本實用新型涉及高壓變頻技術領域，特別涉及一種工變頻切換控制裝置及高壓變頻器。

背景技術：

隨著變頻調速技術的發(fā)展，變頻器已作為主要的節(jié)能和調速設備被廣泛推廣。目前，高壓變頻器已經越來越廣泛地應用于大型風機和泵類的高壓電機拖動系統(tǒng)中，它不僅具有減少啟動電流的軟啟功能，還具有顯著的節(jié)能效果。有些工況對負載的供電要求比較嚴格，一旦投入運行就不允許停機，這種情況下一旦供電電源發(fā)生故障或者供電電源需要檢修，就需要進行兩路供電電源，即高壓變頻器電源與工頻電源之間的相互切換。

高壓變頻器與工頻電源之間常用的切換方式分為異步切換和同步切換。根據切換過程中是否需要變頻器電壓與工頻電源電壓時刻保持同幅、同頻、同相，可將同步切換分為有擾切換即先切后投和無擾切換即先投后切。

現有技術中有擾切換，是指先切后投的切換，在切換過程中負載存在失電過程，轉速和電流都存在擾動。工變頻有擾切換的電路結構圖如圖1所示。下面結合圖1，簡單描述一下有擾切換的過程。在由工頻電源切換到變頻電源時，高壓真空接觸器KM3斷開，此時電機處于失電狀態(tài)，當檢測點1檢測到電機殘壓的上升沿時，向變頻器發(fā)出指令，此時變頻器按照殘壓的頻率、幅值和相位輸出。在由變頻電源切換到工頻電源時，變頻器先升頻到50.5Hz，當檢測點3檢測到工頻電壓的上升沿時，停止變頻器，分斷高壓真空接觸器KM2，閉合KM3，由于真空接觸器的合閘時間有幾百ms，所以電機也存在短暫的失電狀態(tài)。

然而，現有技術中在先切后投的有擾切換方式中,檢測到變頻電源與工 頻電源的頻率差、相位差、幅值差小于規(guī)定誤差后,從切除到再投仍有一定的時間差(二次回路和主回路上電器的動作時間所致),從而導致真正切換時刻變頻電源與工頻電源的相位存在偏差,因而還會有一定的沖擊電流。如果此時電機的負載較重，電機失速會很嚴重且很難保證切換過程中的電流沖擊，會對電機、變頻器甚至電網的安全造成威脅。

現有技術中無擾切換，是指先投后切的切換，在切換過程中負載供電不存在擾動，切換過程平穩(wěn)、無沖擊。無擾切換的實現中很關鍵的一個技術就是鎖相算法的設計。

在基于dq坐標變換的鎖相環(huán)設計，其軟件改動比較大，需要在原有變頻器控制原理的基礎上要增加坐標變換和比例、積分、微分(Proportion、Integral、Differential，簡稱PID)控制算法，加大了軟件算法的復雜性；與此同時，對硬件要求也比較嚴格，要求采集三相工頻電壓和變頻電壓的瞬時波形，大大增加了開發(fā)成本和開發(fā)周期。

技術實現要素：

鑒于上述問題，提出了本實用新型以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種工變頻切換控制裝置及高壓變頻器。

依據本實用新型的一個方面，本實用新型提供了一種工變頻切換控制裝置，該裝置包括：

頻率獲取單元，用于獲取高壓變頻器的運行頻率；

狀態(tài)信息獲取單元，用于當所述高壓變頻器的運行頻率達到預設置值時，獲取當前高壓變頻器內各個接觸器狀態(tài)信息；

鎖相處理單元，用于當所述當前高壓變頻器內各個接觸器狀態(tài)信息都正常時，將進行鎖相處理；

判斷單元，用于判斷所述鎖相處理是否成功；

切換處理單元，用于如果鎖相處理成功，則停止所述高壓變頻器的運行，完成工變頻切換。

其中，所述切換處理單元，還用于接收閉合工頻真空接觸器的指令；獲取所述工頻真空接觸器閉合狀態(tài)信息；如果所述工頻真空接觸器閉合狀態(tài)信息為閉合，則停止所述高壓變頻器運行，并發(fā)送打開分頻真空接觸器指令，以便所述分頻真空接觸器打開，完成所述工變頻切換。

