CN110635666B - 变频器和与变频器有关的方法 - Google Patents

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Abstract

变频器和变频器中的方法。变频器适于驱动电负载，其中，变频器包括：通信接口，变频器适于通过该通信接口接收改变该变频器的输入功率的外部请求；适于保存允许改变变频器的输入功率的一个或更多个条件的装置；以及处理装置，其适于当接收到由一个或更多个条件设置的限制内的外部请求时改变变频器的输入功率。

Description

变频器和与变频器有关的方法
技术领域
本发明总体上涉及变频器。
背景技术
变频器被用于工业过程中的多种用途。变频器是为负载产生变频输出电压的电气装置。在典型情况下，变频器连接至具有固定频率的电网或供电网络，并且变频器进行操作以对电压进行整流并且形成对负载的变频电压。负载通常是根据需要利用变频器驱动的电动马达。例如，变频器可以根据速度参考值或转矩参考值来控制马达或负载。赋予变频器的参考值可以源自涉及马达的过程或者源自操作者。例如，变频器可以用于驱动鼓风马达以保持所设定的限制内的某一温度。如果温度升高到限制之上，则变频器将增大其输出频率以限制温度升高。在这种情况下，基于从过程中获得的反馈来控制变频器。在某些情况下，可以在没有来自过程的反馈的情况下控制变频器。这种用途的一个示例是混合或离心，其中操作者在没有来自混合过程的反馈的情况下指示变频器根据特定的旋转速度操作特定的时间。
变频器由于其操作的多功能性以及由于通过可控性获得的能量节省而被越来越多地用于工业过程。例如，在控制流量的过程中使用变频器驱动泵时可以获得能量节省。可以通过在以恒定速度运行泵马达的同时使用阀对流量进行节流来控制流量。然而，在根据需要而不是对流量进行节流来控制泵的速度时可以节省能量。
在已知的变频器中，变频器的操作由过程或用户直接命令。为了进一步更大规模地改善能量的使用，包括对驱动负载的变频器的使用进行适配的其他装置将是有益的。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法和用于实现该方法的变频器，以便更大规模地改善能量的使用。通过以独立权利要求中陈述的内容为特征的方法和变频器实现了本发明的目的。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施方式。
本发明基于使用变频器作为功率容量源的构思。变频器可以用于可以根据请求减少、增加或推迟功率使用的用途。如果变频器释放容量，即，使用较少的功率，则减少的功率量能够用于电网中的其他地方而不需要增加总的功率供应。
本发明的方法和装置的优点在于，每次增加功率需求时不必增加电的产生。另外，本发明的方法和装置使得能够将电网的过剩能量存储到工业过程中。此外，本发明有助于共享可利用的有限功率容量来提高电的质量。本发明的变频器可以被配置成基于某些条件减少或增加功率使用。这些条件可以取决于使用变频器的过程。
附图说明
在下文中，将参照附图借助优选实施方式更详细地描述本发明，在附图中，
图1示出了连接至负载的变频器的简化框图。
具体实施方式
图1示出了本公开内容的变频器的框图的示例。图1示出了连接至三相马达2的变频器1。该变频器由电网3供电。
变频器包括通信接口4，变频器适于通过该通信接口4接收改变变频器的输入功率的请求R。通信接口可以是允许将外部请求或信号传送至变频器的任何接口。该接口可以由有线或无线传输端口形成，其将外部请求进一步传送至变频器的处理器或类似的处理装置5。变频器的通信接口还允许进行双向通信以使得变频器能够通过通信接口发送要约O和其他消息(例如，确认消息)。
变频器还包括用于存储信息的存储器6或类似装置，其适于保存允许改变输入功率的一个或更多个条件。此外，如上所述，变频器还包括处理器，其适于当接收到由一个或更多个条件设定的限制之内的外部请求时改变输入功率。在本发明中通过改变输出功率来实现对变频器的输入功率的改变。例如，利用增加的输出功率来实现增加的负载旋转速度。输出功率的增加还增加了从电网获取的功率，即，变频器的输入功率。
