CN114362594A - 一种大功率变频驱动系统紧急制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率变频驱动系统紧急制动方法，涉及驱动电机制动控制技术领域，解决了现有技术成本高、结构复杂，且无法实现大功率电机快速制动的技术问题；本发明设置了侧位制动电阻，制动电阻与大功率电机并联设置，且制动电阻通过星形连接方式进行连接；侧位制动电阻的设计实现了对大功率电机的快速制动控制，而且结构简单，成本低；本发明设置了控制系统，通过控制系统获取监测数据，对监测数据进行分析生成制动需求；根据制动标签控制高压真空断路器；其中，在制动需求获取的过程中，运用了图像识别技术、人工智能模型和曲线分析技术，保证制动需求获取以及对大功率电机的调整精度。

Description

一种大功率变频驱动系统紧急制动方法

技术领域

本发明属于驱动电机制动控制技术领域，具体是一种大功率变频驱动系统紧急制动方法。

背景技术

大功率电机的紧急制动技术用于实现大功率电机的快速停车，确保电机组在紧急情况下的安全停车，是一项非常关键的技术。

现有方案中大功率电机的制动技术主要包括回馈制动和直流母线制动单组制动。回馈制动和直流母线配置制动电阻制动这两种方案都有局限性。回馈制动要求变频器具有四象限回馈功能，并且要求电网能够承受电能回馈，因此回馈制动的成本高、结构复杂，且回馈的电能会影响电网电能的质量；直流母线配置制动电阻制动一般适用于690V、3.3kV、4.16kV的电机，适用范围有限，不适用于大功率电机。

因此，亟需一种制动性能高、结构简单，且适用于大功率电机的紧急制动方案。

发明内容

本发明提供了一种大功率变频驱动系统紧急制动方法，用于解决现有技术成本高、结构复杂，且无法实现大功率电机快速制动的技术问题，本发明通过设置侧位制动电阻和控制系统解决了上述问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种大功率变频驱动系统紧急制动方法，包括大功率电机、制动电阻和用于大功率电机紧急制动的控制系统；

通过所述控制系统获取监测数据，对监测数据进行分析生成制动需求；所述制动需求包括制动标签、制动时间和降速需求；

根据制动标签控制高压真空断路器；当高压真空断路器处于合闸状态时，将变频器切换至制动模式；所述高压真空断路器设置在制动电阻和大功率电机之间；

在制动模式下，实时检测大功率电机的运行数据，并根据制动时间对大功率电机进行调整，通过制动电阻实现对大功率电机的制动降速控制；所述制动电阻与大功率电机并联设置；所述运行数据包括实时电压、实时电流和实时频率。

优选的，提取所述监测数据中的实时图像，分析所述实时图像获取制动需求，包括：

对实时图像进行实时的图像预处理获取目标图像；所述实时图像是通过高清摄像头实时采集的目标设备移动方向的图像，所述目标设备通过大功率电机驱动；所述图像预处理包括图像分割、图像去噪和灰度变换；

通过图像识别技术识别目标图像中的障碍物，当目标图像中存在障碍物时，将制动标签设置为1；当目标图像中不存在障碍物时，则将制动标签设置为0；

当制动标签为1时，获取制动时间和降速需求，将制动标签、制动时间和降速需求整合生成制动需求。

优选的，所述制动时间通过实时定位系统获取，包括：

通过实时定位系统获取目标设备的实时位置和障碍物位置；

根据实时位置、障碍物位置和目标设备速度确定制动时间。

优选的，所述监测数据和所述运行数据通过采集传感器获取；所述采集传感器与控制系统通信和/或电气连接，所述采集传感器包括高清摄像头、电压传感器、温度传感器和智能终端；所述智能终端包括智能手机、平板电脑和笔记本电脑。

