本實(shí)用新型涉及高壓變頻器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高可靠性高壓變頻器。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器作為智能電控系統(tǒng)的重要組成部分，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，如電力、水利、石化、冶金等行業(yè)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

我國(guó)工業(yè)化的快速發(fā)展促進(jìn)了電動(dòng)機(jī)制造與應(yīng)用向高壓大功率方向發(fā)展。高壓電機(jī)往往是相應(yīng)行業(yè)中的關(guān)鍵器件，而變頻器作為高壓電機(jī)的唯一電源，其可靠性成為制約生產(chǎn)的一大關(guān)鍵因素。

主控系統(tǒng)作為高壓變頻器的核心部分，對(duì)高壓變頻器的可靠性起決定性作用。常規(guī)設(shè)計(jì)的主控系統(tǒng)由電源回路、采樣回路、控制回路等部分組成，電源回路故障、采樣回路異?；蚩刂苹芈肥Ф紝?dǎo)致變頻器停機(jī)，造成生產(chǎn)系統(tǒng)重大事故，影響工況企業(yè)的正常生產(chǎn)秩序，嚴(yán)重時(shí)還將影響到相應(yīng)的電力網(wǎng)絡(luò)、油氣管路等關(guān)系國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種高可靠性高壓變頻器，通過(guò)采用備用的控制系統(tǒng)，滿足了工況企業(yè)的生成需求，有效提高了高壓變頻器的可靠性，降低了變頻器的非計(jì)劃性停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。

本實(shí)用新型提供了一種高可靠性高壓變頻器，包括：三相多副邊繞組變壓器、N個(gè)功率單元和主控系統(tǒng)；其中：

所述三相多副邊繞組變壓器的原邊與三相電網(wǎng)的電壓輸出端相連，三相多副邊繞組變壓器副邊的每一個(gè)繞組與一個(gè)功率單元相連，同相的功率單元串聯(lián)；

所述主控系統(tǒng)包含兩套或兩套以上的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)之間采用冗余控制機(jī)制，通過(guò)工業(yè)總線進(jìn)行相互信息傳輸；

所述控制系統(tǒng)均由獨(dú)立的光纖與所有功率單元相連。

優(yōu)選地，所述每套控制系統(tǒng)均包括：供電電源、控制站、PLC組件和采樣裝置。

優(yōu)選地，所述采樣裝置為霍爾傳感器。

優(yōu)選地，所述三相多副邊繞組變壓器的原邊通過(guò)高壓斷路器與所述三相電網(wǎng)的電壓輸出端相連。

由上述方案可知，本實(shí)用新型提供的一種高可靠性高壓變壓器，主控系統(tǒng)包含兩套或兩套以上的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)之間采用冗余控制機(jī)制，通過(guò)工業(yè)總線進(jìn)行相互信息傳輸，當(dāng)其中一套控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能夠啟用備用的控制系統(tǒng)進(jìn)行工作，從而滿足了工況企業(yè)的生成需求，有效提高了高壓變頻器的可靠性，降低了變頻器的非計(jì)劃性停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型公開(kāi)的功率單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一公開(kāi)的一種高可靠性高壓變頻器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例二公開(kāi)的一種高可靠性高壓變頻器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

如圖1所示，為本實(shí)用新型公開(kāi)的功率單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，目前普遍使用的級(jí)聯(lián)型高壓變頻器的主回路主要由三相多副邊繞組變壓器1和若干個(gè)功率單元2組成。

如圖2所示，為本實(shí)用新型實(shí)施例一公開(kāi)的一種高可靠性高壓變頻器，包括：

三相多副邊繞組變壓器1、N個(gè)功率單元2和主控系統(tǒng)30；其中：

三相多副邊繞組變壓器1的原邊與三相電網(wǎng)的電壓輸出端相連，三相多副邊繞組變壓器1副邊的每一個(gè)繞組與一個(gè)功率單元2相連，同相的功率單元2串聯(lián)；

主控系統(tǒng)30包含兩套或兩套以上的控制系統(tǒng)301，控制系統(tǒng)301之間采用冗余控制機(jī)制，通過(guò)工業(yè)總線進(jìn)行相互信息傳輸；

控制系統(tǒng)301均由獨(dú)立的光纖與所有功率單元2相連。

上述實(shí)施例的工作原理為：高壓變頻器在工作時(shí)，主控系統(tǒng)30中的其中一套控制系統(tǒng)301處于工作狀態(tài)，對(duì)電網(wǎng)側(cè)和電機(jī)側(cè)的電壓、電流進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)光纖與每個(gè)功率單元2相連，對(duì)功率單元2進(jìn)行控制。主控系統(tǒng)30中的每套控制系統(tǒng)301通過(guò)工業(yè)總線進(jìn)行相互之間的通信，確保在變頻器運(yùn)行過(guò)程中每套控制系統(tǒng)301都能夠完整的接收變頻器的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，當(dāng)使能的控制系統(tǒng)301內(nèi)部發(fā)生故障后，由于其他控制系統(tǒng)301實(shí)時(shí)監(jiān)控變頻器的運(yùn)行狀態(tài)和使能控制系統(tǒng)301的狀態(tài)，所以能夠直接接收控制權(quán)，按照相同的算法控制變頻器繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)301之間的無(wú)擾動(dòng)切換功能，控制變頻器繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

