CN112162167A - 典型工业过程电压耐受能力的测试方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种典型工业过程电压耐受能力的测试方法及系统,测试系统包括典型工业模块、电压暂降发生器、数据采集系统以及上位机,构建含敏感设备的典型工业过程后,电压暂降发生器向典型工业过程中输入暂降电压,数据采集系统采集敏感设备的输出电压电流,上位机对比输出电压电流与预设的越限阈值和可接受阈值,获得响应时间t1以及子过程惯性t2,并以此获得电压耐受时间T,同时上位机根据采集的数据绘制电压耐受曲线,从而根据电压耐受时间以及电压耐受曲线可以直观的了解包含多种敏感设备的典型工业过程的电压暂降耐受能力,从而可以快速分析出电压暂降对工业过程造成危害的严重程度。
Description
技术领域
本发明涉及电压耐受技术领域,特别涉及典型工业过程电压耐受能力的测试方法及系统。
背景技术
随着社会产能的上升,精密制造业的比重不断增加,电能质量问题已备受各方关注,电压暂降作为发生几率最高,影响最大的电能质量问题,对敏感工业用户造成巨大经济损失,受到了学术界和工业界的广泛关注,工业过程电压暂降耐受能力是进行电压暂降治理的关键信息,能定量描述暂降对工业过程的影响。
在目前的工业生产过程中,通常会有多个敏感设备协同运作,但多个设备受电压暂降的影响程度与单个设备的耐受能力之间不是简单的线性关系,所以单个敏感设备耐受能力的测试结果不能反映电压暂降给工业过程造成的危害的严重程度,而现有技术对电压暂降耐受能力的测试研究主要集中在对单个敏感设备的耐受能力方面(如接触器ACC、变频器ASD),对工业过程的测试研究尚不深入,尚未成熟的工业过程电压暂降耐受能力测试平台。
发明内容
鉴以此,本发明提出典型工业过程电压耐受能力的测试方法及系统,可以对多个敏感设备组成的典型工业过程进行电压耐受能力测试,从而分析电压暂降对工业过程造成危害的严重程度。
本发明的技术方案是这样实现的:
典型工业过程电压耐受能力的测试方法,包括以下步骤:
步骤S1、构建包含敏感设备的典型工业过程;
步骤S2、向典型工业过程中输入暂降电压;
步骤S3、设定越限阈值以及可接受阈值,采集敏感设备的输出电压电流,获取输出电压电流小于越限阈值的时间t1,获取输出电压电流大于越限阈值小于可接受阈值的时间t2;
步骤S4、根据t1和t2获得电压耐受时间T;
步骤S5、以持续时间为横坐标、暂降幅值为纵坐标建立坐标系,并将越限阈值、可接受阈值、t1以及t2输入到坐标系中,获得电压耐受曲线。
优选的,所述敏感设备包括接触器、变频器、异步电机。
优选的,所述步骤S3在获取输出电压电流、时间t1、时间t2以及步骤S4获取电压耐受时间T后进行存储。
优选的,所述步骤S3采集敏感设备的输出电压电流包括采集接触器、变频器的输出电压电流,所述步骤S3还包括采集异步电机的转矩以及转速。
优选的,所述步骤S4的电压耐受时间T等于时间t1加上时间t2。
典型工业过程电压耐受能力的测试系统,包括:
典型工业模块,用于模拟工业过程中的典型模块,包括若干敏感设备;
电压暂降发生器,用于输出暂降电压给敏感设备;
数据采集系统,用于采集电压暂降发生器输出的暂降电压、敏感设备的输出电压电流;
上位机,内部存储有越限阈值以及可接受阈值,用于发出测试指令以及接收数据采集系统输出的数据进行处理,并获得电压耐受时间以及电压耐受曲线;
所述数据采集系统包括电压电流互感器,所述电压电流互感器分别与电压暂降发生器、敏感设备以及上位机电连接,所述上位机分别与电压暂降发生器以及敏感设备电连接,所述上位机对电压电流互感器输出的数据进行处理后获得电压耐受时间以及电压耐受曲线。
优选的,所述典型工业模块还包括异步电机、负载电机、工业风扇以及增压泵,所述敏感设备包括变频器以及若干个接触器,所述接触器、变频器、异步电机以及负载电机依次电连接组成第一模块,所述接触器与工业风扇电连接组成第二模块,所述接触器与增压泵组成第三模块,所述电压暂降发生器与接触器电连接,所述电压电流互感器与接触器、变频器电连接。
优选的,所述电压暂降发生器包括市电电源以及可编程电源,所述可编程电源分别与市电电源、接触器以及上位机电连接。