优选的，通过所述智能终端获取制动标签，包括：

工作人员通过智能终端设置制动标签、制动时间和降速需求；所述制动标签的取值为0或者1；

将制动标签、制动时间和降速需求整合生成制动需求，并将制动需求发送至控制系统。

优选的，当所述制动标签为0时，高压真空断路器处于分闸状态；当所述制动标签为1时，通过控制系统控制高压真空断路器合闸，变频器切换至制动模式。

优选的，通过所述运行数据和所述制动时间实时对大功率电机进行调整，包括：

提取运行数据中的实时电压、实时电流和实时频率，结合降速需求和制动时间调整大功率电机的输出电压和输出频率，完成对大功率电机的制动控制。

优选的，所述控制系统将大功率电机的制动控制过程进行可视化展示，包括：

实时获取大功率电机制动降速过程中的运行数据和输出数据；所述输出数据包括大功率电机的输出电压和输出频率；

根据运行数据和输出数据获取调整标签，将运行数据、输出数据和调整标签可视化呈现在智能终端上。

优选的，所述调整标签通过曲线分析技术获取，或者通过人工智能模型获取。

优选的，通过所述曲线分析技术获取调整标签包括：

建立运行数据和输出数据的拟合曲线标记目标曲线，将目标曲线与标准曲线走势一致时，则将调整标签设置为0；否则，将调整标签设置为1。

优选的，通过所述人工智能模型获取调整标签包括：

获取标准训练数据；所述标准训练数据包括对大功率电机降速模拟正常时的运行数据以及对应的输出数据；

通过标准训练数据训练对人工智能模型进行测试、训练和校验；其中，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；

将实时采集的运行数据输入至训练完成的人工智能模型获取输出结果；

当输出结果与实时采集的输出数据一致时，则将调整标签设置为0；否则，将调整标签设置为1。

优选的，当所述高压真空断路器处于分闸状态下时，大功率电机正常调速运行。

优选的，所述制动电阻通过星形连接方式进行连接。

优选的，所述制动电阻按照所述大功率电机的额定数据选型；所述额定数据包括额定电压和额定功率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明设置了侧位制动电阻，制动电阻与大功率电机并联设置，且制动电阻通过星形连接方式进行连接；制动模式下，制动电阻和大功率电机之间的高压真空断路器合闸，实现对大功率电机的制动降速控制；侧位制动电阻的设计实现了对大功率电机的快速制动控制，而且结构简单，成本低。

2、本发明设置了控制系统，通过控制系统获取监测数据，对监测数据进行分析生成制动需求；根据制动标签控制高压真空断路器；其中，在制动需求获取的过程中，运用了图像识别技术、人工智能模型和曲线分析技术，保证制动需求获取以及对大功率电机的调整精度。

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；

图2为本发明制动电阻和大功率电机的连接示意图。

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-图2，本申请提供了一种大功率变频驱动系统紧急制动方法，包括大功率电机、制动电阻和用于大功率电机紧急制动的控制系统。图2中AH1和AH2均为AH型高压真空断路器。

本实施例的控制系统用于采集数据、分析数据、执行控制。

通过控制系统和采集传感器采集监测数据和运行数据。本实施例的采集传感器包括高清摄像头、电压传感器、温度传感器、电流传感器和智能终端。

通过分析监测数据生成制动需求，本实施例中的制动需求包括大功率电机制动时，需要的制动标签、制动时间和降速需求。

本实施例提供了两种获取制动需求的方式：1)通过实时图像获取制动需求，2)通过智能终端获取制动需求。

1)通过实时图像获取制动需求

对实时图像进行实时的图像预处理获取目标图像；本实施例的图像预处理包括图像分割、图像去噪、图像增强和灰度变换；实时图像是通过高清摄像头实时采集的目标设备移动方向的图像，所述目标设备通过大功率电机驱动。其中，目标设备包括动车、火车等，目标设备的移动方向包括前进方向和倒退方向。