由此可以看出，在上述實(shí)施例中，主控系統(tǒng)包含兩套或兩套以上的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)之間采用冗余控制機(jī)制，通過(guò)工業(yè)總線進(jìn)行相互信息傳輸，當(dāng)其中一套控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能夠啟用備用的控制系統(tǒng)進(jìn)行工作，從而滿足了工況企業(yè)的生成需求，有效提高了高壓變頻器的可靠性，降低了變頻器的非計(jì)劃性停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。

如圖3所示，為本實(shí)用新型實(shí)施例二公開(kāi)的一種高可靠性高壓變頻器，該實(shí)施例中以主控系統(tǒng)中包含三套控制系統(tǒng)為例，進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

具體的高壓變頻器包含：三相多副邊繞組變壓器1、N個(gè)功率單元2和三套控制系統(tǒng)，第一套控制系統(tǒng)包含：第一供電電源(在圖中未標(biāo)示出)、第一控制站3、第一PLC組件6和第一采樣裝置(在圖中未標(biāo)示出)；第二套控制系統(tǒng)包含：第二供電電源(在圖中未標(biāo)示出)、第二控制站4、第二PLC組件7和第一采樣裝置(在圖中未標(biāo)示出)；第三套控制系統(tǒng)包含：第三供電電源(在圖中未標(biāo)示出)、第三控制站5、第三PLC組件8和第三采樣裝置(在圖中未標(biāo)示出)。

三相多副邊繞組變壓器1的原邊通過(guò)高壓斷路器與三相電網(wǎng)的電壓輸出端相連，三相多副邊繞組變壓器1副邊的每一個(gè)繞組與一個(gè)功率單元2相連，同相的功率單元2串聯(lián)；

三套控制系統(tǒng)之間采用冗余控制機(jī)制，通過(guò)工業(yè)總線9進(jìn)行相互信息傳輸；

控制系統(tǒng)均由獨(dú)立的光纖與所有功率單元2相連。

在上述實(shí)施例中，為避免供電回路故障導(dǎo)致三套控制系統(tǒng)同時(shí)失效，本實(shí)施例對(duì)每套控制系統(tǒng)分別由一路獨(dú)立的供電電源進(jìn)行供電，每套控制系統(tǒng)中的供電電源只對(duì)對(duì)應(yīng)控制系統(tǒng)中的控制站、PLC組件、采樣裝置，如霍爾傳感器，進(jìn)行供電，確保單套控制系統(tǒng)的獨(dú)立性。顯而易見(jiàn)的，單一供電電源故障只會(huì)引起它供電的該套控制系統(tǒng)失效，不會(huì)影響到其他兩套控制系統(tǒng)。

每套控制系統(tǒng)都分別對(duì)電網(wǎng)側(cè)和電機(jī)側(cè)的電壓、電流進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)光纖分別與每個(gè)功率單元相連，對(duì)功率單元進(jìn)行控制。三套控制系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)總線9進(jìn)行相互之間的通信，確保在變頻器運(yùn)行過(guò)程中每套控制系統(tǒng)都能夠完整的接收變頻器的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

三套控制系統(tǒng)之間通過(guò)硬接點(diǎn)定義控制系統(tǒng)編號(hào)，由1#控制系統(tǒng)使能時(shí)，其他兩套控制系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)。三套控制系統(tǒng)按照預(yù)設(shè)的順序進(jìn)行循環(huán)切換使能，確保變頻器運(yùn)行期間始終只有一套控制系統(tǒng)在發(fā)送控制指令，提高變頻器的運(yùn)行穩(wěn)定性。

針對(duì)變頻器運(yùn)行過(guò)程中三套控制系統(tǒng)之間的切換過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，本實(shí)用新型通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)三套控制系統(tǒng)之間的無(wú)擾動(dòng)切換：

在三套控制系統(tǒng)之間通過(guò)工業(yè)總線9互相連接通信，每套控制系統(tǒng)分別讀取另外兩套控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，而不進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫(xiě)入操作。變頻器運(yùn)行時(shí)三套控制系統(tǒng)通過(guò)高速光纖進(jìn)行時(shí)鐘同步和控制周期同步策略獲得仲裁機(jī)制所需的比較表決數(shù)據(jù)，得到可靠的仲裁結(jié)果，各控制站根據(jù)仲裁結(jié)果來(lái)決定自己運(yùn)行是否正常。

當(dāng)使能的控制系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生故障后由于其他兩套控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控著變頻器的運(yùn)行狀態(tài)和使能控制站的狀態(tài)，所以能夠直接接收控制權(quán)，按照相同的算法控制變頻器繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)之間的無(wú)擾動(dòng)切換功能，控制變頻器繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

本實(shí)施例方法所述的功能如果以軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷(xiāo)售或使用時(shí)，可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算設(shè)備可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本實(shí)用新型實(shí)施例對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái)，該軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，移動(dòng)計(jì)算設(shè)備或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：U盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)、只讀存儲(chǔ)器(ROM，Read-Only Memory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤(pán)等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。

本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其它實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同或相似部分互相參見(jiàn)即可。

對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。