CN114362244B - 一种变频驱动系统低电压穿越控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频驱动系统低电压穿越控制方法，涉及低电压穿越控制技术领域，解决了现有方案进行实时分析，通过控制电路和分析结果实现低电压穿越，在穿越过程中无法有效保证电网电压，导致低电压穿越的可靠性不足，无法对电网失电进行预判的技术问题；本发明在功率电源母线电压的判定上设置了实时分析和预警分析；实时分析和预警分析从时序上相互辅助，从精度上互相弥补，实现了对母线电压异常的精准预判；本发明实时标签为1时，变频驱动系统判断变频器输入电压失电，变频驱动系统自动切换至低电压穿越模式，采用动能缓冲模式，控制电机处于发电状态，从而维持变频器母线电压。

Description

一种变频驱动系统低电压穿越控制方法

技术领域

本发明属于低电压穿越控制技术领域，具体是一种变频驱动系统低电压穿越控制方法。

背景技术

低电压穿越是指当电网故障或扰动引起单元母线的电压跌落时，在一定电压跌落的范围内，变频器能够不间断并网运行。高压变频器日益广泛地被应用到风机、水泵、压缩机等大功率机械设备的驱动系统中，一旦电网故障就会导致驱动系统故障停车，这是一个亟待解决的问题。

公开号为CN103023064B的发明专利公开了一种高压变频低电压穿越方法，包括单向导通电路和电容储能电路，所述单向导通电路由两个二极管组成，电容储能电路由三组电容器组成，直流母线上的电压通过单向导通电路给电容储能电路充电，电容储能电路给控制部分供电，单向导通电路在电网电压短时间故障，引起电压跌落时，使电容储能电路不向直流母线放电，保持控制电路部分正常工作，驱动IGBT导通，如果电流冲击过大时，控制部分调整IGBT导通的占空比，使电路恢复正常工作。

上述方案所保护的主题一种能够实现高压低频低电压穿越的电路，该方案具有功耗低、成本小等优点；但是，上述方案在电网电压下降时，依然保持原有的驱动方案，直至电网电压恢复，这种方案的可靠性不足，且只能根据监测数据进行实时分析，无法对变频器所处的环境进行综合分析；因此，亟需一种可靠性高、实时分析与预警分析相结合的低电压穿越控制方法。

发明内容

本发明提供了一种变频驱动系统低电压穿越控制方法，用于解决现有方案进行实时分析，通过控制电路和分析结果实现低电压穿越，在穿越过程中无法有效保证电网电压，导致低电压穿越的可靠性不足，无法对电网失电进行预判的技术问题，本发明通过实时分析和预警分析相结合解决了上述问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种变频驱动系统低电压穿越控制方法，包括：

通过采集传感器实时采集监测数据；所述监测数据包括电压、电流和谐波；

提取监测数据中的功率单元母线电压，根据单元母线电压获取实时标签；根据实时标签控制变频驱动系统切换至低电压穿越模式；其中，低电压穿越模式控制电机处于发电状态，维持功率单元母线电压；

根据监测数据进行预警分析获取预警标签，根据预警标签进行人员调度和实现低电压穿越模式的预启动。

优选的，所述实时标签的获取包括：

提取功率单元母线电压，当功率单元母线电压小于电压最小限值时，判定变频驱动系统需切换至低电压穿越模式，则将实时标签设置为1；当功率单元母线电压大于等于电压最小限值时，则将实时标签设置为0；其中，电压最小限值通过人为设置，或者通过大数据模拟获取设置。

优选的，所述预警分析通过预警分析方法获取预警标签；其中，预警分析方法包括曲线拟合分析法和模型预测分析法。

优选的，通过所述曲线拟合分析法获取预警标签包括：

提取监测数据中的功率单元母线电压；

以采集时间为自变量，以功率单元母线电压为因变量，通过多项式拟合法获取拟合曲线并标记为电压预警曲线；其中，所述电压预警曲线的决定系数大于等于0.97；

获取电压预警曲线的一阶导数值；

当连续N个一阶导数值的绝对值均大于导数阈值时，则判定功率单元母线电压异常，将预警标签设置为1；否则，将预警标签设置为0；其中，N为大于2的整数；其中，导数阈值为大于0的实数。