优选的,所述数据采集系统还包括转矩转速互感器,所述转矩转速互感器分别与异步电机以及上位机电连接。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明提供了一种典型工业过程电压耐受能力的测试方法及系统,构建包含了若干敏感设备典型工业过程后,向典型工业过程中输入暂降电压后,通过采集典型工业过程中的敏感设备的输出电压电流,并与预设的越限阈值以及可接受阈值进行对比后,获得两个时间,根据获得的两个时间可以获得电压耐受时间,同时可以根据采集的数据获得电压耐受曲线,根据电压耐受时间以及电压耐受曲线可以了解到包含了若干个敏感设备的典型工业过程的电压耐受能力,并用于分析电压暂降对工业过程造成危害的严重程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的典型工业过程电压耐受能力的测试方法的流程图;
图2为典型工业过程的电压耐受时间示意图;
图3为本发明的典型工业过程电压耐受能力的测试方法的原理图;
图中,1为数据采集系统,2为上位机,3为异步电机,4为负载电机,5为工业风扇,6为增压泵,7为变频器,8为接触器,9为第一模块,10为第二模块,11为第三模块,12为可编程电源,13为负载电机驱动器。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容,下面提供一具体实施例,并结合附图对本发明做进一步的说明。
参见图1,本发明提供的典型工业过程电压耐受能力的测试方法,包括以下步骤:
步骤S1、构建包含敏感设备的典型工业过程;
所述敏感设备包括接触器8、变频器7、异步电机3。
步骤S2、向典型工业过程中输入暂降电压;
步骤S3、设定越限阈值以及可接受阈值,采集敏感设备的输出电压电流,获取输出电压电流小于越限阈值的时间t1,获取输出电压电流大于越限阈值小于可接受阈值的时间t2;
所述步骤S3在获取输出电压电流、时间t1、时间t2以及步骤S4获取电压耐受时间T后进行存储。
所述步骤S3采集敏感设备的输出电压电流包括采集接触器8、变频器7的输出电压电流,所述步骤S3还包括采集异步电机3的转矩以及转速。
步骤S4、根据t1和t2获得电压耐受时间T,所述电压耐受时间T等于时间t1加上时间t2;
步骤S5、以持续时间为横坐标、暂降幅值为纵坐标建立坐标系,并将越限阈值、可接受阈值、t1以及t2输入到坐标系中,获得电压耐受曲线。
参照图2所述的工业过程的两个阶段,第一阶段是敏感设备经受电压暂降而故障运行,即暂降发生时刻到设备失效为止,其时长反应了敏感设备的暂降耐受能力,在测试过程中,采集敏感设备的输出电压电流,当采集量低于越限阈值时,表明敏感设备受到该电压暂降影响从而故障运行。
第二阶段是该工业过程的过程参数恶化至可接受阈值以下,造成工艺不达标从而导致过程中断,其时长由生产环境、过程参数特征和设备特性决定,当采集的输出电压电流超过可接受阈值时,表明该工业过程受到电压暂降影响导致过程中中断失效。
越限阈值和可接受阈值为预先设定的,其中越限阈值一般不超过90%额定值,可按用户具体生产要求自行选取,可接受阈值由统计数据得到或用户经验选取。
假设在0时刻发生某电压暂降,在图2中的A阶段,敏感设备未发生故障,过程参数保持不变,此时工业过程未受影响。
当暂降的持续时间超过t1后,进入B阶段,此时敏感设备故障运行,其输出电压低于越限阈值,工业过程的其他参数例如转矩转速等开始下降,但此时过程参数仍高于选取的可接受阈值,工业过程仍能继续维持,因此t1称为过程响应的延迟时间。
当暂降持续时间超过t1+t2时,过程参数低于可接受阈值,此时工业子过程失效,因此t2能表征子过程的惯性,将其称为子过程惯性时间,t2越大工业过程的惯性越大,则耐受时间更长。
综上所述,若该电压暂降的持续时间小于t1,工业过程及敏感设备均不受影响;持续时间超过t1但小于t1+t2时,敏感设备受影响但工业过程可维持,当持续时间超过t1+t2,敏感设备及工业过程均受到影响,因此,该电压暂降下的工业过程电压耐受时间T等于t1+t2。
参照图3所示的第二实施例,典型工业过程电压耐受能力的测试系统,包括:
典型工业模块,用于模拟工业过程中的典型模块,包括若干敏感设备;
电压暂降发生器,用于输出暂降电压给敏感设备;
数据采集系统1,用于采集电压暂降发生器输出的暂降电压、敏感设备的输出电压电流;
