三相电源系统无扰切换系统、锁相方法和装置及高压变频器制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三相电源系统无扰切换系统、锁相方法和装置及高压变频器。该方法包括：在收到锁相触发信号时，采样第一三相电源的输出电压和第二三相电源的输出电压；根据第二三相电源的输出电压的相位对第一三相电源的输出电压进行dq旋转坐标变换，将第一三相电源的输出电压转换为两相直流电压Ud和Uq；通过Ud和Uq判断第二三相电源的输出电压和第一三相电源的输出电压的相位差是否为180°，如果相位差为180°，则调整第二三相电源的输出频率，使第一三相电源和第二三相电源的输出电压的相位差不为180°，然后根据调整后的输出频率对第二三相电源的输出频率进行升降频处理，使得锁相时相位差只能为0°。本发明专利技术提升了锁相环算法的精度。

【技术实现步骤摘要】
三相电源系统无扰切换系统、锁相方法和装置及高压变频器
本专利技术涉及高压变频器控制领域，具体涉及一种三相电源系统无扰切换系统、锁相方法和装置及高压变频器。
技术介绍
节约能源、降低消耗，构建资源节约型、环境友好型社会已是当今社会发展的一个永恒话题。随着变频调速技术的发展，变频器已作为主要的节能和调速设备被广泛推广。目前，在钢铁厂、电厂和水泥厂这样的高能耗企业中，高压变频器已经越来越广泛地应用于大型风机和泵类的高压电机拖动系统中，它不仅具有减少启动电流的软启功能，还具有显著的节能效果。有些工况对负载的供电要求比较严格，一旦投入运行就不允许停机，这种情况下一旦供电电源发生故障或者供电电源需要检修，就需要进行两路供电电源(高压变频器电源与工频电源)之间的相互切换。高压变频器与工频电源之间常用的切换方式分为异步切换和同步切换。根据切换过程中是否需要变频器电压与工频电源电压时刻保持同幅、同频、同相，可将同步切换分为有扰切换(先切后投)和无扰切换(先投后切)。有扰切换，是指先切后投的切换，在切换过程中负载存在失电过程，转速和电流都存在扰动。无扰切换，是指先投后切的切换，在切换过程中负载供电不存在扰动，切换过程平稳、无冲击。无扰切换的实现中很关键的一个技术就是锁相环(PhaseLockedLoop，简称PLL)算法的设计。目前，常用的方法有基于升降速的锁相环算法、基于砍角度的锁相环算法和基于dq坐标变换的锁相环算法。下面对这三种算法的优缺点进行分析：(一)通过基于升降速的锁相环算法的工作原理是，将高压变频器的输出频率升频至某一固定频率，例如50.5Hz，然后按照固定的降速时间降速，寻找变频和工频的同频、同相位点，然后进行投切。这种算法的缺点在于：其得以实现的前提是工频电源的输出电压的频率固定，例如固定为50Hz。但是按照GB_T_15945-2008标准，电力系统正常运行条件下频率偏差限值为±0.2Hz，当系统容量较小时，偏差限值可以放宽到±0.5Hz。所以，工频电源的输出电压的频率不能认为是固定不变的。如果工频电源的输出电压的频率不固定，在固定的升降速时间下，工频电源输出电压的频率附近内很有可能找不到同频同相的投切点。另外，该算法只是一个寻找合闸时刻的办法，对合闸之后的实时锁相不容易实现。因此，这种方法不是最理想的锁相环算法，在实际应用中不建议采用。(二)通过基于砍角度的锁相环算法的工作原理是：令高压变频器的输出电压的频率和电压有效值按照f变＝f工+0.1Hz、V变＝V工输出，去追踪工频电源的输出电压的频率和电压有效值(其中：f变和f工为高压变频器输出电压和工频电源输出电压的当前频率；V变和V工为高压变频器输出电压和工频电源输出电压的有效值)，在每个工频电源信号的上升沿，检查高压变频器输出电压的相位是否满足投切要求。如果不满足，则令高压变频器输出电压的频率继续以f工+0.1Hz追踪工频电源的输出电压的频率，与此同时，实时调整高压变频器的输出电压V变等于V工；如果满足，直接将高压变频器的输出电压的角度(相位)砍成工频电源的输出电压的角度(相位)，使得高压变频器的输出电压的频率按照工频电源的输出电压的频率输出，并通知可编程逻辑控制器PLC合闸相应的交流接触器，在合闸过程中，每一个周波变频相位修正一次。这种方法的缺点在于：一个电压周期才调整一次高压变频器输出电压的角度(相位)，只能在工频电源过零点调整，高压变频器的输出电压的波形的正弦度受影响。