其中，所述鎖相處理單元，還用于獲取所述工頻電源信號；如果所述工頻電源信號的頻率和幅值在預設置范圍內，則所述高壓變頻器升頻至所述工頻頻率與鎖相頻率誤差和的頻率處，所述高壓變頻器輸出電壓逐漸逼近工頻電壓V_工；在所述工頻電源信號的上升沿，判斷所述高壓變頻器的輸出信號的角度是否在預設范圍內；如果不在預設范圍內，則繼續(xù)以所述工頻頻率與鎖相頻率誤差和追蹤工頻相位，且實時調整所述高壓變頻器輸出電壓為所述工頻電壓V_工；如果在預設范圍內，則校正所述高壓變頻器的輸出角度為θ₀，變頻頻率等于所述工頻頻率。

依據本實用新型的另一個方面，本實用新型提供了一種高壓變頻器，所述高壓變頻器包括：移相變壓器、功率單元、主控制器；其特征在于，所述主控制器包括：如上所述工變頻切換控制裝置。

其中，所述主控制器通過電壓傳感器LV100和高壓電阻串聯的支路采集所述高壓變頻器輸出電壓；

所述主控制器通過電壓互感器PT檢測工頻電源電壓。

本實用新型的有益效果是：本實用新型技術方案通過獲取高壓變頻器的運行頻率；當所述高壓變頻器的運行頻率達到預設置值時，獲取當前高壓變頻器內各個接觸器狀態(tài)信息；當所述當前高壓變頻器內各個接觸器狀態(tài)信息都正常時，將進行鎖相處理；判斷所述鎖相處理是否成功；如果鎖相處理成功，則停止所述高壓變頻器的運行，完成工變頻切換。采用本實用新型技術方案可以可靠、簡單地實現工變頻無擾切換，且在高壓變頻器工變頻切換中的電機不失電，電流無沖擊。

附圖說明

圖1是現有技術中一種工變頻有擾切換的電路結構圖；

圖2是本實用新型提供的一種工變頻切換控制裝置結構示意圖；

圖3是本實用新型提供的一種高壓變頻器結構示意圖；

圖4是本實用新型提供的一高壓變頻器中工變頻無擾切換的主回路電路結構示意圖；

圖5是本實用新型提供的一種高壓變頻器中信號采集和處理電路結構示意圖；

圖6是本實用新型提供的一種工變頻切換控制方法中鎖相環(huán)控制的具體實現程序流程圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。

本實用新型提供了一種工變頻切換控制裝置及高壓變頻器。

如圖2所示，為本實用新型實施例提供的一種工變頻切換控制裝置結構示意圖；該裝置包括：

頻率獲取單元401，用于獲取高壓變頻器的運行頻率；

狀態(tài)信息獲取單元402，用于當所述高壓變頻器的運行頻率達到預設置值時，獲取當前高壓變頻器內各個接觸器狀態(tài)信息；

鎖相處理單元403，用于當所述當前高壓變頻器內各個接觸器狀態(tài)信息都正常時，將進行鎖相處理；

判斷單元404，用于判斷所述鎖相處理是否成功；

切換處理單元405，用于如果鎖相處理成功，則停止所述高壓變頻器的運行，完成工變頻切換。

需要說明的是，所述切換處理單元，還用于接收閉合工頻真空接觸器的指令；獲取所述工頻真空接觸器閉合狀態(tài)信息；如果所述工頻真空接觸器閉合狀態(tài)信息為閉合，則停止所述高壓變頻器運行，并發(fā)送打開分頻真空接觸 器指令，以便所述分頻真空接觸器打開，完成所述工變頻切換。

還要說明的是，所述鎖相處理單元，還用于獲取所述工頻電源信號；如果所述工頻電源信號的頻率在預設置范圍內，則所述高壓變頻器升頻至所述工頻頻率與鎖相頻率誤差和，即f_工+Δf₀處，所述高壓變頻器輸出電壓逐漸逼近工頻電壓V_工；在所述工頻電源信號的上升沿，判斷所述高壓變頻器的輸出信號的角度是否在預設范圍內；如果不在預設范圍內，則繼續(xù)以所述工頻頻率與鎖相頻率誤差和，即f_工+Δf₀追蹤工頻相位，且實時調整所述高壓變頻器輸出電壓為工頻電壓V_工；如果在預設范圍內，則校正所述高壓變頻器的輸出角度為θ₀，變頻頻率等于f_工。

基于以上所述實施例，以下為本發(fā)明提供的一種工變頻切換控制裝置中工變頻切換控制流程，在工變頻切換控制功能啟動后，執(zhí)行以下操作：

201：獲取高壓變頻器的運行頻率；例如：高壓變頻器的運行至頻率50Hz；

202：當所述高壓變頻器的運行頻率達到預設置值時，獲取當前高壓變頻器內各個接觸器狀態(tài)信息；設所述預設置值為50Hz，則此時，所述高壓變頻器的運行頻率達到預設置值，則獲取當前高壓變頻器內各個接觸器狀態(tài)信息，通過所述各個接觸器狀態(tài)信息判斷各個接觸器是否準備好，若有狀態(tài)異常，報警并退出；如果所述當前高壓變頻器內各個接觸器狀態(tài)信息都正常，則執(zhí)行如下步驟203。

