CN103901285A - 一种级联型高压变频器功率单元输入缺相的检测方法 - Google Patents

一种级联型高压变频器功率单元输入缺相的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种级联型高压变频器功率单元输入缺相的检测方法，包括以下步骤：（1）变频运行时，实时采集级联型高压变频器的输入电压、输入电流、输出电压及输出电流；（2）计算级联型高压变频器输入电流的电流负序分量；（3）根据步骤（1）采集到的输出电压和输出电流，计算级联型高压变频器的输出功率P；（4）计算级联型高压变频器负序电流保护的启动值，将步骤（2）计算得到的电流负序分量与启动值进行比较；若所述电流负序分量大于启动值，则输出故障报警；若所述电流负序分量小于启动值，则返回步骤（2）继续巡检。本发明可实现对级联型高压变频器功率单元输入缺相的检测，减少了检测电路故障的可能性，提高了变频器的可靠性。

Description

一种级联型高压变频器功率单元输入缺相的检测方法
技术领域
本发明涉及一种级联型高压变频器功率单元输入缺相的检测方法，属于级联型高压变频器功率单元输入缺相检测技术领域。
背景技术
随着级联型高压变频器在电力、冶金、石油、化工等关系重大场合的节能技术广泛应用，对级联型高压变频器的稳定性提出了更高的要求。当级联型高压变频器的功率单元发生输入缺相时，变频器需要检测出缺相并进行报警；否则功率单元长时间缺相运行，会引起功率单元损坏和变压器绕组损坏，造成整个***故障停机，从而影响生产。
级联型高压变频器每个功率单元的输出功率占总输出功率的
Figure BDA0000470404060000011
（n为级联型高压变频器的功率单元的级数），由于功率单元的数量较多，某个功率单元出现输入缺相故障，对整个级联型高压变频器的输出功率影响较小。所以功率单元缺相时，且级联型高压变频器的输出负载较小时，其仍然可以继续运行相当一段时间。继续运行的时间取决于缺相的功率单元输入是否处于过载状态。
当前，常见的级联型高压变频器功率单元输入缺相主要故障点体现在功率单元输入熔断器熔断、变压器移相绕组损坏和变压器绕组与功率单元输入连接电缆断线。多数厂家检测级联型高压变频器功率单元输入缺相的主要方法：在专利名称为一种可缺相保护的高压变频装置，授权公告号为CN202084909U中，每个功率单元均设有缺相检测装置，可保护功率单元输入侧保险熔芯；在专利名称为一种高压变频器功率单元缺相检测器，授权公告号为CN201724988U中，在功率单元中使用降压、隔离、检测、指示及信号输出电路进行检测功率单元的缺相。
以上的所列在功率单元输入侧缺相检测的方法需要在每个功率单元的内部增加缺相检测装置来进行判断其是否缺相。由于级联型高压变频器是由多个功率单元组成，采用在各个功率单元增加缺相检测的方式增加了其自身故障的可能性，降低了级联型高压变频器的可靠性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种不需要在每个功率单元中增加缺相检测装置就可对功率单元进行缺相检测的级联型高压变频器功率单元输入缺相的检测方法，提高了级联型高压变频器的可靠性。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明的一种级联型高压变频器功率单元输入缺相的检测方法，包括以下几个步骤：
（1）变频运行时，实时采集级联型高压变频器的输入电压、输入电流、输出电压及输出电流；
（2）计算级联型高压变频器输入电流的电流负序分量；
（3）根据步骤（1）采集到的输出电压和输出电流，计算级联型高压变频器的输出功率P；
（4）计算级联型高压变频器负序电流保护的启动值，将步骤（2）计算得到的电流负序分量与启动值进行比较；
若所述电流负序分量大于启动值，则输出故障报警；
若所述电流负序分量小于启动值，则返回步骤（2）继续巡检。
步骤（2）中，级联型高压变频器输入电流的电流负序分量的计算方法采用瞬时无功理论，计算过程如下：
（a1）对级联型高压变频器的三相输入电压瞬时值Eabc进行锁相，得到电网电压的角度θ；
（a2）对级联型高压变频器的三相输入电流瞬时值Iabc进行park变换得到输入电流的有功分量Id和无功分量Iq；
