[發(fā)明專利]一種基于高壓變頻器的多機并聯(lián)控制拓撲結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410428805.6
• 申請日: 2014-08-28
• 公開（公告）號: CN104167907B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伍鵬;曹鵬;李太峰;劉洋;于吉帥;劉相鶴;孫錫星;郝爽;張丹
• 申請（專利權(quán)）人: 臥龍電氣集團遼寧榮信電氣傳動有限公司
• 主分類號: H02M1/092
• 分類號: H02M1/092;H02P27/08
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務(wù)所21224
• 代理人: 張群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于不可控整流多級串聯(lián)變頻器的并聯(lián)控制技術(shù)，特別涉及一種基于高壓變頻器的多機并聯(lián)控制拓撲結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

IGBT是目前高壓變頻器行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的閥元件，通過控制IGBT的觸發(fā)角可以對阻抗進行連續(xù)調(diào)節(jié)，可以增強系統(tǒng)輸電能力，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、阻尼功率振蕩和抑制次同步振蕩等功能。級聯(lián)式變頻是高壓變頻器普遍適用的拓撲結(jié)構(gòu)，能夠產(chǎn)生諧波含量不超過4％的完美正弦輸出電壓波形。

現(xiàn)有的級聯(lián)高壓變頻控制電機系統(tǒng)，一方面存在當(dāng)高壓變頻停機需由備用變頻進行飛車切入的過程，另一方面難以實現(xiàn)超大容量電機的控制問題。現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域只能由IEGT能夠涉足。IEGT是耐壓達4KV以上的IGBT系列電力電子器件，大量應(yīng)用現(xiàn)有超大功率電機的變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)，但由于功率等級的提高，伴隨著結(jié)構(gòu)及電氣方面需進行相應(yīng)的特殊設(shè)計，例如傳統(tǒng)的IGBT風(fēng)冷散熱已根本無法滿足其要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于高壓變頻器的多機并聯(lián)控制拓撲結(jié)構(gòu)，采用該結(jié)構(gòu)進行多機并聯(lián)，適用級聯(lián)式變頻進行并聯(lián)輸出能夠較好地實現(xiàn)變頻器間的協(xié)調(diào)，極大地減小變頻器間的均流效應(yīng)。實現(xiàn)驅(qū)動變頻的整體擴容，達成小容量功率器件并聯(lián)控制大型電機的目的。同時解決變頻控制電機的軟切換問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于高壓變頻器的多機并聯(lián)控制拓撲結(jié)構(gòu)，包括高壓變頻器，中央控制器，PLC控制系統(tǒng)，其中高壓變頻器為級聯(lián)式高壓變頻器；所述不同母線段上的高壓變頻器并聯(lián)在一起，并聯(lián)的單臺高壓變頻器的控制系統(tǒng)與同一中央控制器相連，對外與PLC控制系統(tǒng)通訊，高壓變頻器間采用光纖通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與中央控制器間的傳輸，中央控制器對并聯(lián)回路和各執(zhí)行機構(gòu)進行統(tǒng)籌，實現(xiàn)各執(zhí)行機構(gòu)的均流控制，PLC控制系統(tǒng)完成各高壓變頻器的啟動、停止及外圍邏輯控制。

所述的高壓變頻器的控制系統(tǒng)包括中央數(shù)據(jù)處理CPU、負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腃PLD芯片、負責(zé)單元驅(qū)動及保護的CPLD芯片和負責(zé)控制通訊的FPGA芯片，F(xiàn)PGA的作用是協(xié)調(diào)高壓變頻器及承擔(dān)變頻控制器與單元信號處理的控制橋梁，CPLD是變頻驅(qū)動的執(zhí)行機構(gòu)，CPU完成對數(shù)字及模擬信號的采集，結(jié)合CPLD的故障及母線電壓的檢測，通過FPGA與CPLD間的通訊，達成IGBT的驅(qū)動控制，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

所述的高壓變頻器輸出側(cè)串聯(lián)電抗器后再進行并聯(lián)。

所述的級聯(lián)式高壓變頻器，包括N個功率單元，每個功率單元均由三相不可控整流橋、DC-LINK、逆變橋組成，通過級聯(lián)的方式提供變頻的輸出電壓，對各類高壓電機進行驅(qū)動。

所述的變頻額定輸出電壓等級為3.3Kv、4.16kV、6KV、10KV、11KV或13.8kV。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)本發(fā)明采用了集中式的控制方式，對各變頻的狀態(tài)進行了精準(zhǔn)的采集，達到一個大腦分配，數(shù)個執(zhí)行機構(gòu)按部就班的形式。不同變頻裝置受到同一中央控制器支配，并且結(jié)合PLC控制系統(tǒng)，提高可靠性，增加控制系統(tǒng)冗余。各變頻擁有自己的控制系統(tǒng)，在中央控制器損壞的情況下，變頻系統(tǒng)可以結(jié)合PLC系統(tǒng)判斷是否符合啟動要求，PLC可以通過切換為MODBUS通訊直接對變頻進行驅(qū)動控制。使用光纖通訊為主，PLC輔助通訊的方式，速率快，反應(yīng)及時，提高了系統(tǒng)可靠性。

2)輸出側(cè)各自串聯(lián)了相應(yīng)的電抗器裝置，更加提高了倆象限變頻的抗干擾能力，可靠地抑制了變頻之間的基波環(huán)流。

3)采用本發(fā)明可以不改變變頻主電路結(jié)構(gòu)，易于實現(xiàn)，在大功率等級條件下省去了考慮結(jié)構(gòu)及器件絕緣、散熱、穩(wěn)定等傳統(tǒng)問題，也可以對過去相應(yīng)的設(shè)計進行重復(fù)利用，省去了結(jié)構(gòu)電氣的設(shè)計成本。該拓撲結(jié)構(gòu)無需使用可控的三相整流橋，大大節(jié)約了單個變頻成本。

4)高壓變頻器供電電網(wǎng)無需是同一母線段，高壓變頻器根據(jù)需要輸出相應(yīng)電壓，可解決部分現(xiàn)場改造由于原母線容量不足，需新增母線的情形。通過增加并聯(lián)的變頻個數(shù)可以方便地增加變頻容量，不僅為高壓大功率電機的變頻運行提供了一種簡單有效且易于擴展的方案，還拓展了中小容量高壓變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域。

5)若應(yīng)用于一用一備現(xiàn)場，則實現(xiàn)變頻之間的熱切換，徹底保證工業(yè)上永不停機的目的，與過去的飛車啟動相比具有明顯優(yōu)勢。

6)該發(fā)明可延伸至并聯(lián)母線電網(wǎng)的使用，為不同電網(wǎng)的并聯(lián)提供了簡單有效的拓撲方法，達成擴充母線容量的作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于高壓變頻器的多機并聯(lián)控制拓撲結(jié)構(gòu)圖。