一个或更多个条件保存在存储由用户设定的一些信息或数据的存储器6中。存储器还能够被处理器访问以使得处理器可以对信息或数据执行计算、比较和其他操作。用户可以输入用作设定改变输出功率的限制的条件的数据或信息，输出功率的改变也会影响输入功率。可以通过使用集成到变频器的输入装置(例如按钮)来向变频器输入数据或信息。也可以使用在变频器外部但是无线地或利用线缆连接至变频器的输入装置来输入数据或信息。例如，可以使用具有特定软件的计算机来输入信息或数据。用作条件的信息或数据也可以由变频器自身确定。这可以例如利用人工智能或机器学习通过观察装置自身的操作环境而确定条件来实现。
用作一个或更多个条件的数据或信息优选地包括与分配给变频器的工作类型有关的信息。工作类型例如可以是独立操作或相依操作。例如，在独立操作中，变频器独立地操作，即，不依赖于其他变频器。此外，在独立操作中，变频器控制受控负载所处的整个过程。独立操作的一个示例是泵送过程，在泵送过程中，在罐中的液位到达下限之后变频器驱动泵以在一定时间内装填罐。在这样的用途中，变频器驱动泵以在一定时间内实现一定的结果。在这样的用途中，变频器可能能够以多种方式操作泵以获得期望的结果。例如，可以使用最大流量来操作泵以使得尽快地装填容器，而且在装填罐之后，变频器可以是空闲的直到下一循环。在另一方面，变频器可以计算其用来装填罐的时间并且驱动泵使得将在期望的时刻装填罐。
另一方面，在相依操作中，变频器的使用对时间要求严格，也就是说，受控制的动作是实时需要的。这样的用途的示例例如是需要一定流量的泵送过程。可以通过该过程设定所需的流量，并且仅通过控制泵的叶轮以一定旋转速度旋转来获得该流量。
此外，用作一个或更多个条件的数据或信息可以包括关于是否可以减少或增加马达2的旋转速度的信息。减少马达的旋转速度通常会增加过程的持续时间。然而，如果该过程对时间不敏感，则可以降低旋转速度。在变频器中设定的信息还可以包括考虑过程的当前状态的信息或指令。例如，变频器中设定的数据可以包括当旋转速度高于一定速度时可以将速度降低一定量的规则。因此，数据可以包括关于是否可以改变马达的旋转速度的信息。
用作一个或更多个条件的数据或信息还可以包括必须在何时完成当前过程的信息。也就是说，该过程的信息被设定到变频器。更具体地，必须完成正在进行的过程的时刻的信息。例如，在要装填罐或容器的泵送过程中向变频器设定完成时间的信息。
通常，向变频器输入当前正在进行的过程是否可以被推迟或减慢的信息。有关推迟过程的信息通常需要关于应当在何时完成该过程的信息。如果过程不能推迟但是可以减慢，则需要有关下限的信息。例如，某个过程不必以当前速度运行而是可以以较低速度运行。这样的过程的示例是混合过程，在混合过程中，混合动作必须是连续的并且应当在一定时间准备好混合的批次。可允许的较低速度可以被设定为额定旋转速度的百分比或旋转速度的绝对值。
例如，允许改变输入功率的一个或更多个条件也可以由变频器使用人工智能或机器学习根据过程的状态来确定。例如，变频器可以根据收集的使用历史来确定与该过程有关的某些条件。例如，变频器可以注意到其以某一输出功率使用了某一时间段并且然后输出功率改变为另一值。变频器可以假设操作将以类似的循环继续。如果变频器进一步注意到输出转矩与速度成二次比例，则可以确定变频器正在驱动泵送过程。如果用于影响旋转速度的参考值是恒定的，则变频器例如可以确定该变频器处于用于装填容器的过程中。
本发明的变频器通过所述变频器的通信接口4接收改变输入功率的请求R。该请求源自变频器之外以及变频器在其中活动的过程之外。该请求例如源自变频器所在的大型工业设备的操作者。可以由于设备的功率使用增加而发送请求，并且为了平衡功率的使用，操作者检查变频器是否可以降低变频器的输入功率以释放容量用于另一用途。在大型设备中，请求被发送至多个变频器，并且这些变频器中的每个都可以接收到该请求。
该请求也可以源自功率网络的操作者，在功率网络中，功率生成容量有限或者存在待消耗的暂时过剩的功率(例如，源自可再生的、不可控制的能源的功率)。在这样的情况下，改变输入功率有助于保持良好的功率平衡。此外，该请求可以源自网络的操作者。然后可以将请求发送至大量变频器。
