CN110190668A - 一种热备调速供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热备调速供电系统，包括两台型号相同的变频器，两台变频器并联连接，并通过光纤连接通信；供电时，各变频器均根据相同的参数信号自行计算控制波形，一台变频器作为主变频器，另一台变频器作为从变频器，主变频器正常运行为负载供电，同时将自身计算的控制波形发送给从变频器；从变频器保持自身绝缘栅双极型晶体管信号封锁，但实时根据主变频器的控制波形校正自身计算的控制波形，使从变频器的控制波形与主变频器保持一致；主变频器故障时，停机并发送控制信号至从变频器，切换从变频器为负载供电。由于两台变频器的控制波形时刻保持一致，因而切换过程无需延时等待，在一个中断时间内即可实现，反应迅速，切换扰动小且容易控制。

Description

一种热备调速供电系统

技术领域

本发明涉及变频器电源技术领域，特别涉及一种热备调速供电系统。

背景技术

随着工业技术的发展，能源问题也越来越严重。高压变频器电源作为电机等调速节能的首选电源，在企业中的应用越来越广泛，作用也越来越重要。现场的一些大功率电机等能否可靠运行，关系到整条生产线能否正常生产，例如，生产过程中，拖动重要负载的电机如果非正常停机，轻则造成整条生产线停产，且再启动需耗费大量人力、物力；重则造成整条生产线彻底报废，给用户造成不可挽回的损失：如电厂给水泵(轻则造成网络解列，重则造成锅炉熄火)、钢厂的高炉鼓风机(轻则造成生产的刚才品质下降，重则造成高炉损坏)。

例如，图1为现有技术一种变频调速电源，配有一拖一自动旁路切换回路用于变/工频有扰切换。如图1所示，在电机M运行时，若高压变频电源出现故障必须停机时，要先停机高压变频器，然后断开图1中高压接触器KM1、KM2，延时3-5秒，待电机主磁通消失后，闭合高压接触器KM3，将电机切换至工频运行。然而该技术由于切换延时大，仅适用于惯量大的负载，如风机等，不适用皮带机、提升机、水泵等大转矩及恒转矩负载；而且，该技术中，当高压变频故障切除后，切向工频时刻为盲切(盲切是指：不对待切至的电源(幅值、频率、相位)及电机转速进行测量，仅进行延时处理，延时时间到即启动切换的流程)，因此切换失败概率大，当切换电流达到图1中断路器QF0的跳闸阈值时，会顶掉QF0，甚至有越级跳闸的风险。

由于产线正常运行时通常不允许供电电源突然退出系统，对电机供电电源要求极其严格，因此，设计一种高可靠性的供电系统，成为保证正常生产、减小损失的重要手段。

发明内容

鉴于现有技术电机供电系统可靠性对正常生产关系重大的问题，提出了本发明的一种热备调速供电系统，以便克服上述问题，提高供电可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种热备调速供电系统，该热备调速供电系统包括两台型号相同的变频器，两台所述变频器并联连接，并通过光纤连接通信；

供电时，各变频器均根据相同的参数信号自行计算控制波形，其中，一台变频器作为主变频器，另一台变频器作为从变频器，主变频器正常运行，为负载供电，同时将自身计算的控制波形发送给从变频器；从变频器保持自身绝缘栅双极型晶体管IGBT信号封锁，但实时根据主变频器的控制波形校正自身计算的控制波形，使从变频器的控制波形与主变频器保持一致；主变频器故障时，停机并发送控制信号至从变频器，切换从变频器为负载供电。

可选地，所述主变频器与所述从变频器之间通过光纤传输的通信信号包括：控制信号和同步信号；

所述控制信号包括握手信号，指令信号和状态信号；

所述同步信号包括用于计算控制波形的所述参数信号。

可选地，所述参数信号包括：目标频率和升、降速时间。

可选地，所述从变频器根据所述主变频器同步发送的参数信号计算控制波形，并根据主变频器发送的控制波形，对自身的控制波形进行时间差校正和/或中断差异校正。

可选地，该热备调速供电系统在启动前设有预检测过程：首先获得用户控制命令的变频器自行置主标志作为主变频器，同时向另一台变频器发出握手信号，待握手信号确认无误后，向另一台变频器下达从标志，使其作为从变频器，之后主变频器将参数信号同步给从变频器。

