CN113016113A - 无输入功率的变频驱动器的延长制动 - Google Patents

无输入功率的变频驱动器的延长制动 Download PDF

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CN113016113A CN201980074611.1A CN201980074611A CN113016113A CN 113016113 A CN113016113 A CN 113016113A CN 201980074611 A CN201980074611 A CN 201980074611A CN 113016113 A CN113016113 A CN 113016113A
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Abstract

一种变频驱动系统(300)，包括：功率转换器(310)，具有向一个或多个输出相(A、B、C)提供功率的多个功率单元；主功率源(320)，用于向功率转换器(310)提供主输入功率；辅助功率源(330)，用于向功率转换器(310)提供辅助输入功率；以及控制系统(314)，与功率单元(310)通信并且控制所述多个功率单元的操作，其中所述控制系统(314)包括一个或多个处理器(315)，所述一个或多个处理器(315)被配置为经由计算机可执行指令检测主功率源(320)的主输入电压降低于预定义功率阈值、响应于主输入电压降断开主功率源(320)、以及响应于主输入电压降启用辅助功率源(330)来向功率转换器(310)提供辅助输入功率。

Description

无输入功率的变频驱动器的延长制动
技术领域
本公开的各方面大体上涉及具有延长制动能力的驱动系统，诸如中压变频驱动器。贯穿说明书各处，术语“驱动器”、“驱动系统”、“转换器”、“功率转换器(powerconverter)”和“功率供应(power supply)”可以互换使用。
背景技术
因为单个功率半导体器件不能承受高压，所以中压(medium voltage，MV)变频驱动器(例如多电平功率转换器)用于中压交流(AC)驱动器、柔性AC输电系统(FACTS)以及高压DC(HVDC)输电系统的应用中。多电平功率转换器通常包括用于每个相的多个功率单元(power cell)，每个功率单元包括具有半导体开关的逆变器(inverter)电路，该半导体开关能够改变单独的单元的电压输出。多电平功率转换器的一个示例是如例如Hammond的美国专利No.5,625,545中所述的具有多个H桥单元的级联H桥转换器系统。多电平功率转换器的另一个示例是具有多个M2C或M2LC子系统的模块化多电平转换器系统。
变频驱动器(variable frequency drive，VFD)的应用的示例包括操作电动潜水泵(electric submersible pump，ESP)的VFD，例如所述ESP在石油和天然气工业中用于泵送石油。ESP通常浸没在待泵送的流体中并且包括例如具有密封电动机的泵体。在VFD失去输入功率时，由于来自这类应用中存在的液柱的、泵上的反向扭矩，ESP的电动机开始减速。反向扭矩可能非常高，从而迫使泵以超过电机和泵的额定速度的速度反向旋转。这种操作是不可取的，因为其对包括电机和泵的机械系统造成严重的压力。当前，在此情况下用户可以简单的令泵倒旋直到液柱达到井水位。客户对所有泵设定固定的等待时间来确保它们在预定义时间过去之前不被重启，进而确保在泵不旋转时重新启动泵。因此，存在对改进驱动系统的需求，特别是在与ESP结合使用时。
发明内容
简要描述，本公开的各方面涉及驱动系统(例如体现为中压变频驱动器)和用于控制此类驱动系统的方法。
本公开的第一方面提供了变频驱动系统，包括：功率转换器，包括向一个或多个输出相提供功率的多个功率单元；主功率源，被配置为向功率转换器提供主输入功率；辅助(auxiliary)功率源，被配置为向功率转换器提供辅助输入功率；以及控制系统，与功率转换器通信并且控制多个功率单元的操作，其中控制系统包括至少一个处理器并且被配置为经由计算机可执行指令检测主功率源的主输入电压降低于预定义的功率阈值、响应于主输入电压降断开主功率源、以及响应于主输入电压降启用辅助功率源来向功率转换器提供辅助输入功率。
本公开的第二方面提供了用于控制变频驱动系统的方法，包括：通过操作至少一个处理器，检测功率转换器的主功率源的电压降低于预定义电压阈值，响应于电压降将主功率源从功率转换器断开，以及响应于电压降启用辅助功率源来向功率转换器供应辅助输入功率。
本公开的第三方面提供了一种非暂时性计算机可读介质，其采用处理器可执行的指令进行编码，在该指令由至少一个处理器执行时，使得至少一个处理器执行如本文所述的用于控制变频驱动系统的方法。
附图说明