根据实施方式，变频器适于在变频器确定其能够并且愿意改变输入功率的情况下发送外部要约O。例如，如果变频器确定可以减小输入功率，则变频器发送指示减小的功率量的要约以及以该要约的限制价格减小输出功率的持续时间以及所述要约将保持有效的持续时间。该要约例如由管理网络中的功率平衡的操作者或实体7接收。在接收到要约之后，实体7可以接受要约并且向变频器发送改变输入功率的请求。管理操作的操作者或实体可以基于随要约一起发送的某些信息而接受要约。例如，变频器可以对要约设定值或价格。如果实体或操作者接受要约，则其会向要约被接受的变频器发送请求。在要约被接受之后，变频器执行各方之间协定的操作。多个变频器类似地连接至管理功率平衡的同一实体。由于数目可能较大，因此可以在功率平衡方面获得相当大的效果。管理实体可以从所连接的变频器组接收多个要约，并且该实体可以通过响应对应的请求来接受任何数目的要约。
变频器处于动态过程中并且操作状态和通过发送要约来加入功率平衡的可能性连续地改变。随着情况连续地改变，变频器通常会改变要约的参数，例如，改变的单价、改变的允许持续时间或要约的有效时段。如果过程或操作状态变得更昂贵，则变频器设定的改变输入功率的值通常也会增加。如上所述，管理实体可以自由选择任何发送的要约。动态变化的状态意味着接受的要约的值也会根据要约而改变。
功率平衡的操作是实时进行的。从发送要约到接收请求并执行对输出功率的改变的时间段可以在毫秒范围内。
随着接收到针对要约的请求，变频器的处理器读取存储器并且根据输入存储器的数据或信息来检查是否可以改变输入功率，即，是否满足所保存的一个或更多个条件。在这样做时，处理器首先检查变频器是否被设定成其参与改变输入功率的模式。所提及的变频器的模式通常是上述条件之一。如果变频器处于对时间要求严格的过程中，则变频器的用户可以输入在不启用改变输入功率的条件下使用的数据。因此，当变频器检查参与改变输入功率的标准或条件时，变频器会注意到用户启用或禁用了对输入功率的改变(即，降低或增加)。
如果变频器的用户或操作者启用了对输入功率的改变，则变频器的处理器检查由用户输入并且存储在存储器中的数据或信息是否允许改变输入功率，即，变频器检查一个或更多个条件。输入并存储到存储器的数据或信息可以包含设定了必须完成过程的时间的时间要求。在这样的情况下，变频器已经存储了过程的持续时间的信息。然后，如果在变频器正产生输出功率时接收到请求，则变频器的处理器计算该过程是否可以中止并且在稍后的时刻继续。变频器的另一替选方案是计算在所需的时间内可以以多低的输出功率完成该过程。也可以通过输入的数据来限制输入功率，这意味着为输出功率或由变频器控制的马达的旋转速度设定下限。变频器的输出功率是变频器的实际控制功率，而输入功率是从电网获得的功率，其遵循输出功率。在考虑电网的操作时，输入功率(即，从电网获取的功率)才有意义。变频器的输出功率和变频器的损耗共同构成输入功率。
对降低输入功率进行限制的一个或更多个条件可以包括例如必须完成当前任务的时刻或者当前任务可以被推迟的时间量。
例如，如果设定的条件包括必须完成当前任务的时刻，则在可以以较低的输出功率完成该任务的情况下，变频器将降低输出功率从而降低输入功率。替选地，变频器将中止当前任务或过程并将输出功率降低至零，并且在稍后的时刻继续该任务或过程直到结束以满足时间要求。如果变频器断定输出功率不能降低因为任务无法在所需时间内完成，则变频器继续其操作。
一旦请求被接受并且变频器改变输出功率进而改变输入功率，则变频器优选地向请求的发送者发送输入功率已被改变的确认。优选地，变频器在响应中包括输入功率改变的量和变频器的标识号码或标识符。
优选地通过减小电动马达的旋转速度或电动马达产生的转矩来执行降低输出功率。确定可以降低输出功率的变频器的处理器行动以改变变频器的内部参考值从而减小输出功率。内部参考值可以包括电流参考值、电压参考值或转矩参考值。处理器可以直接发送参考值，使该参考值覆盖接收到请求时使用的参考值。替选地，处理器可以修改所使用的参考值以获得减小的输出功率。