可选地，该热备调速供电系统供电时，所述主变频器和所述从变频器之间，通过定时自动切换或通过手动操作进行切换。

可选地，各所述变频器与母线之间设有断路器和输入隔离开关，各所述变频器与负载之间设有输出隔离开关和接触器。

可选地，当某一台变频器发生故障不能启动时，剩余的一台变频器进入单机启动模式，在接收到启动命令后立即启动运行，并在中断中间隔地发送握手信号给故障变频器，待握手成功后，两台变频器恢复为主变频器和从变频器的热备模式。

可选地，该热备调速供电系统包括三台及以上型号相同的变频器，各所述变频器并联连接，并通过光纤连接通信，供电时，其中的一台变频器作为主变频器，其他变频器作为从变频器。

可选地，多台所述变频器连接在同一个电网的不同母线段。

综上所述，本发明的有益效果是：

本方案将两台型号相同的变频器并联冗余，并通过光纤连接通信，使从变频器与主变频器的控制波形保持一致，从而时刻做好热启动准备，当主变频器发生故障时迅速停机，同时通过控制信号使伪运行的从变频器切换为正常运行状态，保证对负载的可靠供电，由于两台变频器的控制波形时刻保持一致，因而切换过程无需延时等待，在一个中断时间内即可实现，在变频器发生各类故障停机或供电电源故障时实现可靠供电，从而避免了因供电问题导致的产品质量下降、设备损坏等重大风险的发生。

附图说明

图1为现有技术的一种变频调速电源；

图2为本发明一个实施例提供的一种热备调速供电系统示意图；

图3为本发明一个实施例提供的一种热备调速供电系统的单台变频器结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本发明的技术构思是：将两台型号相同的变频器并联冗余，并通过光纤连接通信，使从变频器与主变频器的控制波形保持一致，从而时刻做好热启动准备，当主变频器发生故障时迅速停机，同时通过控制信号使伪运行的从变频器切换为正常运行状态，保证对负载的可靠供电，由于两台变频器的控制波形时刻保持一致，因而切换过程无需延时等待，在一个中断时间内即可实现，在变频器发生各类故障停机或电源故障时实现可靠供电，从而避免了因供电问题导致的产品质量下降、设备损坏等重大风险的发生。

图2示出了本申请一个实施例所示的热备调速供电系统，图3示出了单台变频器的结构示意图，单台变频器包括有控制器和人机界面等，通过控制功率单元实现三相输出。如图2所示，该热备调速供电系统包括两台型号相同的变频器，即高压变频器A和高压变频器B，两台变频器并联连接，并通过光纤连接通信。

供电时，各变频器均根据相同的参数信号自行计算控制波形，即控制绝缘栅双极型晶体管IGBT的脉冲宽度调制PWM信号。其中，一台变频器作为主变频器(图2中高压变频器A)，另一台变频器作为从变频器(图2中高压变频器B)。主变频器正常运行，为负载供电，同时将自身计算的控制波形发送给从变频器。从变频器处于计算控制波形但不输出的伪运行状态，保持自身绝缘栅双极型晶体管IGBT信号封锁，但实时根据主变频器的控制波形校正自身计算的控制波形，从而使从变频器的控制波形与主变频器保持一致，时刻做好热启动准备。当主变频器故障时，主变频器停机并发送控制信号至从变频器，切换从变频器为负载供电。

由于从变频器处于伪运行状态，且实时根据主变频器的控制波形校正自身的控制波形，从而时刻保持与主变频器控制波形一致，一旦主变频器发生故障，从变频器就可在一个中断时间内迅速切换至正常运行状态，保持对电机的正常供电，且不使电机收到明显扰动，因此相对于图1所示的现有变频电源来说，延时小、反应迅速，切换过程更容易控制，且成功率高，能够应对I类故障(变频器发生故障后，告警或延时一段时间后停机保护，如单元过热)、II类重故障(变频器发生故障后，立刻封锁IGBT停机保护，如；控制电源故障)和III类重故障(变频器发生故障后，立刻封锁IGBT停机，同时跳掉高压，如门禁故障)。

在本实施例中，主变频器与从变频器之间通过光纤传输的通信信号包括：控制信号和同步信号。控制信号包括握手信号，指令信号和状态信号。同步信号包括用于计算控制波形的参数信号。具体信号的策略说明如下表所示：