图1示出了根据本文公开的示例性实施例的级联H桥转换器系统的已知基本配置的示意图。
图2示出了根据本文公开的示例性实施例的级联H桥转换器系统的另一已知基本配置的示意图。
图3示出了根据本公开的示例性实施例的具有延长制动能力的驱动系统的第一实施例的示意图。
图4示出了根据本公开的示例性实施例的具有延长制动能力的驱动系统的第二实施例的示意图。
图5示出了根据本公开的示例性实施例的具有延长制动能力的驱动系统的第三实施例的示意图。
图6示出了根据本公开的示例性实施例的用于控制具有延长制动能力的驱动系统的方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本公开的实施例、原理、和特征，以下参考说明性实施例中的实施方式对它们进行解释。特别地，在变频驱动器的语境中，尤其是在包括多单元功率供应(如模块化多电平转换器系统和级联H桥转换器系统)的中压(MV)变频驱动器的语境中对它们进行描述。然而，本公开的实施例不限于在所述的设备或方法中使用。
如本文所使用的，“中压”是大于约690V并且小于约69kV的电压，并且“低压”是小于约690V的电压。本领域普通技术人员将理解，可以指定其它电压电平为“中压”或“低压”。例如，在一些实施例中，“中压”可以是约3kV到约69kV之间的电压，并且“低压”可以是小于约3KV的电压。
图1和图2各自示出了已知多单元功率供应10的示意图，具体地是级联H桥转换器系统，该级联H桥转换器系统从交流(AC)源接收三相功率并且将功率传送到负载12。负载12包括例如电动机。电动机可以包括任何类型的AC类型电机(例如同步、异步、永磁)并且额定为低压、中压或高压。例如，中压AC电机(诸如用于工业过程控制的那些)可以在4.16kV到13.8kV的范围内操作。可以使用更大或更小的电压。可以连接多于一个的电机。可以使用其它负载代替电机或除电机之外使用其它负载。电机响应于由多电平转换器施加在三相上的电压，例如增加、降低或保持速度或位置。
参考图1，多单元功率供应10包括变压器(transformer)14、功率电路16和控制器18(本文也称为控制系统)。变压器14包括激励9个副边绕组(secondary windings)的原边绕组(primary windings)，并且功率电路16包括多个印刷电路板(PCB)功率单元26(本文简称为功率单元26)，多个功率单元26分别可操作地耦接至变压器14的副边绕组。由于功率供应10包括9个副边绕组，并且功率单元26可操作地耦接至每个副边绕组，所以功率供应10包括9个功率单元26。当然，根据功率供应10的类型和/或耦接至功率供应10的负载12的类型，功率供应10可以包括多于或少于9个功率单元26，和/或多于或少于9个副边绕组。
功率单元26可以额定为较低电压并且被配置为向负载12提供中压输出。功率电路16的每个输出相A、B、C由一组串联的功率单元26提供功率。功率单元26的输出以串联方式耦接在第一相组30、第二相组32和第三相组34中。每个相输出电压是各自的相组30、32和34中功率单元26的输出电压的和。例如，第一相组30包括标签为A1、A2和A3的功率单元26，其中输出相A的相输出电压是功率单元A1、A2和A3的输出电压的和。同样适用于输出相B和功率单元B1、B2、B3，以及输出相C和功率单元C1、C2、C3。从这方面，功率电路16使用较低额定电压的功率单元26将中压输出传送至负载12，该较低额定电压的功率单元26包括额定为较低电压标准的组件。每个功率单元26耦接(例如经由光纤通信链路)至控制器18，该控制器18可以使用电流反馈和电压反馈来控制功率单元26的操作。
如图2所示，多单元功率供应10包括三相AC功率供应20、功率电路16和控制器18。三相AC功率供应20包括两个二极管桥22，该两个二极管桥22每个在AC电压侧连接至功率换流变压器(power converter transformer)24的副边绕组并且以串联方式电连接在直流(DC)电压侧。对于这些相组的并联连接提供正和负DC电压总线。功率电路16包括功率单元28，功率单元28耦接至由功率供应20引出(create)的DC电压总线。例如，功率单元28额定为较低电压并且被配置为向负载12提供中压输出。尽管负载12可以图示在多单元功率供应10内，但是负载12不是多单元功率供应10的部分。相反地，如图1更清晰所示，负载12独立于多单元功率供应10，并且连接至多单元功率供应10。
功率电路16的每个输出相A、B、C由一组串联的功率单元28提供功率，参考输出相A、B、C，功率单元28也标签为A1-A4、B1-B4和C1-C4。在第一相组30、第二相组32和第三相组34中功率单元28以串联方式耦接。参考图1如前所述，每个相输出电压是相组30、32和34中功率单元28的输出电压的和。功率电路16使用较低额定电压的功率单元28将中压输出传送到负载12，该较低额定电压的功率单元28包括额定为较低电压标准的组件。每个功率单元28耦接(例如经由(一个或多个)光纤通信链路)至控制器18，控制器18可以使用电流反馈和电压反馈来控制功率单元28的操作。
