CN107707175A - 一种电驱压缩机的失电跨越控制***和方法 - Google Patents

一种电驱压缩机的失电跨越控制***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电驱压缩机的失电跨越控制***和方法，该***包括直流母线、变频器、电压传感器和控制器；电压传感器，用于检测所述直流母线上的电压；控制器，用于当直流母线上的电压从初始电压降至第一直流母线电压时，控制变频器激活动能缓冲过程；还用于当直流母线上的电压降至第二直流母线电压时，控制变频器激活自动再启动过程，其中，第一直流母线电压大于第二直流母线电压。本发明提供的技术方案可在电网发生短时断电或故障时，保证驱动压缩机的经由变频器控制的电机能在失电过程中继续平稳运转，直至电网恢复正常供电，避免资源浪费与经济损失。

Description

一种电驱压缩机的失电跨越控制***和方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电驱压缩机的失电跨越控制***和方法。
背景技术
天然气长输管道由于需要长距离输送天然气，需要在沿线压气站布置大型压缩机。通常，经由变电站输出的电压转换为变频器的直流母线电压，使变频器输出一定频率控制大型异步电机运转以驱动压缩机。由于天然气长输管道的压缩机需要连续不间断运行，避免因停机造成的资源浪费和经济损失，而长输管道沿线地形复杂、地貌多变、气候条件差，且大部分压气站处于偏远山区，外网电力***在运行过程中，由于雷击、对地短路、重合闸、双电源备自投等原因，造成电网电压暂降或断电的现象频频发生。在发生上述情况时，如果直流母线电压降至一定值以下，将直接导致变频器快速停机，从而导致压缩机停止运行，影响管道输气量，甚至造成安全隐患。
发明内容
为了在电网发生短时断电或故障时，保证驱动压缩机的经由变频器控制的电机能在失电过程中继续平稳运转，直至电网恢复正常供电，避免资源浪费与经济损失，本发明提出一种电驱压缩机的失电跨越控制***和方法。
一方面，本发明提供了一种电驱压缩机的失电跨越控制***，该***包括直流母线、变频器、电压传感器和控制器，所述直流母线与所述变频器电连接，所述控制器通过所述电压传感器与所述直流母线电连接，所述变频器与所述控制器电连接，所述控制器通过电机与压缩机连接；
所述电压传感器，用于检测所述直流母线上的电压；
所述控制器，用于当所述直流母线上的电压从初始电压降至第一直流母线电压时，控制所述变频器激活动能缓冲过程；还用于当所述直流母线上的电压降至第二直流母线电压时，控制所述变频器激活自动再启动过程，其中，所述第一直流母线电压大于所述第二直流母线电压。
另一方面，本发明提供了一种电驱压缩机的失电跨越控制方法，应用于电驱压缩机的失电跨越控制***，所述***包括直流母线、变频器、电压传感器和控制器，所述直流母线与所述变频器电连接，所述控制器通过所述电压传感器与所述直流母线电连接，所述变频器与所述控制器电连接，所述控制器通过电机与压缩机连接，该方法包括如下步骤：
S10：电压传感器检测直流母线上的电压；
S20：当直流母线上的电压从初始电压降至第一直流母线电压时，控制器控制变频器激活动能缓冲过程；当直流母线上的电压降至第二直流母线电压时，控制器控制变频器激活自动再启动过程，其中，所述第一直流母线电压大于所述第二直流母线电压。
本发明提供的电驱压缩机的失电跨越控制***和方法的有益效果是，电压传感器检测变频器的直流母线的电压范围，令直流母线的初始电压为100％的供电电压。如果直流母线电压因电网晃电等故障原因短时快速下降，当其下降至第一直流母线电压时，控制器向变频器生成动能缓冲(Kinetic Buffering)指令，从而使变频器功率单元停止对电机消耗能量，电机因惯性继续保持运转，并从电动机状态进入发电机状态，将生成的电力回流，直至供电恢复，实现失电跨越。如果由于环境等多方面原因，导致直流母线电压短时快速下降至第一直流母线电压后，又快速下降至第二直流母线电压，控制器向变频器生成自动再启动(Automatic Restart)指令，从而使变频器停止对电机的逆变脉冲输出，并向直流母线充电，使电机继续保持运转并不停机，直至供电恢复，实现失电跨越。从而在电网发生短时断电或故障时，保证驱动压缩机的经由变频器控制的电机能在失电过程中继续平稳运转，直至电网恢复正常供电，避免资源浪费与经济损失。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种电驱压缩机的失电跨越控制***的结构框图；