另外，该算法令高压变频器的输出电压的频率以f变＝f工+0.1Hz来跟踪工频电源的输出电压的频率，在工频电源的输出电压的频率不变的情况下，高压变频器的输出电压的频率最长10s能跟踪上工频电源的输出电压的频率，若工频电源的输出电压的频率变化或者检测值波动，则锁相时间会更长，因此，这种算法的锁相时间不可控。(三)通过基于dq坐标变换的锁相环算法的工作原理主要是：利用高压变频器的输出电压的相位将工频电源的输出电压进行dq坐标变换，将工频电源的输出电压转化为两相直流电压Ud和Uq，只要控制Uq为零，则认为锁相成功。这种算法的缺点在于：当Uq＝0时，存在两种情况，一种是Δθ＝θ0-θ＝0°，另一种是Δθ＝θ0-θ＝180°。Δθ＝0°表示工频电源的输出电压的相位和高压变频器的输出电压的相位相同，此时，可以实现锁相的目的。但是，Δθ＝180°表示工频电源的输出电压的相位和高压变频器的输出电压的相位相反，此时，比例积分(ProportionIntegral，PI)调节无法对高压变频的输出电压的相位进行调节，即此时PI调节器不再工作了，如果此时将工频电源和高压变频器进行无扰切换，将存在极大的安全隐患。由此可见，虽然基于dq坐标变换的锁相环算法相比于其他两种算法具有较强优势，但是依旧存在不足。
技术实现思路
本专利技术提供了一种三相电源系统无扰切换系统、锁相方法和装置及高压变频器，以解决上述问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种三相电源系统无扰切换的锁相方法，所述方法包括：在收到锁相触发信号时，采样第一三相电源的输出电压和第二三相电源的输出电压；根据所述第二三相电源的输出电压的相位对所述第一三相电源的输出电压进行dq旋转坐标变换，将所述第一三相电源的输出电压转换为两相直流电压Ud和Uq，其中Ud为旋转坐标系中d轴的电压分量，Uq为旋转坐标系中q轴的电压分量；通过Ud和Uq判断所述第二三相电源和所述第一三相电源的输出电压的相位差是否为180°，如果相位差为180°，则调整所述第二三相电源的输出频率，使所述第一三相电源和所述第二三相电源的输出电压的相位差不为180°，然后根据调整后的输出频率对所述第二三相电源的输出频率进行升降频处理；如果相位差不为180°时，则对所述Uq进行比例积分PI调节控制，输出所述第二三相电源的目标频率，然后根据所述目标频率对所述第二三相电源的输出频率进行升降频处理；在判断所述第二三相电源和所述第一三相电源的输出电压的相位差不为180°时，进一步通过Ud和Uq判断所述第二三相电源和所述第一三相电源的输出电压的相位差是否为0°，并在相位差为0°时实现锁相。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种三相电源系统无扰切换的锁相装置，所述装置包括：电压采样电路，被配置为在收到锁相触发信号时，采样第一三相电源的输出电压和第二三相电源的输出电压；三相电压转换电路，被配置为根据所述第二三相电源的输出电压的相位对所述第一三相电源的输出电压进行dq旋转坐标变换，将所述第一三相电源的输出电压转换为两相直流电压Ud和Uq，其中Ud为旋转坐标系中d轴的电压分量，Uq为旋转坐标系中q轴的电压分量；180°相位差处理电路，被配置为通过Ud和Uq判断所述第二三相电源和所述第一三相电源的输出电压的相位差是否为180°，如果相位差为180°，则调整所述第二三相电源的输出频率，使所述第一三相电源和所述第二三相电源的输出电压的相位差不为180°，然后根据调整后的输出频率对所述第二三相电源的输出频率进行升降频处理；如果相位差不为180°时，则对所述Uq进行比例积分PI调节控制，输出所述第二三相电源的目标频率，然后根据所述目标频率对所述第二三相电源的输出频率进行升降频处理；0°相位差处理电路，被配置为在判断所述第二三相电源和所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相电源系统无扰切换的锁相方法，其特征在于，所述方法包括：在收到锁相触发信号时，采样第一三相电源的输出电压和第二三相电源的输出电压；根据所述第二三相电源的输出电压的相位对所述第一三相电源的输出电压进行dq旋转坐标变换，将所述第一三相电源的输出电压转换为两相直流电压Ud和Uq，其中Ud为旋转坐标系中d轴的电压分量，Uq为旋转坐标系中q轴的电压分量；通过Ud和Uq判断所述第二三相电源的输出电压和所述第一三相电源的输出电压的相位差是否为180°，如果相位差为180°，则调整所述第二三相电源的输出频率，使所述第一三相电源和所述第二三相电源的输出电压的相位差不为180°，然后根据调整后的输出频率对所述第二三相电源的输出频率进行升降频处理；如果相位差不为180°时，则对所述Uq进行比例积分PI调节控制，输出所述第二三相电源的目标频率，然后根据所述目标频率对所述第二三相电源的输出频率进行升降频处理；在判断所述第二三相电源和所述第一三相电源的输出电压的相位差不为180°时，进一步通过Ud和Uq判断所述第二三相电源和所述第一三相电源的输出电压的相位差是否为0°，并在相位差为0°时实现锁相。