应当注意，在图1和图2中，每个相组30、32、34中的功率单元26、28的数量可以是2到12之间，来按照负载12的需求提供不同的中压输出。如前面指出的，在图1的实施例中，变压器14的副边绕组的数量匹配功率单元26的数量。在图2的实施例中，二极管桥和变压器副边绕组的数量可以从1到6变化，来允许在变压器原边侧(primary side)的谐波消除。本领域普通技术人员应当理解的是，根据应用可以使用其它单元数和二极管桥数，并且本质上本文所示和所述的配置旨在示例性。
图3示出了根据本公开的示例性实施例的具有延长制动能力的驱动系统的第一实施例的示意图。驱动系统300包括功率转换器310，例如变频驱动器(VFD)。功率转换器310仅示意性地示出而没有特定细节。如前所述，例如参考图1和图2，通常VFD包括功率变压器312、控制系统314(本文也称为控制器)以及一个或多个冷却组件等。一个或多个冷却组件可以被配置为空气冷却组件、水冷却组件或二者的结合。功率变压器312将输入电压转换为对于功率转换器310的可用电压。功率转换器310使用整流和逆变阶段转换来自功率变压器312的电压，以在输出负载340提供可变频率和可变电压。
在实施例中，如前所述，功率转换器310可以包括多个功率单元。功率转换器310的控制系统314基于命令，经由数据连接(诸如数据总线)调节和控制驱动组件的操作，以在输出负载340提供需要的频率和电压，该命令例如事先存储在控制器314中或从外部控制系统(诸如客户控制系统)接收。此外，控制器314执行驱动保护功能并且向驱动系统300的客户或用户提供驱动状态。
例如，负载340包括电动机。电动机可以包括任何类型的AC类型电机(例如，同步、异步、永磁)，并且可以额定为低压、中压或高压。例如中压AC电机(诸如在工业过程控制中使用的那些)可以在4.16kV到13.8kV的范围中操作。可以使用更大或更小的电压。可以连接多于一个的电机。可以使用其他负载代替电机或者除电机之外使用其他负载。例如，电机响应于由多电平转换器施加在三相上的电压，来增加、降低或保持速度或位置。
在示例中，负载340包括电动潜水泵(ESP)，例如在石油和天然气工业中用于泵油的电动潜水泵。ESP通常浸没在待泵送的流体中并且包括例如具有密封电动机的泵体。
如前所述，在VFD失去输入功率时，由于来自这类应用中存在的液柱的、泵上的反向扭矩，ESP的电动机开始减速。反向扭矩可能非常高，从而迫使泵以超过电机和泵额定速度的速度反向旋转。这种操作是不可取的，因为其对包括电机和泵的机械系统造成严重的压力。此类输入功率损耗可能是由电网的网络问题或其它电路问题引起的。因此，提供了改进的驱动系统300。
根据本公开的示例性实施例，驱动系统300包括被配置为向功率转换器310提供主输入功率的主功率源320，以及配置为向功率转换器310提供辅助输入功率的辅助功率源330。控制系统314包括至少一个处理器315并且被配置为经由计算机可执行指令来检测主功率源320的主输入电压降低于预定义阈值，响应于主输入电压降断开主功率源320，以及响应于主输入电压降启用辅助功率源330来向功率转换器310提供辅助输入功率。
在示例中，功率转换器310被配置为中压变频驱动器，并且主功率源320配置为中压功率源。辅助功率源330配置为低压功率源。如本文使用的，“中压”是大于约690V并且小于约69kV的电压，并且“低压”是小于约690V的电压。本领域普通技术人员将理解，可以指定其它电压电平为“中压”或“低压”。例如，在一些实施例中，“中压”可以是约3kV到约69kV之间的电压，并且“低压”可以是小于约3KV的电压。
主输入功率源320提供输入电压。预定义阈值包括电压阈值，电压阈值包括常规(标称)输入电压的百分比。例如，电压阈值可以包括主输入电压的55％。这意味着，在主输入电压下降到主功率源320的常规(标称)输入电压的55％以下时，控制系统314检测电压降。然而，应当注意，55％的百分比仅是阈值的一个示例。阈值可以是许多其它输入电压百分比或常规输入电压的值，例如70％或45％，这取决于例如特定的需求或环境。
功率转换器310还包括内部变压器312。内部变压器312包括原边绕组316和副边绕组318。辅助功率源330的辅助输入功率供应至内部变压器312，具体地供应至原边绕组316。
驱动系统300还包括上游断路器322，其中控制系统314被配置为响应于主输入电压降，经由上游断路器322断开主功率源320。