优选的，通过所述模型预测分析法获取预警标签包括：

获取周边数据；所述周边数据包括变频器周边大功率设备的启动状态数据、故障状态数据和负载冲击数据；

将周边数据和监测数据联合生成输入序列；

将输入序列输入至预警评估模型获取对应的预警标签。

优选的，所述预警评估模型的获取包括：

获取标准训练数据；所述标准训练数据包括功率单元母线失压前M分钟对应的输入序列，以及功率单元母线电压正常时前M分钟对应的输入序列；其中，M为大于0的常数；

为标准训练数据中的输入序列设置预警标签；

构建人工智能模型；所述人工智能模型包括误差逆向传播神经网络、RBF神经网络和深度卷积神经网络中的一种或者多种；

通过标准训练数据对人工智能模型的训练、测试和校验，将完成训练的人工智能模型标记为预警评估模型。

优选的，当标准训练数据中输入序列获取后M分钟功率单元母线电压异常，则将预警标签设置为1；否则，将预警标签设置为0。

优选的，对监测区域中的实时标签和预警标签进行可视化展示，并根据实时标签和预警标签完成人员调度。

优选的，所述预警分析在实时分析之后进行，或者按照设定周期进行。

优选的，所述采集传感器包括电压传感器、电流传感器和谐波检测仪。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明在功率电源母线电压的判定上设置了实时分析和预警分析；实时分析中，提取功率单元母线电压，当功率单元母线电压小于电压最小限值时，判定变频驱动系统需切换至低电压穿越模式，则将实时标签设置为1；当功率单元母线电压大于等于电压最小限值时，则将实时标签设置为0；预警分析中，监测数据结合周边数据获取预警标签；实时分析和预警分析从时序上相互辅助，从精度上互相弥补，实现了对母线电压异常的精准预判。

2、本发明实时标签为1时，变频驱动系统判断变频器输入电压失电，变频驱动系统自动切换至低电压穿越模式，自动限制变频器输出转矩，并控制电机处于发电状态，维持功率单元母线电压，从而确保变频器处于运行状态；当电网恢复，功率单元母线电压恢复至设置值后，变频驱动系统退出低电压穿越模式，实现电机正常的变频调速控制，从而实现低电压穿越功能；采用动能缓冲模式，控制电机处于发电状态，从而维持变频器母线电压。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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一些实施例，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为本发明的步骤示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

这里使用的术语用于描述实施例，并不意图限制和/或限制本公开；应该注意的是，除非上下文另有明确指示，否则单数形式的“一”、“一个”和“该”也包括复数形式；而且，尽管属于“第一”、“第二”等可以在本文中用于描述各种元件，但是元件不受这些术语的限制，这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。

请参阅图1，本申请提供了一种变频驱动系统低电压穿越控制方法，包括：

通过采集传感器实时采集监测数据；

提取监测数据中的功率单元母线电压，根据单元母线电压获取实时标签；根据实时标签控制变频驱动系统切换至低电压穿越模式；

根据监测数据进行预警分析获取预警标签；根据预警标签进行人员调度。

考虑到本申请提出的低电压控制方法不仅分析了功率单元母线电压，还考虑到了会对功率单元母线电压的周边大功率设备，因此还需要获取周边大功率设备的启动状态数据、故障状态数据和负载冲击数据，以便能够更加全面的分析和预警母线失压。其中，启动状态数据用于表示大功率设备是否启动，故障状态数据用于表示大功率设备是否故障。

本申请一种变频驱动系统低电压穿越控制方法，重点在于判断功率单元母线电压是否正常，即母线是否失压。

1)通过实时分析获取实时标签

提取功率单元母线电压，当功率单元母线电压小于电压最小限值时，判定变频驱动系统需切换至低电压穿越模式，则将实时标签设置为1；当功率单元母线电压大于等于电压最小限值时，则将实时标签设置为0。

当实时标签为1时，则变频驱动系统自动切换成低电压穿越模式，自动限制变频器输出转矩，并控制电机处于发电状态，维持功率单元母线的电压。

本实施例中的电压最小限值根据工人的经验或者元器件的额定数值进行设置，在另外一些优选的实施例中，电压最小限值还可以根据负载大小，通过大数据模拟获取。

2)通过曲线拟合分析法获取预警标签

提取监测数据中的功率单元母线电压；

以采集时间为自变量，以功率单元母线电压为因变量，通过多项式拟合法获取拟合曲线并标记为电压预警曲线；

获取电压预警曲线的一阶导数值；

当连续N个一阶导数值的绝对值均大于导数阈值时，则判定功率单元母线电压异常，将预警标签设置为1；否则，将预警标签设置为0。

曲线拟合分析法本质是对功率单元母线电压的变化情况进行分析，当变化情况异常时，则判定功率单元母线电压会发生失压，则将预警标签设置为1。本实施例判定变化情况异常的判定，通过一阶导数值与导数阈值的比较实现，当连续多个一阶导数值的绝对值大于导数阈值时，可以理解为母线电压处于持续上涨、持续下降或者剧烈波动的状态，可以理解为功率单元母线电压即将出现异常，达到提前预警的效果。

3)通过模型预测分析法获取预警标签

获取周边数据；本实施例中的周边数据包括变频器周边大功率设备的启动状态数据、故障状态数据和负载冲击数据；

将周边数据和监测数据联合生成输入序列；

将输入序列输入至预警评估模型获取对应的预警标签。

值得注意的是，本实施例中的预警评估模型的获取包括：

获取标准训练数据，为标准训练数据中的输入序列设置预警标签；

构建人工智能模型，通过标准训练数据对人工智能模型的训练、测试和校验，将完成训练的人工智能模型标记为预警评估模型。

本实施例中的标准训练数据既包括功率单元母线失压前M分钟对应的输入序列(周边数据和监测数据整合而成)，又包括功率单元母线电压正常时前M分钟对应的输入序列，这种数据设计方式能够提高预警评估模型的预测精度和鲁棒性。