（a3）对输入电流的有功分量Id和无功分量Iq进行100Hz陷波器的滤波处理得到有功分量I'd和无功分量I'q，滤除电流负序分量；
（a4）对滤波处理后的有功分量I'd和无功分量I'q进行park反变换得到不含负序电流分量的三相输入电流瞬时值I'abc；
（a5）处理前的三相输入电流瞬时值Iabc与处理后的三相输入电流瞬时值I'abc做差，即可得到三相输入电流的负序分量瞬时值
Figure BDA0000470404060000031
取其有效值与启动值进行比较。
步骤（4）中，所述级联型高压变频器负序电流保护的启动值的计算方法如下：
（b1）根据移相变压器的原边功率等于所有副边功率之和，将移相变压器所有副边的电流归算到原边，每个副边所对应的原边电流为
Figure BDA0000470404060000041
其中，I为移相变压器的原边电流，n为级联型高压变频器功率单元的级数；
（b2）当发生某个功率单元输入缺相故障时，相应的变压器副边将产生负序电流分量，负序电流分量耦合到原边。原边电流中也将产生负序电流。在电力***保护中，通常负序电流的保护整定值为额定值的50%～60%，这里取值为50%，根据所述移相变压器的原副边功率特性，由步骤（b1）的每个功率单元的归算到原边的电流为
Figure BDA0000470404060000042
负序电流保护值取值为
Figure BDA0000470404060000043
的50%，所述级联型高压变频器负序电流保护的启动值为
Figure BDA0000470404060000044
其中，移相变压器的原边电流
Figure BDA0000470404060000045
即级联型高压变频器负序电流保护的启动值为
Figure BDA0000470404060000046
其中，Pn为级联型高压变频器输出的额定功率，In为移相变压器原边的额定电流。
本发明无需在每一个功率单元内部增加缺相检测电路，通过本发明的方法，实现对级联型高压变频器功率单元输入缺相的检测，减少了检测电路故障的可能性，从而，提高了级联型高压变频器的可靠性。
附图说明
图1为级联型高压变频器电路拓扑结构图；
图2为计算电流负序分量的原理图；
图3为本发明的一个实施例工作流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1，以n＝6的级联型高压变频器进行描述。
移相变压器的原边功率等于所有副边功率之和，将所有副边的电流以原边的电压和功率为基础归算到原边，每个变压器副边所对应的原边电流为
Figure BDA0000470404060000051
当发生某个功率单元输入缺相故障时，相应的变压器副边将产生电流负序分量，电流负序分量耦合到原边。原边电流中也将产生负序电流。在电力***保护中，通常负序电流的保护整定值为(50%～60%)In，这里取值为50%，根据移相变压器的原副边功率特性，由步骤（b1）的每个功率单元的归算到原边的电流为
Figure BDA0000470404060000052
负序电流保护值取值为
Figure BDA0000470404060000053
的50%，级联型高压变频器负序电流保护的启动值为
Figure BDA0000470404060000054
当级联型高压变频器拖动三相电动机做功时，电动机工作在不同的频率下，变频器的输出功率P也将不同（变频器的输出功率可通过输出电压和输出电流得到）。对于不同的频率，变频器的输入电流，即变压器的原边电流
Figure BDA0000470404060000055
即级联型高压变频器负序电流保护的启动值为
Figure BDA0000470404060000056
参见图3，本发明的级联型高压变频器功率单元输入缺相的检测方法，具体包括以下几个步骤：
（1）变频运行时，实时采集级联型高压变频器的输入电压、输入电流、输出电压及输出电流；
（2）计算级联型高压变频器输入电流的电流负序分量；
参见图2，步骤（2）中，级联型高压变频器输入电流的电流负序分量的计算方法采用瞬时无功理论，计算过程如下：
（a1）对级联型高压变频器的三相输入电压瞬时值Eabc进行锁相，得到电网电压的角度θ；