驱动系统300还包括布置在辅助功率源330和功率转换器310之间的第一接触器350，其中响应于主输入电压降，辅助功率源330经由第一接触器350连接至功率转换器310。在实施例中，第一接触器350的闭合可以认为是辅助功率源330的启用。例如，在接收控制系统314关于断路器322已经断开并且主功率源320断开的确认后，由控制器314命令第一接触器350闭合。
在另一实施例中，辅助功率源330可以连续地连接至功率转换器310。在这种情况下，第一接触器350可以总是闭合的。在另一示例中，系统300可以不包括辅助功率源330与功率转换器310之间的接触器，并且辅助功率源330可以总是经由电气装置可操作地耦接至功率转换器310。此实施例可以称为“在线辅助功率源”。在这种情况下，由于辅助功率源330总是可操作地连接至功率转换器310，因此使功率转换器310保持通电。一旦主功率源320的输出电压下降到预定义电压阈值以下，辅助功率源330的辅助输入功率就对功率转换器310可用。
在启用(例如闭合第一接触器350)后，辅助功率源330增加其输出电压，该输出电压向功率转换器310，具体地，向内部变压器312(原边绕组316)提供辅助输入电压。例如，控制系统314被配置为命令辅助功率源330在某个时间(例如少于200ms(毫秒))内将其输出电压从0V(零伏)提升到100％电压。应当注意，200ms仅是一个示例并且用于增加电压的其他时间(少于或多于200ms)是可能的。如前所述，辅助功率源330向内部变压器312，具体地，是向原边绕组316提供功率，其中在达到100％电压时，内部变压器312向控制系统314提供反馈。在在线辅助功率源的情况下，内部变压器312的状态反馈将始终存在。
驱动系统300还包括布置在功率转换器310与功率转换器310的输出负载340之间的第二接触器360，其中控制系统314还被配置为在功率转换器310达到其标称输出电压的预定义值时闭合第二接触器360。例如，一旦内部变压器312的原边绕组316达到其标称输入电压的约70％，由控制系统314命令第二接触器360闭合。应当注意，70％的百分比仅是阈值的一个示例，并且阈值可以是许多其它百分比或值(例如原边绕组316的标称输入电压的60％或80％)，这取决于例如特定的需求或环境。在第二接触器360闭合时，将功率转换器310的再生功率转向(divert)至电阻负载组(resistive load bank)362。
参考本文示例，负载340包括电动潜水泵(ESP)并且功率转换器310失去主功率源320的主输入电压，由于来自这类应用中存在的液柱的、泵上的反向扭矩，ESP的电动机开始减速。反向扭矩可能非常高，从而迫使泵以超过电机和泵额定速度的速度反向旋转。只要ESP电机的轴速度(shaft speed)为正，功率转换器310就将保持电机标称通量(V/Hz比率)以及电机转差率(motor slip)为接近0；因此，不存在主动功率进出功率转换器310。在轴速度变为负时，期望ESP电机将增加幅值至低于额定电机和泵速度的值，然后将随着液柱降低来降低幅值。由于功率转换器310的再生功率转向至负载电阻组362，功率转换器310将遵循保持ESP电机磁化的轴频率并且其转差率将为负。
一旦ESP电机频率达到零Hz，功率转换器310将通过控制系统314的至少一个处理器315的操作来停止供应功率，断开ESP(负载340)上游的第二接触器360，禁用(关闭)辅助功率源330(当适用时)和/或断开第一接触器350，通过闭合断路器322连接主输入功率源320，并且功率转换器310将为通电和操作做好准备。
图4示出了根据本公开的示例性实施例的具有延长制动能力的驱动系统400的第二实施例的示意图。如参考图3所述，驱动系统400大体上对应于驱动系统300。除了驱动系统300的组件之外，驱动系统400还包括具有原边绕组412和副边绕组414的绝缘变压器(isolation transformer)410。可选的绝缘变压器410耦接至功率转换器310，具体地耦接至内部变压器312。本领域普通技术人员熟悉绝缘变压器，因此在本文进一步的细节中将不再描述。在实施例中，在辅助功率源330配置为低压功率源时，绝缘变压器410配置为低压绝缘变压器。
图5示出了根据本公开的示例性实施例的具有延长制动能力的驱动系统500的第三实施例的示意图。如前面参考图3和图4所述，驱动系统500包括驱动系统300、400组件。具体地，驱动系统500包括具有控制系统314的功率转换器310(控制系统314包括至少一个处理器315)、经由断路器322与功率转换器310可连接或可断开的主功率源320以及包括例如ESP的电动机的输出负载340。此外，驱动系统500包括第一接触器350、第二接触器360、电阻负载组362以及可选的绝缘变压器410。
