CN211741437U - 一种低压辅机变频器高低电压穿越试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低压辅机变频器高低电压穿越试验装置，包括：主回路、控制面板、电量信号调理采集单元和数据处理分析系统；所述主回路与变频器连接，所述主回路包括三相调压器；所述数据处理分析系统下发调压指令至所述电量信号调理采集单元，所述电量信号调理采集单元驱动电机拖动调整三相调压器电压，三相调压器输出电压实时反馈至所述电量信号调理采集单元，所述电量信号调理采集单元将数据上传至所述数据处理分析系统实时显示调压状况。本实用新型有效解决传统多绕组变压器切换结构的电压跌落装置控制跌落时间不精确、合闸过程励磁涌流大等诸多问题，提高低压辅机变频器低电压穿越水平测试效率与准确度。

Description

一种低压辅机变频器高低电压穿越试验装置

技术领域

本实用新型属于高低电压穿越能力测试领域，尤其涉及一种低压辅机变频器高低电压穿越试验装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前火电机组辅机普遍采用变频器，其在实现电动机的无极调速、辅机软启动和经济运行等方面具有极大的优势。发电厂一类辅机变频器的高、低电压穿越能力直接关系到电网系统、厂用电系统短时故障和异常运行过程中的辅机持续在线运行能力，但火电机组低压辅机变频器低电压穿越能力较差，多数不具备低电压穿越能力，当电网波动时，势必会引起变频器波动，为检测变频器在高/低电压下的穿越能力，国内开展了一系列的高/低电压下的穿越性能检测试验，对发电机组一类辅机低电压穿越装置进行安全性能试验，评估低电压穿越装置及辅机系统是否满足行业标准要求。

目前随着对国内自动化技术及PLC控制技术的飞速发展，低压辅机变频器低电压穿越装置在国内快速发展，其高/低电压穿越性能试验也在逐步的跟进。目前国内低压辅机变频器高低电压穿越试验，99.99％的都是用某信息自动化技术有限公司生产的“电压暂降仪”结合录波仪来完成，但此“电压暂降仪”存在太多缺点，有待大幅度的提高和优化，而国内根本没有成型的低压辅机变频器高低电压穿越试验仪。

实用新型内容

为克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种低压辅机变频器高低电压穿越试验装置，确保低压辅机变频设备的高/低电压穿越试验的安全、方便、快捷及准确的完成。

为实现上述目的，本实用新型的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一种低压辅机变频器高低电压穿越试验装置，包括：

主回路、控制面板、电量信号调理采集单元和数据处理分析系统；

所述主回路与变频器连接，所述主回路包括三相调压器；

所述数据处理分析系统下发调压指令至所述电量信号调理采集单元，所述电量信号调理采集单元驱动电机拖动调整三相调压器电压，三相调压器输出电压实时反馈至所述电量信号调理采集单元，所述电量信号调理采集单元将数据上传至所述数据处理分析系统实时显示调压状况。

进一步的技术方案，所述主回路还包括三个接触器，所述三相调压器输出电压可以手动和自动控制；所述三相调压器由智能控制卡驱动电机拖动调整；所述接触器分别为KM0、KM1、KM2。

进一步的技术方案，所述控制面板能够显示控制进线电压、出线电压、调压电压、直流母线电压，能切换手动自动试验模式以及手动调节电压。

进一步的技术方案，所述电量信号调理采集单元包含交流电压板卡、电压电流板卡、变频器监测卡、信号输入板卡、数据采集卡、智能控制卡；所述交流电压板卡、电压电流板卡、变频器监测卡、信号输入板卡采集信号汇集至数据采集卡，由数据采集卡上传至数据处理分析系统；所述智能控制卡实现接触器及继电器控制及辅助触点返回。

进一步的技术方案，所述数据采集卡通过USB或WLAN串口上传至数据处理分析系统。

进一步的技术方案，所述智能控制卡采用嵌入式处理器，实现接触器及继电器控制及辅助触点返回。

进一步的技术方案，所述控制面板包括显示区、指示灯区及手动调压区；所述显示区包括四个显示屏，所述指示灯区包括五个LED灯珠，所述手动调压区包括电压操作按钮和时间继电器。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本实用新型能够通过手动、自动两种试验模式进行高低电压穿越试验，无需人工判定，能够根据内部输入标准直接判别试验是否合格，电压动态跌落时间最小可至2ms，有效解决传统多绕组变压器切换结构的电压跌落装置控制跌落时间不精确、合闸过程励磁涌流大等诸多问题，提高低压辅机变频器低电压穿越水平测试效率与准确度。