上位机2,内部存储有越限阈值以及可接受阈值,用于发出测试指令以及接收数据采集系统1输出的数据进行处理,并获得电压耐受时间以及电压耐受曲线;
所述数据采集系统1包括电压电流互感器,所述电压电流互感器分别与电压暂降发生器、敏感设备以及上位机2电连接,所述上位机2分别与电压暂降发生器以及敏感设备电连接,所述上位机2对电压电流互感器输出的数据进行处理后获得电压耐受时间以及电压耐受曲线。
电压暂降发生器为被测工业过程提供电压暂降特征影响因子任意组合的电压暂降波形,使得典型工业模块进入到暂降状况中,通过数据采集系统1采集敏感设备的输出电压电流,并将输出电压电流输送给上位机2,上位机2对比输出电压电流与越限阈值和可接受阈值,当输出电压电流超过越限阈值时,记录未超过时的时间t1,当输出电压电流超过可接受阈值时,记录超过越限阈值和未超过可接受阈值的时间t2,将t1加上t2后获得电压耐受时间T,在整个测试过程中,数据采集系统1还会采集电压暂降发生器输出的电压电流波形,得到实际的电压暂降信息,并输送给上位机2,避免了电压暂降发生器的误差对测试结果造成影响,上位机2在获取电压耐受时间T后,可以根据t1、t2、数据采集系统1采集的信息以及预设的越限阈值和可接受阈值来绘制电压耐受曲线,从而可以通过电压耐受曲线直观的分析典型工业过程的电压耐受能力。
优选的,所述典型工业模块还包括异步电机3、负载电机4、工业风扇5以及增压泵6,所述敏感设备包括变频器7(ASD)以及若干个接触器8(ACC),所述接触器8、变频器7、异步电机3以及负载电机4依次电连接组成第一模块9,所述接触器8与工业风扇5电连接组成第二模块10,所述接触器8与增压泵6组成第三模块11,所述电压暂降发生器与接触器8电连接,所述电压电流互感器与接触器8、变频器7电连接。
本发明将典型工业模块分成至少三个模块,第一模块9由ACC、ASD、异步电机3、联轴器、负载电机4构成,第二模块10由ACC和工业风扇5组成,第三模块11由ACC和增压泵6组成,三个模块将自动化生产流水线中常见的ACC、ASD及其负荷协同运作的典型工业生产环节,建立成一个统一的模型,以测试该典型工业过程的电压耐受能力,测试过程中,电压暂降发生器同时给第一模块9、第二模块10以及第三模块11供电,三个模块经历的暂降特征量相同。
典型工业模块中还包括负载电机驱动器13,负载电机驱动器13与负载电机4相连,可模拟第一模块9中的不同负载,通过改变负载的类型或转矩大小,从而改变异步电机3的运行状况,达到近似模拟正常工况的目的,其模拟的负载类型主要包括恒转矩负载、恒转速负载和恒功率负载。
优选的,所述电压暂降发生器包括市电电源以及可编程电源12,所述可编程电源12分别与市电电源、接触器8以及上位机2电连接。
上位机2负责下发指令控制可编程电源12产生测试所需的电压暂降信号,使可编程电源12输出相同的暂降电压量到三个模块中。
优选的,所述数据采集系统1还包括转矩转速互感器,所述转矩转速互感器分别与异步电机3以及上位机2电连接。
数据采集系统1负责采集并上传测试过程中的各物理参数,包括可编程电源12输出的电压暂降波形以及ACC和ASD的输出电压电流,而转矩转速互感器可以采集异步电机3的转矩和转速,用于判断生产过程是否恶化不达标,各互感器所有采集数据同时采集,实现时间同步,并上传至上位机2存储记录。
本发明的具体测试步骤为:
①按照图3的原理图搭好实验测试电路,并记录可编程电源12、ACC、ASD等实验设备的基本信息(包括生产厂家、额定电压、额定电流、额定功率、设备名称等)。
②以选定好的测试方法对工业过程进行实验测试,数据采集系统1同时监测可编程电源12的电压暂降信息、ACC与ASD的输出电压电流信息和异步电机3的过程参数转速转矩信息,测试方法是测试中具体所使用的方法,主要有IEEE 1668标准方法、逐步测试法、二分法等,可以依据测试工作量、准确性等自行选择一种方法测试即可。
③以选取的越限阈值判断设备是否故障运行,以选取的可接受阈值判断工业过程是否中断失效,并记录下关键测试数据延迟时间t1和子过程惯性时间t2。
④自动存储测试数据,包括将暂降幅值等暂降特征量、ASD侧参数、负荷参数以及关键测试数据延迟时间t1和子过程惯性时间t2到上位机2。