驱动系统500还包括辅助功率源330的示例性实施例。辅助功率源330的示例性实施例包括具有一个或多个电池的电池组520。此类电池可以包括例如工业电池、超级电容器等。辅助功率源330还包括用于为电池组520充电的电池充电器510、适配器530(具体地是DC(直流)到DC适配器)以及逆变器540。在辅助功率源330配置为低压功率源时，逆变器540可以配置为低压逆变器。
辅助功率源330的其它实施例可以包括例如一个或多个辅助发电机、一个或多个飞轮或类似的功率源。
图6示出了根据本公开的示例性实施例的用于控制变频驱动系统的方法的流程图600。如参考图3、图4、图5所述，变频驱动系统可以配置为驱动系统300、400或500。所示方法有助于控制功能。尽管将方法600描述为按序列执行的一系列动作，应当理解方法600可以不限于序列的顺序。例如，除非另有声明，否则一些动作可以以不同于本文所述的顺序发生。此外，在一些情况下，一个动作可以与另一个动作同时发生。此外，在一些例子中，可能不需要全部动作来实现本文所述的方法。
方法600可以开始于602，并且可以包括：通过至少一个处理器(315)的操作，检测功率转换器310的主功率源320的电压降低于预定义电压阈值的动作604。方法600还可以包括响应于电压降，将主功率源320从功率转换器310断开的动作606，以及响应于电压降，启用辅助功率源330来向功率转换器310提供辅助输入功率的动作608。
应当理解的是，所述方法600可以包括对应于先前参照驱动系统300、400或500(见图3、图4和图5)所述的特征的额外动作和/或可替换动作。
例如启用的动作608可以包括通过闭合第一接触器350将辅助功率源330可操作地连接至功率转换器310。方法600还可以包括在启用608辅助功率源330之后，增加辅助功率源的输出电压的动作610。输出电压向功率转换器310提供辅助输入功率。
方法600还可以包括以下一个或多个动作：闭合(动作612)布置在功率转换器310的输出负载340的上游的第二接触器360，以及在第二接触器360闭合时转向(动作614)功率转换器310的再生功率至电阻负载组362。例如，在变压器312的原边绕组316达到原边绕组316的标称输入电压的预定义百分比时，第二接触器360闭合。该方法可以结束于616。
方法600还可以包括以下一个或多个动作：在输出负载340的频率基本上对应于零(0)赫兹(Hz)时，例如通过闭合断路器322，断开第二接触器360，断开第一接触器350，连接主功率源320至功率转换器310，以及使功率转换器310通电。在示例中，输出负载340包括具有电动机的电动潜水泵(ESP)，所述频率是电动机的频率。
驱动系统300、400、500及其组件由功率转换器310的控制系统314控制，以便在由于主功率源320的电压损耗而造成的功率转换器310(VFD)自动断开(trips)之前，快速转移至后备的辅助功率源330。这类电压损耗可能是由电网的网络问题或其它电路问题引起的。紧接着，将电阻负载组362(负载电阻)连接至功率转换器310(VFD)的输出，以便将回到井中流体的动能转向至负载电阻362。功率转换器310保持ESP的电动机(负载340)磁化，并且向负载或负载电阻362提供几乎为0的功率。在实施例中，后备的辅助功率源330可以为功率转换器310(VFD)保持通电达三十(30)分钟并且将仅供应其功率损耗。当然，取决于功率来源，辅助功率源300可以能够为功率转换器310保持通电超过30分钟，例如达六十(60)分钟。所述系统300、400、500和方法600防止了在断电期间由于实际发生的液压柱排出导致的不期望的高速倒旋而造成的井下泵损坏。
在另一个示例性实施例中，驱动系统的类似解决方案可以采用4Q(四象限或再生)中压VFD实施。区别是在驱动(功率转换器310)的输入处连接制动负载电阻(电阻负载组362)以代替在驱动器输出处连接电阻。采用这种解决方案，可以忽略(低压)辅助功率源。但是，对于2Q(两象限)驱动系统，4Q解决方案比建议的解决方案更昂贵。
应当理解的是，与上述方法、特征和功能相关联的动作(除任何所述手动动作之外)可以由一个或多个数据处理系统执行，例如控制系统314经由至少一个处理器315的操作来执行。如本文所使用的，处理器对应于配置为经由硬件电路、软件和/或固件处理数据的任何电子设备。例如，本文所述的处理器可以对应于微处理器、CPU、可编程逻辑控制器(PLC)或任何集成电路(IC)或可以在数据处理系统中处理数据的其他类型的电路的一个或多个(或结合)。如前所述，被描述或要求保护为配置用于执行特定描述/要求保护的处理或功能的处理器315可以对应于CPU，该CPU执行以软件和/或固件形式存储在存储器上的计算机/处理器可执行指令，来执行这类描述/要求保护的处理或功能。然而，应当理解，这类处理器可以对应于与处理电路(例如，FPGA或ASIC IC)硬连线以执行这类描述/要求保护的处理或功能的IC。