应当注意，本发明的变频器并非意在节省能量。该变频器有助于在其中一个或更多个电力生产者和/或消费者在功率的生成和使用方面具有灵活性的系统中优化功率的使用。利用本发明的变频器，可以调节功率的使用以使得可以高效地使用现有的功率容量。
在本发明的方法中，在适于驱动电负载的变频器中接收改变变频器的输入功率的请求。此外，在该方法中，在变频器中保存允许改变变频器的输出功率的一个或更多个条件。该方法还包括当接收到由一个或更多个条件设定的限制之内的外部请求时改变变频器的输出功率。
在本发明的方法中，如以上结合变频器所描述的，在变频器之外接收改变输入功率的请求。该请求被接收在保存有允许改变输出功率的一个或更多个条件的变频器中。这些条件是变频器中设定的可能与过程有关的数据和信息或者是用户限定的要求。
一旦接收到请求并且变频器在产生输出功率时是可操作的，则通过检查一个或更多个条件是否允许改变输出功率来在处理器中处理该请求。
如果一个或更多个条件允许改变输出功率，则变频器的处理器进行操作以改变输出功率并且进而改变输入功率。可以通过减小负载(即，电动马达)的旋转速度并且以降低的旋转速度继续操作来降低输出功率。替选地并且取决于所设定的条件，变频器可以中止当前的操作并且在稍后的阶段继续。在当前操作中止时，输出功率降低至零。
优选地，变频器通过传送变频器的标识符来响应请求。此外，变频器优选地在其响应中传送改变的功率量。在该方法的实施方式中，变频器通过改变连接至变频器的输出的马达的旋转速度来改变输入功率。对变频器的请求可以是用于降低输入功率的请求。优选地通过减小由变频器控制的马达的旋转速度来执行对输入功率的降低。
在一些情况下，希望增加电网中的消耗功率。例如，在网络中装有大量可再生能源产量时，瞬时产量可能超过功率需求。在这样的情况下，功率消耗的增加使网络稳定。例如可以通过增加负载的旋转速度来执行对变频器的输入功率的增加。此外，与增加输入功率有关的过程类似于上述减少输入功率的过程。变频器可以保存指明其能够增加输出功率的条件。变频器可以发送指示增加功率的容量的要约，并且管理实体或操作者可以利用请求进行响应。此外，正如与减少或降低输出功率相关的那样，该过程也可以由管理实体发起，即，当变频器接收到针对要约的请求时发起。
在变频器进行要约并且该要约被接受且已作出改变输入功率的对应请求的情况下，变频器仍然可以进行确认，并且改变输入功率的请求与该确认的配对将被视为协议。变频器已经同意将输入功率改变一定量并且持续一定时间段，并且在要约附加有值的情况下管理实体或操作者已经同意提供补偿。例如可以利用使用密码术和分布式帐本技术的数字合同来处理这样的请求与确认对。另一替选方案是使用具有例如用于保存交易或协议的数据库的集中式系统。明显地，在变频器与管理实体或操作者之间达成协议时可以应用多种不同的过程。通常，管理实体发送对改变变频器的输入功率的要约的请求，并且变频器通过发送要约来响应。该过程还可以包括在已经执行了所请求且经协定的对输入功率的改变之后的确认消息。
在以上描述中，输入功率的改变被认为是有功功率。然而，外部请求也可以涉及无功功率。电网需要一定量的无功功率以恰当地操作。如果注意到应当改变网络中的无功功率的量，则本发明的变频器可以用于产生或消耗无功功率。与涉及无功功率的请求相关的操作与上述关于有功功率的操作对应。此外，外部请求还可以涉及电流的谐波分量的补偿。如已知的，变频器可以用于补偿谐波电流。关于对谐波电流的补偿，外部请求可以包括要补偿的谐波的数目和执行补偿的量。
由变频器发送的外部要约还可以包括变频器是否提供其自身来改变输入功率从而影响实际功率、无功功率和/或补偿谐波分量。
在上文中，结合驱动旋转负载的变频器描述了本发明及其实施方式。然而，本发明也可以结合静态负载来实施。例如，负载可以包括例如电动汽车的电池。关于这样的电池，变频器对电池充电并且可以在接收到外部请求时根据变频器中保存的条件来限制对电池的充电。此外，根据条件，变频器还可以从电池向电网馈送功率。
对于本领域技术人员明显的是，随着技术的进步，本发明的概念可以以各种方式实现。本发明及其实施方式不限于上述示例，而是可以在权利要求书的范围内变化。