图2为本发明实施例的直流母线电压的示意图；
图3为本发明实施例的一种电驱压缩机的失电跨越控制***的结构框图；
图4为本发明实施例的直流母线电压的示意图；
图5为本发明实施例的一种电驱压缩机的失电跨越控制方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的一种电驱压缩机的失电跨越控制***包括直流母线、变频器、电压传感器和控制器，所述直流母线与所述变频器电连接，所述控制器通过所述电压传感器与所述直流母线电连接，所述变频器与所述控制器电连接，所述控制器通过电机与压缩机连接。
变频器和大型异步电机电连接，变频器通过改变电机工作电源频率来控制交流电机，电机驱动压缩机运转，控制长输管道的天然气输送。
所述电压传感器，用于检测所述直流母线上的电压。
所述控制器，用于当所述直流母线上的电压从初始电压降至第一直流母线电压时，控制所述变频器激活动能缓冲过程；还用于当所述直流母线上的电压降至第二直流母线电压时，控制所述变频器激活自动再启动过程，其中，所述第一直流母线电压大于所述第二直流母线电压。
电压传感器检测变频器的直流母线的电压范围，令直流母线的初始电压为100％的供电电压。如果直流母线电压因电网晃电等故障原因短时快速下降，当其下降至第一直流母线电压时，控制器向变频器生成动能缓冲(Kinetic Buffering)指令，从而使变频器功率单元停止对电机消耗能量，电机因惯性继续保持运转，并从电动机状态进入发电机状态，将生成的电力回流，直至供电恢复，实现失电跨越。如果由于环境等多方面原因，导致直流母线电压短时快速下降至第一直流母线电压后，又快速下降至第二直流母线电压，控制器向变频器生成自动再启动(Automatic Restart)指令，从而使变频器停止对电机的逆变脉冲输出，并向直流母线充电，使电机继续保持运转并不停机，直至供电恢复，实现失电跨越。从而在电网发生短时断电或故障时，保证驱动压缩机的经由变频器控制的电机能在失电过程中继续平稳运转，直至电网恢复正常供电，避免资源浪费与经济损失。
优选地，所述控制器具体用于：当所述直流母线上的电压从所述初始电压降至所述第一直流母线电压时，生成动能缓冲指令，并将所述动能缓冲指令发送至所述变频器，所述变频器根据所述动能缓冲指令停止由功率单元向与所述变频器电连接的电机输出功率。
如图2所示，坐标轴横轴为时间轴t，上部曲线为直流母线电压示意曲线，下部曲线为变频器逆变脉冲示意曲线。直流母线电压的初始电压为v0，在t1时刻，由于电网故障等原因，直流母线电压欠压陡降至第一直流母线电压v1，此时控制器激活变频器的动能缓冲过程，变频器逆变脉冲虽然不变，保持高电平p1，其中p2为低电平，但其功率单元将不对电机消耗能量，电机因惯性继续保持运转，并从电动机状态进入发电机状态，将生成的电力回流，变频器的直流母线电压在t2时刻进入稳定阶段，变频器对直流母线电压进行PID控制，在此期间降低转速来尽可能地维持直流母线电压的电压值，直至外电网在t3时刻供电恢复，直流母线电压回升至初始电压v0。
变频器控制的电机在t2时刻前保持正常转速，在t2时刻开始降速，并在t3时刻供电恢复后的一定时间开始增速，最终达到额定速度。
优选地，如图3所示，所述***还包括预充电回路，所述预充电回路分别与所述控制器和所述直流母线电连接；所述控制器具体还用于：当所述直流母线上的电压降至所述第二直流母线电压时，控制所述预充电回路向所述直流母线的电容充电，并生成自动再启动指令，将所述自动再启动指令发送至所述变频器，所述变频器根据所述自动再启动指令关闭功率单元，直至所述直流母线上的电压回升至所述初始电压。