此外，还应理解，被描述或要求保护为被配置用于执行特定描述/要求保护的处理或功能的处理器可以对应于处理器315与装载/安装在存储器(易失和/或非易失)中的可执行指令(例如，软件/固件应用程序(app))的结合，所述指令当前正在由处理器执行和/或可由处理器执行来使得处理器315执行描述/要求保护的处理或功能。因此，被断电的或正在执行其他软件、但具有安装在与其操作连接(以由处理器(当由用户、硬件和/或其他软件启动时)执行的设置方式)的数据存储器上(例如在硬盘驱动器或SSD上)的所述软件的处理器也可以对应于所描述/要求保护的处理器，其被配置为执行本文所描述/要求保护的特定处理和功能。
此外，应当理解，关于“处理器”可以包括配置为执行本文所述功能的多个物理处理器或核心。此外，应当理解，数据处理系统也可以称作控制器，该控制器是可操作的，以控制至少一个操作。
同样重要的是要注意，虽然本发明包括在全功能系统和/或一系列动作的上下文中的描述，但本领域技术人员将理解，本发明和/或所述动作的机制的至少部分能够以包含在数据存储器中的计算机/处理器可执行指令(例如，软件和/或固件指令)的形式分布，数据存储器对应于任何各种形式的非暂时性机器可用介质、计算机可用介质或计算机可读介质。计算机/处理器可执行指令可以包括例程、子例程、程序、应用程序、模块、库等。此外，应该理解，计算机/处理器可执行指令可以对应于以下和/或可以从以下生成：源代码、字节代码、运行时代码、机器代码、汇编语言、Java、JavaScript、Python、Julia、C、C#、、C++或可以被编程/配置的任何其他形式的代码，以使至少一个处理器执行本文描述的动作和特征。此外，所描述/要求保护的处理或功能的结果可以存储在计算机可读介质中、显示在显示设备上等。

Claims (20)

1.一种变频驱动系统(300)，包括：
功率转换器(310)，包括向一个或多个输出相(A、B、C)提供功率的多个功率单元，
主功率源(320)，被配置为向所述功率转换器(310)提供主输入功率，
辅助功率源(330)，被配置为向所述功率转换器(310)提供辅助输入功率，以及
控制系统(314)，与所述功率转换器(310)通信并且控制所述多个功率单元的操作，
其中所述控制系统(314)包括至少一个处理器(315)，并且所述至少一个处理器(315)被配置为经由计算机可执行指令
检测所述主功率源(320)的主输入电压降低于预定义功率阈值，
响应于所述主输入电压降，断开所述主功率源(320)，以及
响应于所述主输入电压降，启用所述辅助功率源(330)来向所述功率转换器(310)提供辅助输入功率。
2.如权利要求1所述的变频驱动系统(300)，其中所述主输入功率包括输入电压，并且所述预定义功率阈值包括输入电压阈值，所述输入电压阈值包括所述输入电压的百分比。
3.如权利要求1或2所述的变频驱动系统(300)，还包括上游断路器(322)，其中所述控制系统(314)被配置为响应于所述主输入电压降，经由所述上游断路器(322)断开所述主功率源(320)。
4.如权利要求1或2或3所述的变频驱动系统(300)，其中所述功率转换器(310)包括变压器(312)，所述辅助输入功率被提供给所述变压器(312)。
5.如权利要求1-4所述的变频驱动系统(300)，其中所述辅助功率源(330)在被启用后增加输出电压，所述输出电压向所述功率转换器(310)提供辅助输入电压。
6.如权利要求1-5所述的变频驱动系统(300)，还包括第一接触器(350)，所述第一接触器(350)布置在所述辅助功率源(330)和所述功率转换器(310)之间，其中，响应于所述主输入电压降，所述辅助功率源(330)经由所述第一接触器(350)连接至所述功率转换器(310)。
7.如权利要求1-5所述的变频驱动系统(300)，其中所述辅助功率源(330)连续地连接至所述功率转换器(310)。
8.如权利要求1-7所述的变频驱动系统(300)，还包括第二接触器(360)，所述第二接触器(360)布置在所述功率转换器(310)和所述功率转换器(310)的输出负载(340)之间，其中所述控制系统(314)还被配置为在所述功率转换器(310)达到其标称输入电压的预定义值时，闭合所述第二接触器(360)。
9.如权利要求8所述的变频驱动系统(300)，其中在所述第二接触器(360)闭合时，将再生功率转向至电阻负载组(362)。
10.如权利要求1-9所述的变频驱动系统(300)，其中所述辅助功率源(330)被配置为低压功率源。
11.如权利要求1-10所述的变频驱动系统(300)，其中所述输出负载包括具有集成电动机的电动潜水泵。
12.一种用于控制变频驱动系统(300、400、500)的方法(600)，包括通过操作至少一个处理器(315)：
检测(604)功率转换器(310)的主功率源(320)的电压降低于预定义电压阈值，