本实用新型通过低压辅机变频设备的高/低电压穿越试验仪的研究及应用，与现场试验很好的相结合，研究出更为完善的试验仪控制方案，并且能形成一系列有益研究成果，作为低压辅机变频设备的高/低电压穿越试验仪的研究及应用的有益补充和理论基石，填补国内低压辅机变频设备的高/低电压穿越试验仪的空白，并确保低压辅机变频设备的高/低电压穿越试验的安全、方便、快捷及准确的完成。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型实施例整体系统框图；

图2为本实用新型实施例系统工作整体流程图；

图3为本实用新型实施例手动调节流程图；

图4为本实用新型实施例自动调节流程图；

图5为本实用新型实施例主回路电气图；

图6为本实用新型实施例控制流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

参见附图1所示，本实施例公开了一种低压辅机变频器高低电压穿越试验装置，包括主回路、控制面板、电量信号调理采集单元和数据处理分析系统；

主回路连接关系见图5，主回路包括三个ABB接触器和定制型0-520V三相调压器，接触器是为了切换装置内部电路；所述三相调压器输出电压可以手动和自动控制；所述三相调压器由智能控制卡驱动电机拖动调整；所述ABB接触器分别为KM0、KM1、KM2；

所述控制面板能够显示控制进线电压、出线电压、调压电压、直流母线电压，能切换手动自动试验模式以及手动调节电压；

所述电量信号调理采集单元包含交流电压板卡、电压电流板卡、变频器监测卡、信号输入板卡、数据采集卡、智能控制卡；变频器上传的数据通过电量信号调理采集单元中的交流电压板卡、变频器监测卡、信号输入板卡进行数据的采集、调理、转换，并通过内部总线集中至数据采集卡，数据采集卡再将数据上传。主回路给变频器供电。

交流电压板卡用来采集装置的进线电压与出线电压(即变频器的输入电压)，并对信号进行调理转换。

电压电流板卡用来采集调压器电压、装置出线电流，并对信号进行调理转换。

变频器监测卡用来采集变频器输出电压、直流母线电压、直流母线电流，并对信号进行调理转换。

信号输入板卡用来采集变频器的开关量、模拟量，并对信号进行调理转换。

除调压器电压外，交流电压板卡、电压电流板卡、变频器监测卡、信号输入板卡数据在经过调理转换等处理过程后，通过内部总线集中到数据采集卡，数据采集卡将数据上传至数据处理分析系统。

调压器电压数据传送至智能控制卡。智能控制卡用来接收数据处理分析系统或装置控制面板的指令，控制驱动电机拖动调整三相调压器电压，并将调压器电压实时反馈到数据处理分析系统或装置控制面板。智能控制卡还可控制接触器或继电器开闭，并采集接触器或继电器辅助触点开关状态。

所述交流电压板卡、电压电流板卡、变频器监测卡、信号输入板卡采集信号汇集至数据采集卡，由数据采集卡通过USB或WLAN串口上传至数据处理分析系统；所述智能控制卡采用嵌入式处理器，实现接触器及继电器控制及辅助触点返回；“辅助触点返回”指的是辅助触点开关状态量的返回。

智能控制卡接收到接触器或继电器的断开/闭合指令后，通过给接触器或继电器的线圈断电/供电来控制接触器或继电器动作。接触器或继电器辅助触点开关状态量反馈回智能控制卡，以此判断接触器或继电器动作完成与否。

所述数据处理分析系统能够对装置进行试验控制、数据处理、波形曲线展示，可根据内部输入标准直接判别试验是否合格。

所述数据处理分析系统根据采集到的电压电流数据计算瞬时有功、瞬时无功、均方根等。已有相关的国家标准对低压辅机变频器的高低压穿越能力做出具体要求，因此可在系统中依据标准界定好数值范围，直接判定试验结果。

所述智能控制卡与数据处理分析系统之间进行双向通讯，所述智能控制卡采用模糊控制与PID自整定算法控制相结合的闭环控制方法，输入量为目标调压值，输出量为调压器输出电压，实现0～500V精准调压。

参见附图6所示，具体步骤：

步骤一：采集目标调压值与调压器实时输出电压，经过坐标变换成d轴和q轴两个直流量，计算直流量的误差e与误差变化e_c。

步骤二：将误差e与误差变化e_c输入二维模糊控制器，映射到模糊子集里；然后通过查询模糊控制规则库推理得到相应的模糊规则，并将模糊输入量模糊化，得到PID控制器的三个参数比例系数K_p、积分系数K_i、微分系数K_d。