【技术特征摘要】
1.一种三相电源系统无扰切换的锁相方法，其特征在于，所述方法包括：在收到锁相触发信号时，采样第一三相电源的输出电压和第二三相电源的输出电压；根据所述第二三相电源的输出电压的相位对所述第一三相电源的输出电压进行dq旋转坐标变换，将所述第一三相电源的输出电压转换为两相直流电压Ud和Uq，其中Ud为旋转坐标系中d轴的电压分量，Uq为旋转坐标系中q轴的电压分量；通过Ud和Uq判断所述第二三相电源的输出电压和所述第一三相电源的输出电压的相位差是否为180°，如果相位差为180°，则调整所述第二三相电源的输出频率，使所述第一三相电源和所述第二三相电源的输出电压的相位差不为180°，然后根据调整后的输出频率对所述第二三相电源的输出频率进行升降频处理；如果相位差不为180°时，则对所述Uq进行比例积分PI调节控制，输出所述第二三相电源的目标频率，然后根据所述目标频率对所述第二三相电源的输出频率进行升降频处理；在判断所述第二三相电源和所述第一三相电源的输出电压的相位差不为180°时，进一步通过Ud和Uq判断所述第二三相电源和所述第一三相电源的输出电压的相位差是否为0°，并在相位差为0°时实现锁相。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进一步通过Ud和Uq判断所述第二三相电源和所述第一三相电源的输出电压的相位差是否为0°，并在相位差为0°时实现锁相，包括：在通过Ud和Uq判断所述第二三相电源和所述第一三相电源的输出电压的相位差是否为0°之前，启动计时；如果相位差为0°，则累计计时时间，并在计时时间达到时间阈值时，判断所述第二三相电源和所述第一三相电源的输出电压的幅值是否相同，如果幅值相同则进行锁相，如果幅值不相同则清除计时时间；如果相位差不为0°，则清除计时时间。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过Ud和Uq判断所述第二三相电源和所述第一三相电源的输出电压的相位差是否为180°包括：如果Ud<0，且Uq的绝对值小于第一电压幅度阈值，则判断所述第二三相电源和所述第一三相电源的输出电压的相位差为180°。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过Ud和Uq判断所述第二三相电源和所述第一三相电源的输出电压的相位差是否为0°包括：如果Ud>0，且Uq大于第二电压幅度阈值且小于0，所述第二电压幅度阈值小于0，则判断所述第一三相电源和所述第二三相电源的输出电压的相位差为0°。5.一种三相电源系统无扰切换的锁相装置，其特征在于，所述装置包括：电压采样电路，被配置为在收到锁相触发信号时，采样第一三相电源的输出电压和第二三相电源的输出电压；三相电压转换电路，被配置为根据所述第二三相电源的输出电压的相位对所述第一三相电源的输出电压进行dq旋转坐标变换，将所述第一三相电源的输出电压转换为两相直流电压Ud和Uq，其中Ud为旋转坐标系中d轴的电压分量，Uq为旋转坐标系中q轴的电压分量；180°相位差处理电路，被配置为通过Ud和Uq判断所述第二三相电源和所述第一三相电源的输出电压的相位差是否为180°，如果相位差为180°，则调整所述第二三相电源的输出频率，使所述第一三相电源和所述第二三相电源的输出电压的相位差不为180°，然后根据调整后的输出频率对所述第二三相电源的输出频率进行升降频处理；如果相位差不为180°时，则对所述Uq进行比例积分PI调节控制，输出所述第二三相电源的目标频率，然后根据所述目标频率对所述第二三相电源的输出频率进行升降频处理；0°相位差处理电路，被配置为在判断所述第二三相电源和所述第一三相电源的输出电压的相位差不为180°时，进一步通过Ud和Uq判断所...

【专利技术属性】
技术研发人员：石双双，陈鹏，
申请(专利权)人：北京动力源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11