响应于所述电压降，将所述主功率源(320)从所述功率转换器(310)断开(606)，以及
响应于所述电压降，启用(608)辅助功率源(330)来向所述功率转换器(310)供应辅助输入功率。
13.如权利要求12所述的用于控制变频驱动系统(300、400、500)的方法(600)，其中启用(608)包括：通过闭合第一接触器(350)将所述辅助功率源(330)可操作地连接至所述功率转换器(310)。
14.如权利要求12或13所述的用于控制变频驱动系统(300、400、500)的方法(600)，还包括：
在启用(608)所述辅助功率源(330)后，增加所述辅助功率源(330)的输出电压，所述输出电压向所述功率转换器(310)提供所述辅助输入功率。
15.如权利要求12-14所述的用于控制变频驱动系统(300、400、500) 的方法(600)，还包括：
向所述功率转换器(310)的变压器(312)供应所述辅助输入功率。
16.如权利要求12-15所述的用于控制变频驱动系统(300、400、500)的方法(600)，还包括：
闭合布置在所述功率转换器(310)的输出负载(340)的上游的第二接触器(360)，以及
在所述第二接触器(360)闭合时，将所述功率转换器(310)的再生功率转向至电阻负载组(362)。
17.如权利要求16所述的用于控制变频驱动系统(300、400、500)的方法(600)，其中在所述变压器(312)的原边绕组(316)达到所述原边绕组(316)的标称输入电压的预定义百分比时，所述第二接触器(360)闭合。
18.如权利要求16或17所述的用于控制变频驱动系统(300、400、500)的方法(600)，还包括：
在所述输出负载(340)的频率基本上对应于零(0)赫兹(Hz)时：
断开所述第二接触器(360)，
断开所述第一接触器(350)，
连接所述主功率源(320)至所述功率转换器(310)，以及
使所述功率转换器(310)通电。
19.如权利要求18所述的用于控制变频驱动系统(300、400、500)的方法(600)，其中所述输出负载(340)包括具有电动机的电动潜水泵，所述频率是所述电动机的频率。
20.一种非暂时性计算机可读介质，其采用处理器可执行的指令进行编码，在所述指令由至少一个处理器(315)执行时，使得所述至少一个处理器(315)执行如权利要求12-19所述的用于控制变频驱动系统(300、400、500)的方法。
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0215371D0 (en) * 2002-07-03 2002-08-14 Mundy Guy R Bi-directional DC-DC converter
CN2515869Y (zh) * 2001-12-12 2002-10-09 洛阳源创电气有限公司 提升机智能化调频调速拖动装置
US20060274560A1 (en) * 2005-05-19 2006-12-07 Mukul Rastogi Variable-Frequency Drive with Regeneration Capability
US20080087479A1 (en) * 2006-10-11 2008-04-17 Hyundai Motor Company Power system of hybrid fuel cell bus and control method thereof
CN101180785A (zh) * 2005-05-27 2008-05-14 西门子能量及自动化公司 使用过调制的逆变器操作
US20100213921A1 (en) * 2009-02-26 2010-08-26 Mehdi Abolhassani Pre-Charging An Inverter Using An Auxiliary Winding
US20130063070A1 (en) * 2011-09-13 2013-03-14 Delta Electronics (Shanghai) Co., Ltd. Medium voltage variable frequency driving system
US20130151156A1 (en) * 2011-12-13 2013-06-13 Saudi Arabian Oil Company Electrical Submersible Pump Monitoring and Failure Prediction
CN104811050A (zh) * 2015-04-13 2015-07-29 广东明阳龙源电力电子有限公司 一种功率单元集中充电的高压变频器