步骤三：PID控制器通过采用阶跃响应法施加阶跃输出，由输入变化识别动作特性、动作方向、比例增益、积分时间等。

步骤四：根据PID输出控制参数值，驱动电机拖动三相调压器转轴，调整三相调压器滑块位置，三相调压器的输出电压实时反馈回智能控制卡，重复执行步骤一。

所述数据处理分析系统下发调压指令至所述智能控制卡，所述智能控制卡驱动电机拖动调整三相调压器电压，三相调压器输出电压实时反馈至所述智能控制卡，所述智能控制卡将数据上传至所述数据处理分析系统实时显示调压状况。

三相调节器能够快速投切，电压动态切换时间最短可缩至2ms，有效降低对电网设备的冲击。

在一实施例子中，主回路、控制面板、电量信号调理采集单元集中安装在试验箱体上，试验箱体各部分之间通过通讯总线连接。控制面板包括控制器及显示设备。

通讯接口连接电量信号调理与采集单元，所述通讯接口有网口和USB接口两种方式可选择。

显示设备连接控制器；

所述控制器通过电量信号调理采集单元连接主回路，所述控制器根据调压要求输出控制信号；

所述主回路连接输入输出接口，所述主回路在控制信号作用下进行调压；

所述电量信号调理与采集单元连接输入输出接口，所述电量信号调理与采集单元实时采集试验箱体进线出线电压、调压电压、变频器直流母线电压、变频器输出电压、开关量、模拟量等，并通过通讯接口上传至数据分析处理系统；

输入输出接口连接变频器；

数据分析处理系统通过通讯接口连接试验箱体，可直接录取试验数据，实时显示试验波形，不需外加录波仪，还可计算变频器输入输出功率等。

显示设备的人机交互界面，嵌于试验箱体上表面，包括显示区、指示灯区、手动调压区、报警按钮、急停按钮、手动/自动旋钮，所述显示区包括四个显示屏，所述指示灯区包括五个LED灯珠，所述手动调压区包括电压操作按钮和时间继电器。

手动/自动旋钮，用于选择调压的手动/自动模式，所述手动模式需操作人机交互界面手动调压区的按钮，自动模式只需在数据处理分析系统设定参数。

主回路，采用定制型0～520V三相调压器，由接触器控制调压器的切入切出，控制器驱动电机拖动调整调压器，实现0～500V精准调压。

电量信号调理与采集单元包括电量信号调理电路和16位高精度数据采集卡，信号调理电路将接入信号调理成标准信号后接入数据采集卡，可实现12.8kS/s采样速率。

输入输出接口嵌于试验箱体侧面，包括试验箱体进线出线接口、(有源/无源)开关量输入输出、模拟量输入、变频器量输入，其中变频器量输入包括电压输入接口和直流母线输入接口。

数据分析处理系统可以进行远程监控，用户可随时随地远程监控低压辅机变频器高低电压穿越试验。

本实施例子可以模拟低压辅机变频器输入电压的跌落和升高过程，跌落(升高)电压、时间可调，可直接录取试验数据，实时显现试验波形，不需外加录波仪，远程用户可登录查看试验数据，调压有手动、自动两种模式可选择，采用基于模糊PID的闭环控制，实现0～500V手动/自动精准调压；本实用新型功能强大、操作简单，仪器底部安装的小轮子可方便的对多种低压辅机变频器做高低电压穿越试验。

实施例二

参见附图2-4所示，一种低压辅机变频器高低电压穿越试验装置的控制方法，所述低压辅机变频器高低电压穿越试验装置的控制方法包括：

步骤1：装置上电，查看装置指示灯及电压表状态是否正常，自检正常则执行步骤2，自检不正常则触发声光报警；

步骤2：上主回路电源，对主回路电压进行相序检测，相序错误则触发声光报警，无相序错误则执行步骤4；

步骤3：判断试验模式，若在手动模式下，则执行步骤4；若在自动模时下，则执行步骤5；

步骤4：手动调节调压器，调压完成后开始穿越试验，穿越时间到后，试验结束；

步骤5：新建并设置试验，通过软件调节调压器输出电压，接触器及继电器控制及辅助触点返回由嵌入式处理器完成，实现闭锁控制并自动控制接触器开闭，自动结束试验。

装置内接触器与继电器都采用电磁式的，通过给线圈供电/断电控制触点吸合/释放。嵌入式处理器接收到接触器或继电器的断开/闭合指令，则控制接触器或继电器的线圈断电/供电。接触器与继电器是否完成开关动作通过监测其辅助触点的状态量来判定。