（a2）对级联型高压变频器的三相输入电流瞬时值Iabc进行park变换得到输入电流的有功分量Id和无功分量Iq；
（a3）对输入电流的有功分量Id和无功分量Iq进行100Hz陷波器的滤波处理得到有功分量I'd和无功分量I'q，滤除电流负序分量；
（a4）对滤波处理后的有功分量I'd和无功分量I'q进行park反变换得到不含负序电流分量的三相输入电流瞬时值I'abc；
（a5）处理前的三相输入电流瞬时值Iabc与处理后的三相输入电流瞬时值I'abc做差，即可得到三相输入电流的负序分量瞬时值
Figure BDA0000470404060000064
取其有效值与启动值进行比较。
（3）根据步骤（1）采集的输出电压和输出电流计算级联型高压变频器的输出功率P；
（4）将步骤（2）中计算的电流负序分量与级联型高压变频器负序电流保护的启动值
Figure BDA0000470404060000061
进行比较，若电流负序分量大于启动值则输出故障报警；若电流负序分量小于启动值
Figure BDA0000470404060000063
则返回步骤（2）继续巡检。
采取本发明实现了级联型高压变频器功率单元输入缺相检测，无需在每一个功率单元内部增加缺相检测电路，通过软件方式进行处理实现对级联型高压变频器功率单元输入缺相的检测，减少了检测电路故障的可能性，从而，提高了级联型高压变频器的可靠性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种级联型高压变频器功率单元输入缺相的检测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
（1）变频运行时，实时采集级联型高压变频器的输入电压、输入电流、输出电压及输出电流；
（2）计算级联型高压变频器输入电流的电流负序分量；
（3）根据步骤（1）采集到的输出电压和输出电流，计算级联型高压变频器的输出功率P；
（4）计算级联型高压变频器负序电流保护的启动值，将步骤（2）计算得到的电流负序分量与启动值进行比较；
若所述电流负序分量大于启动值，则输出故障报警；
若所述电流负序分量小于启动值，则返回步骤（2）继续巡检。
2.根据权利要求1所述的级联型高压变频器功率单元输入缺相的检测方法，其特征在于，
步骤（2）中，所述级联型高压变频器输入电流的电流负序分量的计算方法采用瞬时无功理论，计算过程如下：
（a1）对级联型高压变频器的三相输入电压瞬时值Eabc进行锁相，得到电网电压的角度θ；
（a2）对级联型高压变频器的三相输入电流瞬时值Iabc进行park变换得到输入电流的有功分量Id和无功分量Iq；
（a3）对输入电流的有功分量Id和无功分量Iq进行100Hz陷波器的滤波处理得到有功分量I'd和无功分量I'q，滤除电流负序分量；
（a4）对滤波处理后的有功分量I'd和无功分量I'q进行park反变换得到不含负序电流分量的三相输入电流瞬时值I'abc；
（a5）处理前的三相输入电流瞬时值Iabc与处理后的三相输入电流瞬时值I'abc做差，即可得到三相输入电流的负序分量瞬时值
Figure FDA0000470404050000021
取其有效值与启动值进行比较。
3.根据权利要求1所述的级联型高压变频器功率单元输入缺相的检测方法，其特征在于，
步骤（4）中，所述级联型高压变频器负序电流保护的启动值的计算方法如下：
（b1）根据移相变压器的原边功率等于所有副边功率之和，将移相变压器所有副边的电流归算到原边，每个副边所对应的原边电流为
Figure FDA0000470404050000022
其中，I为移相变压器的原边电流，n为级联型高压变频器功率单元的级数；
（b2）根据所述移相变压器的原副边功率特性，所述级联型高压变频器负序电流保护的启动值为其中，移相变压器的原边电流
Figure FDA0000470404050000024
即级联型高压变频器负序电流保护的启动值为
Figure FDA0000470404050000025
其中，Pn为级联型高压变频器输出的额定功率，In为移相变压器原边的额定电流。
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