反应堆关键电动阀门电机低电压穿越控制方法及控制器技术

本发明专利技术公开了一种反应堆关键电动阀门电机低电压穿越控制方法及控制器，应用于反应堆关键阀门电机的低电压穿越，针对传统反应堆阀门控制方式在电网电压出现跌落情况下开关阀动作变慢，无法满足系统安全性要求的问题，提出了一种采用电压闭环反馈弱磁补偿的阀门电机低电压穿越方法及控制器，理论分析和实验均表明，相比于传统的阀门电机控制方式有着明显的优势，能够在电压跌落的情况下稳定阀门电机转速，实现反应堆关键阀门电机低电压穿越。

Low voltage ride through control method and controller of reactor key electric valve motor

【技术实现步骤摘要】
反应堆关键电动阀门电机低电压穿越控制方法及控制器
本专利技术涉及反应堆关键电动阀门电机控制领域，具体地，涉及反应堆关键电动阀门电机低电压穿越控制方法及控制器。
技术介绍
传统的阀门电机采用全压直接启动并运行的方式，运行方式在理想工况下往往能够满足设计中对于开关阀速度的要求。但反应堆供电系统是一个特殊的系统，尤其是安全相关的关键阀门往往需要在应急状态下进行动作，在这种状态下，整个反应堆供电系统处在孤岛运行状况下。此时电网很容易出现短时间内的供电电压波动，这种供电电压波动，尤其是电压的突然下降，会使得阀门电机运行速度出现大幅度跌落，使得阀门开关阀动作时间延长，使得反应堆安全性下降。
技术实现思路
本专利技术提出了一种反应堆关键电动阀门电机低电压穿越控制方法及控制器，针对传统阀门电机控制系统中存在的在电网波动情况下无法有效执行开关阀动作提出了新的解决方案。本专利技术阀门电机控制中采用电压反馈补偿弱磁控制控制策略，即在传统控制中的弱磁曲线上，叠加相应的电压补偿量。在阀门电机运行过程中，对电机磁链继续动态补偿，当电网电压出现短时间跌落，母线电压值不足以维持当前转速的情况下，动态判断进入弱磁状态，磁链补偿控制策略通过使用电压给定值与限制电压值的比较来产生励磁电流的给定值，以消除电压跌落对于阀门电机转速的影响。由于电网电压大小的限制，以及电机驱动器中主要驱动器件电压电流的限制，使得阀门电机在运行过程中转速总存在一个限值，无法继续提高，而当电网电压下降时，这一转速限值也随之下降，这就是阀门电机转速性能迅速下降的直接原因，同时阀门电机中磁路饱和、温升和绝缘等问题也限值了电机转速的提高。那么为了在电压下降的情况下仍然保证电机转速不发生跌落，就需要在满足电压与电流约束条件的前提下，对阀门电机进行弱磁控制。本专利技术阀门电机控制中采用电压反馈补偿弱磁控制控制策略。在传统的弱磁控制方式中，电机运行在基速以上时，转子磁链按照基速与当前速度的比值按比例进行减少，形成弱磁控制曲线，而本专利技术中在这一弱磁控制曲线上进一步叠加相应的电压补偿量。在阀门电机运行过程中，对电机磁链持续动态补偿，以实现阀门电机的低电压穿越，在规定时间内完成开关阀动作，本专利技术设计的电压闭环补偿控制策略如式(1)所示，式中Ψr为当前磁链给定值，Ψrb为初始状态给定的额定磁链值，ωb为运行基速角频率，ωr为电机当前运行角频率。阀门电机在正常运行过程中，电机运行速度并没有达到电压极限圆，输出电压值与电压极限圆差值为正值，调节器没有补偿作用，磁链给定值仍然保持在额定值，能够有效利用阀门电机的负载驱动能力。本专利技术一方面提供了一种反应堆关键电动阀门电机低电压穿越控制方法，另一方面，本专利技术还提供了一种反应堆关键电动阀门电机低电压穿越控制器，所述控制器包括：单片机控制器、主功率电路和检测与起动电路；单片机控制器用于执行阀门电机低电压穿越算法的运算，包括：电压补偿量计算，弱磁曲线的运算，在接收到检测与起动电路母线电压波动的信号时，实现电压补偿量的动态计算与弱磁控制，同时接收检测电路送来的阀门电机运行电压与电流反馈信号向主功率电路输出电机电压与电流控制信号；主功率电路用于实现电力电子变换功能，接收单片机控制器的控制信号，对阀门电机绕组电压与电流进行直接控制，直接实现低电压穿越的功能；检测与起动电路用于对阀门电机电压与电流信号、阀门电机位置信号进行采样与转换，同时监测母线电压值的波动，并将信号送至单片机控制器用于电机低电压穿越算法的运算，同时用于实现阀门电机起动时的换相功能；功率主电路包括主电路与保护电路，主电路用于实现电力电子变换功能，直接对阀门电机电压与电流进行控制；保护电路用于对主电路出现的短路、过流与缺相故障进行保护。