Claims (19)

1.一种适于驱动电负载的变频器，其中，所述变频器包括：
通信接口，所述变频器适于通过所述通信接口接收改变所述变频器的输入功率的外部请求，
适于保存允许改变所述变频器的所述输入功率的一个或更多个条件的装置，所述一个或更多个条件包括与使用所述变频器的过程有关的数据或信息，以及
处理装置，所述处理装置适于：
检查所述一个或更多个条件是否允许改变所述变频器的所述输入功率，以及
当接收到由所述一个或更多个条件设定的限制之内的所述外部请求时改变所述变频器的所述输入功率。
2.根据权利要求1所述的变频器，其中，所述变频器还适于通过所述通信接口发送与改变所述输入功率有关的外部要约。
3.根据权利要求1或2所述的变频器，其中，允许改变所述输入功率的所述一个或更多个条件包括与使用所述变频器的过程有关的数据或信息。
4.根据权利要求3所述的变频器，其中，允许改变所述输入功率的所述一个或更多个条件包括与所述过程有关的时间信息。
5.根据权利要求1、2、4中任一项所述的变频器，其中，所述电负载是由所述变频器驱动的马达，并且允许改变所述输入功率的所述一个或更多个条件包括所述电负载的旋转速度能够被改变的量的信息。
6.根据权利要求3所述的变频器，其中，所述电负载是由所述变频器驱动的马达，并且允许改变所述输入功率的所述一个或更多个条件包括所述电负载的旋转速度能够被改变的量的信息。
7.根据权利要求1、2、4、6中任一项所述的变频器，其中，允许改变所述输入功率的所述一个或更多个条件包括是否能够增加所述输入功率的信息。
8.根据权利要求3所述的变频器，其中，允许改变所述输入功率的所述一个或更多个条件包括是否能够增加所述输入功率的信息。
9.根据权利要求1、2、4、6、8中任一项所述的变频器，其中，允许改变所述输入功率的所述一个或更多个条件包括是否能够减少所述输入功率的信息。
10.根据权利要求3所述的变频器，其中，允许改变所述输入功率的所述一个或更多个条件包括是否能够减少所述输入功率的信息。
11.根据权利要求1、2、4、6、8、10中任一项所述的变频器，其中，所述变频器适于通过改变输出功率来改变所述输入功率。
12.根据权利要求3所述的变频器，其中，所述变频器适于通过改变输出功率来改变所述输入功率。
13.一种变频器中的方法，包括：
在所述变频器中接收改变所述变频器的输入功率的外部请求，
在所述变频器中保存允许改变所述变频器的所述输入功率的一个或更多个条件，所述一个或更多个条件包括与使用所述变频器的过程有关的数据或信息，
检查所述一个或更多个条件是否允许改变所述变频器的所述输入功率，以及
当接收到由所述一个或更多个条件设定的限制之内的所述外部请求时改变所述变频器的所述输入功率。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方法包括：
从所述变频器发送与改变所述输入功率有关的外部要约，其中，接收外部请求的步骤是基于所发送的外部要约进行的。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述方法包括输入在所述变频器中保存的所述一个或更多个条件。
16.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述方法包括在所述变频器中形成在所述变频器中保存的所述一个或更多个条件。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述方法包括在所述变频器中形成在所述变频器中保存的所述一个或更多个条件。
18.根据权利要求13、14、17中任一项所述的方法，其中，改变所述输入功率包括改变所述变频器的负载的旋转速度。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，改变所述输入功率包括改变所述变频器的负载的旋转速度。
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