⑤测试完毕后,导出测试数据,以持续时间为横坐标、暂降幅值为纵坐标,作出关键测试数据t1+t2的散点,并以平滑曲线相连接,便可得到该工业过程电压耐受曲线,可直观分析该典型工业过程的电压耐受能力。
本发明提出了一种典型工业过程电压耐受能力的测试方法及系统,能对实际中典型的ACC-ASD-电机-负载等生产过程进行工业过程耐受能力测试,弥补了用单个敏感设备的耐受能力反映整个工业过程的耐受能力的不足;通过上位机2程序控制负载电机驱动器13,能精确模拟异步电机3的实际负载,从而改变异步电机3的运行状况,达到近似模拟正常工况,无需频繁更换负载,仅需更改上位机2程序参数即可,减少测试工作量,节约人力,简单高效;同步采集可编程电源12发出的电压暂降波形、ACC与ASD的输出信息、异步电机3的过程参数,实现了数据同步,保证测试结果准确可信;以工业过程电压耐受时间为散点,绘制出工业过程电压耐受曲线,可进一步直观分析工业过程受电压暂降影响的情况,比现有技术中用单一敏感设备的电压耐受曲线分析更准确。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.典型工业过程电压耐受能力的测试方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1、构建包含敏感设备的典型工业过程;
步骤S2、向典型工业过程中输入暂降电压;
步骤S3、设定越限阈值以及可接受阈值,采集敏感设备的输出电压电流,获取输出电压电流小于越限阈值的时间t1,获取输出电压电流大于越限阈值小于可接受阈值的时间t2;
步骤S4、根据t1和t2获得电压耐受时间T;
步骤S5、以持续时间为横坐标、暂降幅值为纵坐标建立坐标系,并将越限阈值、可接受阈值、t1以及t2输入到坐标系中,获得电压耐受曲线。
2.根据权利要求1所述的典型工业过程电压耐受能力的测试方法,其特征在于,所述敏感设备包括接触器、变频器、异步电机。
3.根据权利要求1所述的典型工业过程电压耐受能力的测试方法,其特征在于,所述步骤S3在获取输出电压电流、时间t1、时间t2以及步骤S4获取电压耐受时间T后进行存储。
4.根据权利要求2所述的典型工业过程电压耐受能力的测试方法,其特征在于,所述步骤S3采集敏感设备的输出电压电流包括采集接触器、变频器的输出电压电流,所述步骤S3还包括采集异步电机的转矩以及转速。
5.根据权利要求1所述的典型工业过程电压耐受能力的测试方法,其特征在于,所述步骤S4的电压耐受时间T等于时间t1加上时间t2。
6.一种用于实现权利要求1-5任一所述典型工业过程电压耐受能力的测试方法的测试系统,其特征在于,包括:
典型工业模块,用于模拟工业过程中的典型模块,包括若干敏感设备;
电压暂降发生器,用于输出暂降电压给敏感设备;
数据采集系统,用于采集电压暂降发生器输出的暂降电压、敏感设备的输出电压电流;
上位机,内部存储有越限阈值以及可接受阈值,用于发出测试指令以及接收数据采集系统输出的数据进行处理,并获得电压耐受时间以及电压耐受曲线;
所述数据采集系统包括电压电流互感器,所述电压电流互感器分别与电压暂降发生器、敏感设备以及上位机电连接,所述上位机分别与电压暂降发生器以及敏感设备电连接,所述上位机对电压电流互感器输出的数据进行处理后获得电压耐受时间以及电压耐受曲线。
7.根据权利要求6所述的典型工业过程电压耐受能力的测试系统,其特征在于,所述典型工业模块还包括异步电机、负载电机、工业风扇以及增压泵,所述敏感设备包括变频器以及若干个接触器,所述接触器、变频器、异步电机以及负载电机依次电连接组成第一模块,所述接触器与工业风扇电连接组成第二模块,所述接触器与增压泵组成第三模块,所述电压暂降发生器与接触器电连接,所述电压电流互感器与接触器、变频器电连接。
8.根据权利要求6所述的典型工业过程电压耐受能力的测试系统,其特征在于,所述电压暂降发生器包括市电电源以及可编程电源,所述可编程电源分别与市电电源、接触器以及上位机电连接。
9.根据权利要求7所述的典型工业过程电压耐受能力的测试系统,其特征在于,所述数据采集系统还包括转矩转速互感器,所述转矩转速互感器分别与异步电机以及上位机电连接。
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