所述手动调节模式包括：

步骤41：检查主回路三个ABB接触器的开关状态，若KM0、KM1闭合且KM2断开，则执行步骤42，否则手动调整ABB接触器开关状态，重复执行步骤41；

步骤42：由装置面板的时间继电器来设置穿越时间以及投入时间，并通过装置控制面板的按键手动调节调压器输出电压，直至调节到目标电压；

步骤43：手动按下调节投入按键，在投入时间内主回路断开KM1，闭合KM2，开始穿越试验；

步骤44：时间继电器计时到后，断开KM2，闭合KM1，完成试验。

所述自动调节模式包括：

步骤51：新建试验，修改试验设置，包括晃电次数，晃电间隔，穿越电压，穿越时间，手动或自动触发等信息；

步骤52：点击开始，波形开始刷新，程序开始自动调节目标穿越电压，实时查看电压是否调节到位，若调至目标值，则执行步骤53，若未调至目标值，则重复执行步骤52；

步骤53：判定试验方式，若为手动触发，则执行步骤54，若为自动触发，则执行步骤55；

步骤54：电压调节到位后手动点击触发开启穿越过程，然后执行步骤56；

步骤55：电压调节到位后等待所设置的触发时间，触发时间到后，系统自动触发，然后执行步骤56；

步骤56：按照设置晃电次数，晃电间隔，穿越时间来执行整个穿越过程。

所述三相调节器投入过程包括：

步骤431：智能控制卡按照时间继电器设定好的投入时间计算KM1、KM2接触器投切的动作时间，等待切换指令；

步骤432：按下调节投入按钮，时间继电器开始计时，智能控制卡接收切换指令，然后下发控制指令至KM1电磁系统，控制KM1电磁线圈断电，KM1按照设定好的动作时间断开，同时向KM2发出等待闭合指令，KM2电磁线圈做好通电准备；

步骤433：KM1断开信号返回智能控制卡，智能控制卡判定KM1完全断开动作时间无误后，发出KM2投入指令至KM2电磁系统；否则重新计算KM2动作时间，并按照新的动作时间发出KM2投入指令至KM2电磁系统；

步骤434：KM2电磁系统执行控制指令，KM2电磁线圈立即通电，KM2按照设定好的动作时间闭合，投入时间到后，电路恢复稳定供电。

本领域技术人员应该明白，上述本实用新型的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本实用新型不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种低压辅机变频器高低电压穿越试验装置，其特征是，包括：

主回路、控制面板、电量信号调理采集单元和数据处理分析系统；

所述主回路与变频器连接，所述主回路包括三相调压器；

所述数据处理分析系统下发调压指令至所述电量信号调理采集单元，所述电量信号调理采集单元驱动电机拖动调整三相调压器电压，三相调压器输出电压实时反馈至所述电量信号调理采集单元，所述电量信号调理采集单元将数据上传至所述数据处理分析系统实时显示调压状况。

2.如权利要求1所述的一种低压辅机变频器高低电压穿越试验装置，其特征是，所述主回路还包括三个接触器，所述三相调压器输出电压可以手动和自动控制；所述三相调压器由智能控制卡驱动电机拖动调整。

3.如权利要求2所述的一种低压辅机变频器高低电压穿越试验装置，其特征是，所述接触器分别为KM0、KM1、KM2。

4.如权利要求1所述的一种低压辅机变频器高低电压穿越试验装置，其特征是，所述控制面板能够显示控制进线电压、出线电压、调压电压、直流母线电压，能切换手动自动试验模式以及手动调节电压。

5.如权利要求1所述的一种低压辅机变频器高低电压穿越试验装置，其特征是，所述电量信号调理采集单元包含交流电压板卡、电压电流板卡、变频器监测卡、信号输入板卡、数据采集卡、智能控制卡；

所述交流电压板卡、电压电流板卡、变频器监测卡、信号输入板卡采集信号汇集至数据采集卡，由数据采集卡上传至数据处理分析系统；所述智能控制卡实现接触器及继电器控制及辅助触点返回。

6.如权利要求5所述的一种低压辅机变频器高低电压穿越试验装置，其特征是，所述数据采集卡通过USB或WLAN串口上传至数据处理分析系统。

7.如权利要求5所述的一种低压辅机变频器高低电压穿越试验装置，其特征是，所述智能控制卡采用嵌入式处理器，实现接触器及继电器控制及辅助触点返回。

8.如权利要求4所述的一种低压辅机变频器高低电压穿越试验装置，其特征是，所述控制面板包括显示区、指示灯区及手动调压区；所述显示区包括四个显示屏，所述指示灯区包括五个LED灯珠，所述手动调压区包括电压操作按钮和时间继电器。

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