如图4所示，坐标轴横轴为时间轴t，上部曲线为直流母线电压示意曲线，下部曲线为变频器逆变脉冲示意曲线。直流母线电压的初始电压为v0，在t1’时刻，由于电网故障与外界环境等原因，直流母线电压欠压陡降至第一直流母线电压v1，此时控制器激活变频器的动能缓冲过程，但直流母线电压依然在t2’时刻快速降至第二直流母线电压v2，此时变频器功率单元将关闭，变频器逆变脉冲变为低电平p2，同时控制预充电回路向直流母线的电容充电，直流母线电压逐渐回升，直至外电网在t3’时刻供电恢复，变频器逆变脉冲变为高电平p1，直流母线电压回升至初始电压v0。
变频器控制的电机在t2’时刻前保持正常转速，在t2’时刻开始降速，并在t2’至t3’时刻之间电机去磁，t3’时刻供电恢复时电机开始寻找转速，并在一定时间后励磁并开始增速，最终达到额定速度。在t3’时刻至电机达到额定速度时之间的过程为飞车启动，也就是变频器的捕获再启动过程。
优选地，所述控制器具体还用于：当所述直流母线上的电压在所述初始电压降和所述第一直流母线电压之间时，控制所述变频器的功率单元向与所述变频器电连接的电机输出功率。
虽然由于电网故障或其他原因导致直流母线电压下降，但只要在第一直流母线电压之上，则变频器的功率单元依然向电机输出功率，电机转速并不会改变，压缩机也将继续正常运行。
优选地，所述第一直流母线电压与所述初始电压的比值为87％，所述第二直流母线电压与所述初始电压的比值为71％。
以西门子GM150变频器为例进行说明，通过调整变频器的P1245参数来激活动能缓冲功能，并通过调整变频器的P1210参数(P1210＝4)来激活变频器的自动再启动功能，最后通过调整变频器的P1200(P1200：Flying restart operating mode/FlyRest op_mode)参数来激活变频器的捕捉再启动功能，为配合完成整个失电跨越过程，还应调整相关的其他参数，具体如下：
表1激活动能缓冲功能参数列表
表2激活自动再启动功能参数列表
如图5所示，本发明实施例提供的一种电驱压缩机的失电跨越控制方法，应用于电驱压缩机的失电跨越控制***，所述***包括直流母线、变频器、电压传感器和控制器，所述直流母线与所述变频器电连接，所述控制器通过所述电压传感器与所述直流母线电连接，所述变频器与所述控制器电连接，所述控制器通过电机与压缩机连接，该方法包括包括如下步骤：
S10：电压传感器检测直流母线上的电压。
S20：当直流母线上的电压从初始电压降至第一直流母线电压时，控制器控制变频器激活动能缓冲过程；当直流母线上的电压降至第二直流母线电压时，控制器控制变频器激活自动再启动过程，其中，所述第一直流母线电压大于所述第二直流母线电压。
优选地，所述步骤S20包括如下子步骤：
S21：当直流母线上的电压从所述初始电压降至所述第一直流母线电压时，控制器生成动能缓冲指令，并将所述动能缓冲指令发送至变频器，变频器根据所述动能缓冲指令停止由功率单元向与变频器电连接的电机输出功率。
优选地，所述步骤S20还包括如下子步骤：
S22：当直流母线上的电压降至所述第二直流母线电压时，控制器控制预充电回路向直流母线的电容充电，并生成自动再启动指令，将所述自动再启动指令发送至变频器，变频器根据所述自动再启动指令关闭功率单元，直至直流母线上的电压回升至所述初始电压。
优选地，所述步骤S20还包括如下子步骤：
S23：当直流母线上的电压在所述初始电压降和所述第一直流母线电压之间时，控制器控制变频器的功率单元向与变频器电连接的电机输出功率。
需要注意的是，步骤S21和S23可为并列子步骤，但由于电压下降是一个连续过程，故步骤S22是在步骤S21的基础上执行的。