表1通信信号机通信策略

其中，用于计算控制波形的参数信号包括但不限于：目标频率和升、降速时间。

在本实施例中，从变频器根据主变频器同步发送的参数信号计算控制波形，并根据主变频器发送的控制波形，对自身的控制波形进行时间差校正和/或中断差异校正。由于从变频器的控制波形是根据正常运行的主变频器传输过来的运行频率(运行频率是指变频器逆变输出的交流电源的频率，也是电机的实际运行频率)计算的，二者存在时间差，该时间差可在从变频器中通过软件计算进行补偿；此外，当两台变频器的状态不完全一致时(如其中一台发生故障或主变频器执行特殊功能)，会导致中断执行有差异从而造成控制波形的计算有差异，所以需要实时用主变频器的数据来校正从变频器的数据，以保持两台变频器可输出的控制波形一致。

在本实施例中，该热备调速供电系统在启动前设有预检测过程：首先获得用户控制命令的变频器自行置主标志作为主变频器，同时向另一台变频器发出握手信号，待握手信号确认无误后，向另一台变频器下达从标志，使其作为从变频器，之后主变频器将参数信号同步给从变频器，从而使两台变频器同时做好启动准备，之后用户可以根据需要，以任一台变频器为主变频器启动供电。

在本实施例中，该热备调速供电系统供电时，主变频器和从变频器之间，通过定时自动切换或通过手动操作进行切换，从而进行轮值工作，以均衡承担工作，避免单一变频器运行造成损耗不均。

在本实施例中，如图2所示，各变频器与母线之间设有断路器(QF1、QF2)和输入隔离开关(QS11、QS21)，各变频器与负载之间设有输出隔离开关(QS12、QS22)和接触器(KM11、KM21)。

在本实施例中，当一台变频器发生故障不能启动时，剩余的一台变频器进入单机启动模式，在接收到启动命令后立即启动运行，并在中断中间隔地发送握手信号给故障变频器，待握手成功后，两台变频器恢复为主变频器和从变频器的热备模式。

如下结合图2，介绍本实施例具有两台变频器的热备调速供电系统的工作过程：

上电过程

首先闭合图2中高压变频器A的输入/输出隔离开关QS11、QS12，高压变频器B的输入/输出隔离开关QS21、QS22，然后闭合高压变频器A的接触器KM11、高压变频器B的接触器KM21；高压变频器A、高压变频器B所配的隔离开关、接触器状态检查正常，变频器状态检查正常无故障告警，可各自向上级断路器(进线开关)发出高压合闸允许信号；断路器获取到高压合闸允许信号后，用户可选择手动闭合断路器QF1、QF2，给两台高压变频器上高压电。

预启动检测

高压变频器A、高压变频器B高压就绪并且变频器无故障告警时，用户可任意选择一台变频器作为预启动变频器。首先获得外部控制命令的变频器自行置“主”标志，同时向系统中的另外一台变频器发出握手信号，握手信号确认无误后，主变频器向另外一台变频器下达“从”标志，主变频器将设定参数信号同步给从变频器。

启动过程

信息同步完毕，用户可根据需求选择热备调速供电系统中的任一台变频器启动，获得“启动”控制命令的变频器调整自己及系统中另外一台变频器的“主”“从”关系。主变频器同时控制自身“启动”、从变频器“伪启动”。主变频器根据设定的目标频率、升、降速时间实时计算控制波形，将变频器电源升频至目标频率；升频过程中，从变频器计算控制波形的同时接受主变频器传来的信号并实时校正自身控制波形。

轮值切换过程

热备调速供电系统运行过程中，双机轮值可选择定时自动切换，或者使用定时或不定时手动切换，当主变频器检测自身连续运行时间到达设定值、或主变频收到HMI(HumanMachine Interface，人机交互)轮值切换信号、或从变频器传来的轮值切换信号后，在中断中将“主”标志传给从变频器，并同时将自身调整为从变频器，封锁IGBT的LOCK信号。从变频器收到“主”标志位后，打开IGBT的LOCK信号，使从变频器切换为主变频器，拖动电机正常运行。该轮值过程根据需要设定，当然也可不进行设定。

故障切换过程

在热备调速供电系统运行过程中，当主变频器发生故障告警需要停机检修时，根据故障类型在中断中发出不同的处理信号，同时将“主”标志传给从变频器，将自身状态设置为“休眠”标志。从变频器接收到主机传来的“休眠”标志后，将自身设为“单机”模式运行，运行过程中不再同步运行状态，直至收到休眠变频器发来的“苏醒”信号。运行中的变频器收到“苏醒”信号且未收到来自系统外的控制命令时，自动将自身标志调整为“主”，并把“从”标志传给刚刚苏醒的变频器，恢复双机热备运行模式。