通过图像识别技术识别目标图像中的障碍物，当目标图像中存在障碍物时，将制动标签设置为1；当目标图像中不存在障碍物时，则将制动标签设置为0；本实施例中的障碍物是指会对目标设备移动产生直接阻碍的物体，如动车轨道上的车辆、石块等，在另外一些优选的实施例中，障碍物还可以包括对目标设备移动产生间接阻碍的物体，如移动方向上的鸟类、轨道上的蛇类，当识别出产生间接阻碍的物体时，在一些实施例中，可将制动标签设置成0.5。

当制动标签为1时，获取制动时间和降速需求，将制动标签、制动时间和降速需求整合生成制动需求。考虑到本实施例的目标设备是动车、火车这一类需要高安全性保障的设备，降速需求可设置为0，即制动模式下，大功率电机的转速将为0。

本实施例制动时间可通过实时定位系统获取，包括：

通过实时定位系统获取目标设备的实时位置和障碍物位置；本实施例中的实时定位系统包括GPS定位系统、GNSS定位系统和激光雷达定位系统；

根据实时位置、障碍物位置和目标设备速度确定制动时间；具体为：根据实时位置和障碍物位置获取制动距离，然后结合目标设备的时速、降速要求确定制动时间，需要注意的是，制动时间的计算是在目标设备正常运行的基础上进行的。

2)通过智能终端获取制动需求

工作人员通过智能终端设置制动标签、制动时间和降速需求，将制动标签、制动时间和降速需求整合生成制动需求，并将制动需求发送至控制系统。工作人员设置的降速需求可以是阶梯式，也可以直接设置为0。其中阶梯式的降速需求更适用于研究。

当制动标签为0时，高压真空断路器处于分闸状态，功率电机正常调速运行；当制动标签为1时，通过控制系统控制高压真空断路器合闸，变频器切换至制动模式。

在制动模式下，实时检测大功率电机的运行数据，并根据制动时间对大功率电机进行调整，通过制动电阻实现对大功率电机的制动降速控制。

提取运行数据中的实时电压、实时电流和实时频率，结合降速需求和制动时间调整大功率电机的输出电压和输出频率，完成对大功率电机的制动控制，实现对大功率电机的快速、可控的降速控制。

本申请的其中一个重点是，对大功率电机的制动控制进行可视化展示。

实时获取大功率电机制动降速过程中的运行数据和输出数据，根据运行数据和输出数据获取调整标签，将运行数据、输出数据和调整标签可视化呈现在智能终端上。其中，针对调整标签，本实施例提供了曲线分析技术和人工智能模型两种方式获取。

建立运行数据和输出数据的拟合曲线标记目标曲线，将目标曲线与标准曲线走势一致时，则将调整标签设置为0；否则，将调整标签设置为1。标准曲线通过标准训练数据建立，标准训练数据包括对大功率电机降速模拟正常时的运行数据以及对应的输出数据。在另外一些优选的实施例中，当目标曲线与标准曲线走势误差在允许范围内时，将调整标签设置为0。

获取标准训练数据，通过标准训练数据训练对人工智能模型进行测试、训练和校验；将实时采集的运行数据输入至训练完成的人工智能模型获取输出结果；当输出结果与实时采集的输出数据一致时，则将调整标签设置为0；否则，将调整标签设置为1。在另外一些优选的实施例中，当输出结果与实时采集的输出数据的差值在允许范围之内时，将调整标签设置为0。

本申请的另外一个重点是，制动电阻与大功率电机并联设置，且二者之间设置有高压真空断路器；制动电阻通过星形连接方式进行连接；制动电阻按照大功率电机的额定数据选型；额定数据包括额定电压和额定功率。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

本发明的工作原理：

通过控制系统获取监测数据，对监测数据进行分析生成制动需求；根据制动标签控制高压真空断路器；当高压真空断路器处于合闸状态时，将变频器切换至制动模式；在制动模式下，实时检测大功率电机的运行数据，并根据制动时间对大功率电机进行调整，通过制动电阻实现对大功率电机的制动降速控制，通过制动电阻实现大功率电机的能耗制动，从而达到快速停车的效果。