优选地，所述第一直流母线电压与所述初始电压的比值为87％，所述第二直流母线电压与所述初始电压的比值为71％。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”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必针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电驱压缩机的失电跨越控制***，其特征在于，所述***包括直流母线、变频器、电压传感器和控制器，所述直流母线与所述变频器电连接，所述控制器通过所述电压传感器与所述直流母线电连接，所述变频器与所述控制器电连接，所述控制器通过电机与压缩机连接；
所述电压传感器，用于检测所述直流母线上的电压；
所述控制器，用于当所述直流母线上的电压从初始电压降至第一直流母线电压时，控制所述变频器激活动能缓冲过程；还用于当所述直流母线上的电压降至第二直流母线电压时，控制所述变频器激活自动再启动过程，其中，所述第一直流母线电压大于所述第二直流母线电压。
2.根据权利要求1所述的电驱压缩机的失电跨越控制***，其特征在于，所述控制器具体用于：
当所述直流母线上的电压从所述初始电压降至所述第一直流母线电压时，生成动能缓冲指令，并将所述动能缓冲指令发送至所述变频器，所述变频器根据所述动能缓冲指令停止由功率单元向与所述变频器电连接的电机输出功率。
3.根据权利要求2所述的电驱压缩机的失电跨越控制***，其特征在于，所述***还包括预充电回路，所述预充电回路分别与所述控制器和所述直流母线电连接；所述控制器具体还用于：
当所述直流母线上的电压降至所述第二直流母线电压时，控制所述预充电回路向所述直流母线的电容充电，并生成自动再启动指令，将所述自动再启动指令发送至所述变频器，所述变频器根据所述自动再启动指令关闭功率单元，直至所述直流母线上的电压回升至所述初始电压。
4.根据权利要求3所述的电驱压缩机的失电跨越控制***，其特征在于，所述控制器具体还用于：
当所述直流母线上的电压在所述初始电压降和所述第一直流母线电压之间时，控制所述变频器的功率单元向与所述变频器电连接的电机输出功率。
5.根据权利要求1至4任一项所述的电驱压缩机的失电跨越控制***，其特征在于，所述第一直流母线电压与所述初始电压的比值为87％，所述第二直流母线电压与所述初始电压的比值为71％。
6.一种电驱压缩机的失电跨越控制方法，其特征在于，应用于电驱压缩机的失电跨越控制***，所述***包括直流母线、变频器、电压传感器和控制器，所述直流母线与所述变频器电连接，所述控制器通过所述电压传感器与所述直流母线电连接，所述变频器与所述控制器电连接，所述控制器通过电机与压缩机连接；
所述方法包括如下步骤：
S10：电压传感器检测直流母线上的电压；
S20：当直流母线上的电压从初始电压降至第一直流母线电压时，控制器控制变频器激活动能缓冲过程；当直流母线上的电压降至第二直流母线电压时，控制器控制变频器激活自动再启动过程，其中，所述第一直流母线电压大于所述第二直流母线电压。
7.根据权利要求6所述的电驱压缩机的失电跨越控制方法，其特征在于，所述步骤S20包括如下子步骤：
S21：当直流母线上的电压从所述初始电压降至所述第一直流母线电压时，控制器生成动能缓冲指令，并将所述动能缓冲指令发送至变频器，变频器根据所述动能缓冲指令停止由功率单元向与变频器电连接的电机输出功率。
8.根据权利要求7所述的电驱压缩机的失电跨越控制方法，其特征在于，所述步骤S20还包括如下子步骤：
S22：当直流母线上的电压降至所述第二直流母线电压时，控制器控制预充电回路向直流母线的电容充电，并生成自动再启动指令，将所述自动再启动指令发送至变频器，变频器根据所述自动再启动指令关闭功率单元，直至直流母线上的电压回升至所述初始电压。
9.根据权利要求8所述的电驱压缩机的失电跨越控制方法，其特征在于，所述步骤S20还包括如下子步骤：
S23：当直流母线上的电压在所述初始电压降和所述第一直流母线电压之间时，控制器控制变频器的功率单元向与变频器电连接的电机输出功率。
10.根据权利要求6至9任一项所述的电驱压缩机的失电跨越控制方法，其特征在于，所述第一直流母线电压与所述初始电压的比值为87％，所述第二直流母线电压与所述初始电压的比值为71％。
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