重要的是，本实施例中标准训练数据是前M分钟对应的输入序列，比如前2分钟，前5分钟，或者包含前2分钟和前5分钟的输入序列，这种设计可以随时调节，灵活应对不同场景和需求，增大了应用范围。

本申请其中一个值得关注的点时，预警分析既可以在实时分析之后，也可以按照设定周期进行；设定周期可以是一刻钟、一小时、一分钟等。

当功率单元母线电压大于等于电压最小限值时，则将实时标签设置为0；当实时标签为0时，则启动预警分析模式，通过曲线拟合分析法或者模型预测分析法获取预警标签；或者

无论实时标签是0还是1，预警分子都按照设定周期运行，获取预警标签。这种设置方式既能够保证预警效率，又能够提高预警精度。

本申请另外一个值得关注的点是可以对多个变频驱动系统进行集中监控。

对监测区域中的实时标签和预警标签进行可视化展示，并根据实时标签和预警标签完成人员调度。本实施例中的监测区域可以是厂区所属的区域，也可以是按照行政区域划分的区域，可按照实际需求来划分。

实时获取监测区域中变频驱动系统的实时标签和预警标签，在矢量地图上进行标注，标注的内容包括变频驱动系统的编号、位置以及对应实时标签和预警标签的值。

可以根据矢量地图中的标注提前派遣工作人员，还可以通过矢量地图为工作人员提供路线导航，以及工作人员可以根据矢量地图获取具体变频驱动系统的具体状态。

当预警标签为1时，则对低电压穿越模式进行预启动，能够保证无缝衔接。

本发明的工作原理：

通过采集传感器实时采集监测数据，提取监测数据中的功率单元母线电压，根据单元母线电压获取实时标签，根据实时标签控制变频驱动系统切换至低电压穿越模式；自动限制变频器输出转矩，并控制电机处于发电状态，维持功率单元母线电压，从而确保变频器处于运行状态。当电网恢复，功率单元母线电压恢复至设置值后，变频驱动系统退出低电压穿越模式，实现电机正常的变频调速控制，从而实现低电压穿越功能。

根据监测数据进行预警分析获取预警标签；根据预警标签进行人员调度，还可以根据预警标签实现低电压穿越模式的预启动。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种变频驱动系统低电压穿越控制方法，其特征在于，通过采集传感器实时采集监测数据；所述监测数据包括电压、电流和谐波；

提取监测数据中的功率单元母线电压，根据单元母线电压获取实时标签；根据实时标签控制变频驱动系统切换至低电压穿越模式；其中，低电压穿越模式控制电机处于发电状态，维持功率单元母线电压；

根据监测数据进行预警分析获取预警标签，根据预警标签进行人员调度和实现低电压穿越模式的预启动；

所述实时标签的获取包括：

提取功率单元母线电压，当功率单元母线电压小于电压最小限值时，判定变频驱动系统需切换至低电压穿越模式，则将实时标签设置为1；当功率单元母线电压大于等于电压最小限值时，则将实时标签设置为0；其中，电压最小限值通过人为设置，或者通过大数据模拟获取设置；

所述预警分析通过预警分析方法获取预警标签；其中，预警分析方法包括曲线拟合分析法和模型预测分析法；

通过所述曲线拟合分析法获取预警标签包括：

提取监测数据中的功率单元母线电压；

以采集时间为自变量，以功率单元母线电压为因变量，通过多项式拟合法获取拟合曲线并标记为电压预警曲线；其中，所述电压预警曲线的决定系数大于等于0.97；

获取电压预警曲线的一阶导数值；

当连续N个一阶导数值的绝对值均大于导数阈值时，则判定功率单元母线电压异常，将预警标签设置为1；否则，将预警标签设置为0；其中，N为大于2的整数；其中，导数阈值为大于0的实数。

2.根据权利要求1所述的一种变频驱动系统低电压穿越控制方法，其特征在于，通过所述模型预测分析法获取预警标签包括：

获取周边数据；所述周边数据包括变频器周边大功率设备的启动状态数据、故障状态数据和负载冲击数据；

将周边数据和监测数据联合生成输入序列；

将输入序列输入至预警评估模型获取对应的预警标签。

3.根据权利要求2所述的一种变频驱动系统低电压穿越控制方法，其特征在于，所述预警评估模型的获取包括：

获取标准训练数据；所述标准训练数据包括功率单元母线失压前M分钟对应的输入序列，以及功率单元母线电压正常时前M分钟对应的输入序列；其中，M为大于0的常数；

为标准训练数据中的输入序列设置预警标签；

构建人工智能模型；所述人工智能模型包括误差逆向传播神经网络、RBF神经网络和深度卷积神经网络中的一种或者多种；

通过标准训练数据对人工智能模型的训练、测试和校验，将完成训练的人工智能模型标记为预警评估模型。

4.根据权利要求1所述的一种变频驱动系统低电压穿越控制方法，其特征在于，对监测区域中的实时标签和预警标签进行可视化展示，并根据实时标签和预警标签完成人员调度。

5.根据权利要求1所述的一种变频驱动系统低电压穿越控制方法，其特征在于，所述预警分析在实时分析之后进行，或者按照设定周期进行。

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