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 (10)

1.一种大功率变频驱动系统紧急制动方法，包括大功率电机、制动电阻和用于大功率电机紧急制动的控制系统，其特征在于，通过所述控制系统获取监测数据，对监测数据进行分析生成制动需求；所述制动需求包括制动标签、制动时间和降速需求；

根据制动标签控制高压真空断路器；当高压真空断路器处于合闸状态时，将变频器切换至制动模式；所述高压真空断路器设置在制动电阻和大功率电机之间；

在制动模式下，实时检测大功率电机的运行数据，并根据制动时间对大功率电机进行调整，通过制动电阻实现对大功率电机的制动降速控制；所述制动电阻与大功率电机并联设置；所述运行数据包括实时电压、实时电流和实时频率。

2.根据权利要求1所述的一种大功率变频驱动系统紧急制动方法，其特征在于，提取所述监测数据中的实时图像，分析所述实时图像获取制动需求，包括：

对实时图像进行实时的图像预处理获取目标图像；所述实时图像是通过高清摄像头实时采集的目标设备移动方向的图像，所述目标设备通过大功率电机驱动；所述图像预处理包括图像分割、图像去噪和灰度变换；

通过图像识别技术识别目标图像中的障碍物，当目标图像中存在障碍物时，将制动标签设置为1；当目标图像中不存在障碍物时，则将制动标签设置为0；

当制动标签为1时，获取制动时间和降速需求，将制动标签、制动时间和降速需求整合生成制动需求。

3.根据权利要求2所述的一种大功率变频驱动系统紧急制动方法，其特征在于，所述制动时间通过实时定位系统获取，包括：

通过实时定位系统获取目标设备的实时位置和障碍物位置；

根据实时位置、障碍物位置和目标设备速度确定制动时间。

4.根据权利要求1所述的一种大功率变频驱动系统紧急制动方法，其特征在于，所述监测数据和所述运行数据通过采集传感器获取；所述采集传感器与控制系统通信和/或电气连接，所述采集传感器包括高清摄像头、电压传感器、温度传感器和智能终端；所述智能终端包括智能手机、平板电脑和笔记本电脑。

5.根据权利要求4所述的一种大功率变频驱动系统紧急制动方法，其特征在于，通过所述智能终端获取制动标签，包括：

工作人员通过智能终端设置制动标签、制动时间和降速需求；所述制动标签的取值为0或者1；

将制动标签、制动时间和降速需求整合生成制动需求，并将制动需求发送至控制系统。

6.根据权利要求2或5所述的一种大功率变频驱动系统紧急制动方法，其特征在于，当所述制动标签为0时，高压真空断路器处于分闸状态；当所述制动标签为1时，通过控制系统控制高压真空断路器合闸，变频器切换至制动模式。

7.根据权利要求1、2、3或者5所述的一种大功率变频驱动系统紧急制动方法，其特征在于，通过所述运行数据和所述制动时间实时对大功率电机进行调整，包括：

提取运行数据中的实时电压、实时电流和实时频率，结合降速需求和制动时间调整大功率电机的输出电压和输出频率，完成对大功率电机的制动控制。

8.根据权利要求1所述的一种大功率变频驱动系统紧急制动方法，其特征在于，所述控制系统将大功率电机的制动控制过程进行可视化展示，包括：

实时获取大功率电机制动降速过程中的运行数据和输出数据；所述输出数据包括大功率电机的输出电压和输出频率；

根据运行数据和输出数据获取调整标签，将运行数据、输出数据和调整标签可视化呈现在智能终端上。

9.根据权利要求8所述的一种大功率变频驱动系统紧急制动方法，其特征在于，所述调整标签通过曲线分析技术获取，或者通过人工智能模型获取。

10.根据权利要求1所述的一种大功率变频驱动系统紧急制动方法，其特征在于，所述制动电阻通过星形连接方式进行连接。

Images