US20170159656A1 (en) * 2014-01-29 2017-06-08 Moteurs Leroy-Somer Installation for pumping hydrocarbons, module and method
CN107947645A (zh) * 2017-11-29 2018-04-20 苏州汇川技术有限公司 高压变频器快速制动系统及控制方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5625545A (en) 1994-03-01 1997-04-29 Halmar Robicon Group Medium voltage PWM drive and method
US7015599B2 (en) * 2003-06-27 2006-03-21 Briggs & Stratton Power Products Group, Llc Backup power management system and method of operating the same
CA2619724C (en) * 2005-08-18 2012-10-30 Siemens Energy & Automation, Inc. System and method for limiting ac inrush current
US8279640B2 (en) * 2008-09-24 2012-10-02 Teco-Westinghouse Motor Company Modular multi-pulse transformer rectifier for use in symmetric multi-level power converter
US8093858B1 (en) 2011-03-01 2012-01-10 International Controls And Measurements Corp. AC line voltage conditioner and controller

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2515869Y (zh) * 2001-12-12 2002-10-09 洛阳源创电气有限公司 提升机智能化调频调速拖动装置
GB0215371D0 (en) * 2002-07-03 2002-08-14 Mundy Guy R Bi-directional DC-DC converter
US20060274560A1 (en) * 2005-05-19 2006-12-07 Mukul Rastogi Variable-Frequency Drive with Regeneration Capability
CN101180785A (zh) * 2005-05-27 2008-05-14 西门子能量及自动化公司 使用过调制的逆变器操作
US20080087479A1 (en) * 2006-10-11 2008-04-17 Hyundai Motor Company Power system of hybrid fuel cell bus and control method thereof
US20100213921A1 (en) * 2009-02-26 2010-08-26 Mehdi Abolhassani Pre-Charging An Inverter Using An Auxiliary Winding
US20130063070A1 (en) * 2011-09-13 2013-03-14 Delta Electronics (Shanghai) Co., Ltd. Medium voltage variable frequency driving system
US20130151156A1 (en) * 2011-12-13 2013-06-13 Saudi Arabian Oil Company Electrical Submersible Pump Monitoring and Failure Prediction
US20170159656A1 (en) * 2014-01-29 2017-06-08 Moteurs Leroy-Somer Installation for pumping hydrocarbons, module and method
CN104811050A (zh) * 2015-04-13 2015-07-29 广东明阳龙源电力电子有限公司 一种功率单元集中充电的高压变频器
CN107947645A (zh) * 2017-11-29 2018-04-20 苏州汇川技术有限公司 高压变频器快速制动系统及控制方法

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