203：當所述當前高壓變頻器內各個接觸器狀態(tài)信息都正常時，將進行鎖相處理；

204：判斷所述鎖相處理是否成功；

205：如果鎖相處理成功，則停止所述高壓變頻器的運行，完成工變頻切換。該步驟具體包括：接收閉合工頻真空接觸器的指令；獲取所述工頻真空接觸器閉合狀態(tài)信息；如果所述工頻真空接觸器閉合狀態(tài)信息為閉合，則停止所述高壓變頻器運行，并發(fā)送打開分頻真空接觸器指令，以便所述分頻真空接觸器打開，完成所述工變頻切換。

基于以上實施例，以下為本發(fā)明提供的一種工變頻切換控制方法中鎖相 處理的流程圖；所述鎖相處理的流程包括：

301：獲取所述工頻電源信號；

302：如果所述工頻電源信號的頻率和幅值在預設置范圍內，則所述高壓變頻器升頻至所述工頻頻率f_工與鎖相頻率誤差Δf₀和的頻率處，即f_工+Δf₀，所述高壓變頻器輸出電壓逐漸逼近工頻電壓V_工；

所述預設置范圍內是指所述工頻電源信號的頻率f_工在49.5Hz～50.5Hz,幅值在95％～105％之間。所述Δf0為一個很小的值，其取值取決于系統(tǒng)對鎖相速度的要求；V_工為工頻電壓有效值。

303：在所述工頻電源信號的上升沿，判斷所述高壓變頻器的輸出信號的角度是否在預設范圍內；

304：如果不在預設范圍內，則繼續(xù)以所述工頻頻率與鎖相頻率誤差和，即f_工+Δf₀蹤工頻相位，且實時調整所述高壓變頻器輸出電壓為工頻電壓V_工；

305：如果在預設范圍內，則校正所述高壓變頻器的輸出角度為θ₀，變頻頻率等于工頻頻率f_工。

需要說明的是，因為變頻電源信號與工頻電源信號的相位不可能做到完全一致，當兩者的相位差處于允許誤差的范圍之內時就進行工頻合閘操作，即所述輸出角度為θ₀在預設誤差范圍內即可，所述誤差范圍取值取決于系統(tǒng)的軟硬件誤差。

需要說明的是，在所述工頻電源信號的上升沿，所述高壓變頻器的輸出信號的角度在預設范圍內度即可判讀所述鎖相處理成功。所述工變頻切換控制方法在切換過程中負載電機不失電，存在工頻電源和高壓變頻器電源同時與負載電機連接狀態(tài)。

如圖3所示，為本實用新型實施例提供的一種高壓變頻器結構示意圖；該高壓變頻器包括：移相變壓器501、功率單元502、主控制器503；所述主控制器503包括：如上所述工變頻切換控制裝置。

其中，所述主控制器通過電壓傳感器LV100和高壓電阻串聯的支路采集 所述高壓變頻器輸出電壓；所述主控制器通過電壓互感器PT檢測工頻電源電壓。

本實用新型的有益效果是：本實用新型技術方案通過獲取高壓變頻器的運行頻率；當所述高壓變頻器的運行頻率達到預設置值時，獲取當前高壓變頻器內各個接觸器狀態(tài)信息；當所述當前高壓變頻器內各個接觸器狀態(tài)信息都正常時，將進行鎖相處理；判斷所述鎖相處理是否成功；如果鎖相處理成功，則停止所述高壓變頻器的運行，完成工變頻切換。采用本實用新型技術方案可以可靠、簡單地實現工變頻無擾切換，且在高壓變頻器工變頻切換中的電機不失電，電流無沖擊。

基于以上實施例，以下對本實用新型技術方案的實現原理進行詳細說明；具體如下：

本實用新型技術方案高壓變頻器同時檢測變頻電源和工頻電源的幅值、頻率和相位，當兩種電源的頻率差、相位差、幅值差小于規(guī)定誤差時,鎖定當前工頻電壓進行切換，采用先投后切的方案，實現無擾動切換。所述規(guī)定誤差為一個很小的值，其取值取決于系統(tǒng)對鎖相速度的要求。

