在接收变频器通过数字量通道下发高电平信号请求指令后，返回第二确认信息给变频器，开始进入独立励磁控制模式；

模拟量通道控制模块，用于在接收变频器发送的低电平请求指令后，进入模拟量通道控制模式，并接收变频器通过模拟量通道发送的模拟量信号；

励磁电流调节模块，用于在同期并网设备接收到变频器发送的同期并网指令后，进入数字量通道控制模式，并在接收同期并网设备发送的励磁调节信号后，其根据励磁调节信号调节同步电机的励磁电流；

并网模块，用于在接收同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，进入恒压控制模式。

13.根据权利要求12所述的励磁设备，其特征在于，所述励磁设备还包括：

第二自检模块，用于在接收监控系统下发的第二电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第二电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。

14.根据权利要求12所述的励磁设备，其特征在于，所述独立励磁控制模块具体用于：

在励磁设备进入独立励磁控制模式后，励磁设备根据励磁电流给定值，并通过电流闭环控制输出1.5倍空载额定励磁电流给同步电机。

15.一种同步电机的静止变频启动系统，其特征在于，包括：

如权利要求5-8任一所述的变频器；

如权利要求9-14任一所述的励磁设备；

监控系统，用于向变频器提供第一同步电机选择指令和第一电动工况启动指令，同时向励磁设备提供第二同步电机选择指令和第二电动工况启动指令，并接收变频器和励磁设备返回的确认信息和电动工况启动就绪信号；

同期并网设备，用于接收变频器发送的并网请求指令，并分别发送励磁调节信号和转速调节信号给励磁设备和变频器，实现同步电机并网。

16.根据权利要求15所述的同步电机的静止变频启动系统，其特征在于，所述选择指令包括第一同步电机选择指令和第二同步电机选择指令，所述电动工况启动指令包括第一电动工况启动指令和第二电动工况启动指令；

所述确认信息包括第一确认信息和第二确认信息，所述电动工况启动就绪信号包括第一电动工况启动就绪信号和第二电动工况启动就绪信号。

17.一种变频器与励磁设备的协调控制方法，其特征在于，包括：

变频器接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统，同时励磁设备接收监控系统下发的第二同步电机选择指令，并返回第二确认信息给监控系统；

变频器通过数字量通道向同步电机对应的励磁设备下发高电平请求指令，励磁设备接收变频器通过数字量通道下发高电平信号请求指令后返回第二确认信息给变频器，变频器在收到励磁设备返回的第二确认信息后开始启动并进入脉冲换相阶段，同时励磁设备开始进入独立励磁控制模式；

变频器进入自然换相阶段后，其将向励磁设备发送高电平请求指令转换为低电平请求指令，励磁设备接收变频器发送的低电平请求指令后进入模拟量通道控制模式，同时变频器通过模拟量通道将模拟量信号发送给励磁设备；励磁设备在接收变频器通过模拟量通道发送的模拟量信号后，根据模拟量信号调节同步电机的励磁电流；

变频器进入同期并网调节阶段后，其向同期并网设备发送并网请求指令，并根据同期并网设备返回的调速指令将同步电机转速调节到预设转速，励磁设备在同期并网设备接收到变频器发送的同期并网指令后，进入数字量通道控制模式，并在接收同期并网设备发送励磁调节信号后，其根据励磁调节信号调节同步电机的励磁电流；

变频器在接收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，停止运行，励磁设备收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，进入恒压控制模式。

18.根据权利要求17所述的变频器与励磁设备的协调控制方法，其特征在于，所述变频器接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统，同时励磁设备接收监控系统下发的第二同步电机选择指令，并返回第二确认信息给监控系统之后，还包括：

变频器接收监控系统下发的第一电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第一电动工况启动就绪信号并进入就绪状态，同时励磁设备接收监控系统下发的第二电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第二电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。