停止过程

当主变频器接到停机命令时，在中断中将停机命令传送给伪运行的从变频器、并同时立即停机，去掉“主”标志。从变频器接到停机命令，也立即停机，同时去掉“从”标志。

单台变频器启用

在上述过程基础上，若一台变频器停机检修无法上电参与运行时(例如在上述上电过程中发现故障)，另外一台变频器高压就绪后，接收到来自外部的预启动指令后，向系统中的另外一台变频器发出握手信号，当收到休眠信号(控制回路有电、通信正常)或收不到信号(控制电与高压电全部下电或通讯故障或系统中只有一台变频器)时，预启动的高压变频器将运行模式设置为单机模式，运行模式为单机模式的变频器接到启动命令后立即启动运行，并在中断中间隔发送握手信号，等待另一台变频器的苏醒，恢复为双机热备模式。

在图2所示实施例中，热备调速供电系统包括两台型号相同的变频器，而在本申请的其他一些实施例中，本申请的热备调速供电系统还可以包括三台及以上型号相同的变频器，各变频器并联连接，并通过光纤连接通信，供电时，其中的一台变频器作为主变频器，其他变频器作为从变频器，以进一步提高供电可靠性。

在本申请的上述各实施例中，两台或更多台变频器连接在同一个电网的不同母线段。因为同一个电网的传输距离、压降、谐波等一致，因此不同变频器不需要针对电网差异做复杂匹配；此外，将变频器这样接入电网也能够提高供电安全性，当电网中的一个母线段因短路或其他故障导致断电时，不同母线段之间同时失电几率小，因此能够较为可靠地切换至连接其他母线段的另一台变频器，提高供电的安全性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种热备调速供电系统，其特征在于，该热备调速供电系统包括两台型号相同的变频器，两台所述变频器并联连接，并通过光纤连接通信；

供电时，各变频器均根据相同的参数信号自行计算控制波形，其中，一台变频器作为主变频器，另一台变频器作为从变频器，主变频器正常运行，为负载供电，同时将自身计算的控制波形发送给从变频器；从变频器保持自身绝缘栅双极型晶体管IGBT信号封锁，但实时根据主变频器的控制波形校正自身计算的控制波形，使从变频器的控制波形与主变频器保持一致；主变频器故障时，停机并发送控制信号至从变频器，切换从变频器为负载供电。

2.根据权利要求1所述的热备调速供电系统，其特征在于，所述主变频器与所述从变频器之间通过光纤传输的通信信号包括：控制信号和同步信号；

所述控制信号包括握手信号，指令信号和状态信号；

所述同步信号包括用于计算控制波形的所述参数信号。

3.根据权利要求1所述的热备调速供电系统，其特征在于，所述参数信号包括：目标频率和升、降速时间。

4.根据权利要求1所述的热备调速供电系统，其特征在于，所述从变频器根据所述主变频器同步发送的参数信号计算控制波形，并根据主变频器发送的控制波形，对自身的控制波形进行时间差校正和/或中断差异校正。

5.根据权利要求1所述的热备调速供电系统，其特征在于，该热备调速供电系统在启动前设有预检测过程：首先获得用户控制命令的变频器自行置主标志作为主变频器，同时向另一台变频器发出握手信号，待握手信号确认无误后，向另一台变频器下达从标志，使其作为从变频器，之后主变频器将参数信号同步给从变频器。

6.根据权利要求1所述的热备调速供电系统，其特征在于，该热备调速供电系统供电时，所述主变频器和所述从变频器之间，通过定时自动切换或通过手动操作进行切换。

7.根据权利要求1所述的热备调速供电系统，其特征在于，各所述变频器与母线之间设有断路器和输入隔离开关，各所述变频器与负载之间设有输出隔离开关和接触器。

8.根据权利要求1所述的热备调速供电系统，其特征在于，当某一台变频器发生故障不能启动时，剩余的一台变频器进入单机启动模式，在接收到启动命令后立即启动运行，并在中断中间隔地发送握手信号给故障变频器，待握手成功后，两台变频器恢复为主变频器和从变频器的热备模式。

9.根据权利要求1-7任一项所述的热备调速供电系统，其特征在于，该热备调速供电系统包括三台及以上型号相同的变频器，各所述变频器并联连接，并通过光纤连接通信，供电时，其中的一台变频器作为主变频器，其他变频器作为从变频器。

10.根据权利要求9所述的热备调速供电系统，其特征在于，多台所述变频器连接在同一个电网的不同母线段。