本實用新型技術方案中的高壓變頻器的主拓撲結構包括：移相變壓器、功率單元和主控制器；所述移相變壓器采用延邊三角形繞法，可有效濾除輸入電流諧波，對電網側不產生諧波污染；所述移相變壓器副邊側多繞組分別為各功率單元供電，使各功率單元的輸入電源相互隔離；各相的多個功率單元輸出側直接串聯起來，最終形成三相平衡的高電壓輸出，輸出電壓規(guī)格與每相串聯的功率單元個數以及各功率單元母線電壓大小有關，視實際需求而定，通常多為6kV或者10kV；所述主控制器完成對高壓變頻器輸出的控制運算、輸出電流信號的采樣、故障處理以及控制命令的下發(fā)。

圖4所示為本實用新型提出的工變頻無擾切換的主回路結構示意圖，所述高壓變頻器的輸入端經過進線開關QS1和高壓真空接觸器KM1與工頻電源連接；所述高壓變頻器的輸出端依次經過出線開關QS2、三相輸出濾波電抗器L和高壓真空接觸器KM2與負載電機連接，在這條支路上，通過電壓 傳感器LV100和高壓電阻采集變頻器輸出電壓的幅值、相位和頻率；工頻真空接觸器KM3串接在工頻電源和負載電機之間，在這條支路上，通過電壓互感器PT檢測工頻電源的幅值、相位和頻率。

如圖5為高壓變頻器中信號采集和處理電路結構示意圖。所述高壓變頻器主要包括核心芯片CPLD、采樣芯片AD、數字量輸入/輸出模塊和光電轉換模塊。所述采樣芯片AD采集變頻器輸出電壓的有效值和工頻電源電壓信號的有效值、數字量輸入/輸出模塊實現與可編程邏輯控制器輸入輸出接口的連接、光電轉換模塊實現與所述主控制器的信號傳遞。

如圖6所示，為本實用新型提供的一種工變頻切換控制裝置中工變頻切換控制方法流程，該控制方法具體包括：

步驟1：檢測工頻電源信號是否滿足要求。

步驟2：變頻器按照頻率等于f_工+Δf₀、電壓等于V_工輸出，去追蹤工頻電壓相位；其中：f_工為工頻頻率；Δf₀為一個很小的值，其取值取決于系統(tǒng)對鎖相速度的要求；V_工為工頻電壓有效值。

步驟3：在工頻電源信號的上升沿，檢查變頻器輸出角度是否滿足要求；如果不滿足，變頻頻率繼續(xù)以f_工+Δf₀追蹤工頻相位，與此同時，判斷所述工頻幅值和變頻幅值的誤差是否在一定誤差范圍內，該誤差范圍是ΔV，具體的講是指工頻幅值V_工與變頻幅值V_變的差的絕對值小于ΔV，即|V_工-V_變|<ΔV；如果所述工頻幅值V_工與變頻幅值V_變的差的絕對值小于ΔV，則實時調整變頻電壓等于V_工；如果所述工頻幅值V_工與變頻幅值V_變的差的絕對值不小于ΔV，則異常告警。

在工頻電源信號的上升沿，檢查變頻器輸出角度是否滿足要求，具體的講，變頻器輸出角度在θ₀與θ₁之間，則校正變頻器的輸出角度為θ₀，變頻頻率等于f_工，因為變頻電源與工頻電源的相位不可能做到完全一致，當兩者的相位差處于允許誤差的范圍之內時就進行工頻合閘操作，因為是在工頻上升沿，所以工頻相位是0，所以θ₀與θ₁之間也可以理解為允許的變頻角度范圍，只要變頻的角度在θ₀與θ₁之間之內都認為鎖相成功；所述θ₀與θ₁之間 的取值取決于系統(tǒng)的軟硬件誤差。

步驟4：發(fā)送閉合交流接觸器KM3的指令，閉合KM3。

步驟5：判斷KM3閉合是否成功，如果閉合成功，則停止變頻器，鎖相過程結束。

步驟6：如果還沒有閉合；此處所述的還沒有閉合是指在閉合的過程中繼續(xù)檢測角度是否滿足，而非閉合失敗的情況，則在工頻電源信號的上升沿，檢查變頻器輸出角度是否滿足要求；如果不滿足，發(fā)出異常告警；如果滿足，則校正變頻器的輸出角度為θ₀，變頻頻率等于f_工，然后繼續(xù)判斷KM3閉合是否成功，繼續(xù)步驟5和6。

需要說明的是，如果合閘過程中如果相位差大，會有電流沖擊，所以設計的就是合閘過程中有大的相位差就異常報警退出。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護范圍內。