进一步的，所述控制器采用电压闭环补偿控制策略对阀门电机磁链进行持续动态补偿，电压闭环补偿控制策略如式(1)所示，式中：Ψr为当前磁链给定值，Ψrb为初始状态给定的额定磁链值，ωb为运行基速角频率，ωr为电机当前运行角频率；阀门电机在正常运行过程中，阀门电机运行速度没有达到电压极限圆，输出电压值与电压极限圆差值为正值，电压补偿调节器没有补偿作用，磁链给定值保持在额定值。进一步的，检测与起动电路包括位置检测电路、信号采样电路和接口电路；位置检测电路用于对阀门电机位置信号进行检测；信号采样电路用于对阀门电机电压与电流信号进行采样与处理，同时监测母线电压的波动值，使电压与电流信号能够送至单片机控制器；接口电路用于实现调试过程中人机交互功能与控制器内部信号输出与观察。进一步的，检测电路中的电流检测模块采用霍尔器件检测，在U相、V相进行电流采样，对采样回来的信号进行偏移和放大，使用LM358搭建偏移和放大电路，并在采样之前对电流采样零值进行校准，加入采样偏移量以消除采样偏移带来的影响。进一步的，当阀门电机母线电压出现跌落时，阀门电机的基速ωb下降，阀门电机运行进入弱磁区，将经过计算得到的电压幅值与测量得到的电压极限圆值进行比较，通过电压补偿调节器输出补偿量，并与弱磁曲线进行叠加合成，通过补偿量将一部分电机d轴电压量分配给q轴进行控制。进一步的，电压补偿调节器采用积分环节，电压补偿调节器积分系数如式(5)所示：其中σ为漏磁系数，Ls为定子电感，Lr为转子电感，Lm为气隙电感，ωe为电动阀门电机同步角频率，Rr为阀门电机转子电阻。本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：针对反应堆关键阀门电机的工作特点，本专利技术提出了一套完整的阀门电机低电压穿越控制方法及控制器，通过电压反馈补偿控制器，在电压出现跌落的时候，对阀门电机进行电压补偿弱磁控制，实现阀门电机低电压穿越，在整个低电压时间内，转速跌落很小，使得阀门在低电压情况下能够在规定时间内完成开关阀动作，保证反应堆运行安全。实验结果与理论分析相吻合，均证明了该方案的有效性，能够有效实现阀门电机低电压穿越的功能。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定；图1是本申请中控制器的电路总体设计示意图；图2是本申请中磁链补偿控制框图；图3是本申请中磁链补偿控制器示意图；图4a是传统控制方式下2950rpm紧急关阀过程中母线电压跌落时转矩变化示意图；图4b是低电压穿越技术控制方式下2950rpm紧急关阀过程中母线电压跌落时转矩变化示意图；图5a是传统控制方式下电压跌落时转速变化示意图；图5b是低电压穿越技术控制方式电压跌落时转速变化示意图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.反应堆关键电动阀门电机低电压穿越控制方法，其特征在于，所述方法包括：/n当电网电压出现跌落，母线电压值不足以维持阀门电机当前转速的情况下，在阀门电机运行过程中，对阀门电机磁链持续动态补偿，以实现阀门电机的低电压穿越，在规定时间内完成开关阀动作。/n

【技术特征摘要】
1.反应堆关键电动阀门电机低电压穿越控制方法，其特征在于，所述方法包括：
当电网电压出现跌落，母线电压值不足以维持阀门电机当前转速的情况下，在阀门电机运行过程中，对阀门电机磁链持续动态补偿，以实现阀门电机的低电压穿越，在规定时间内完成开关阀动作。


2.根据权利要求1所述的反应堆关键电动阀门电机低电压穿越控制方法，其特征在于，当母线电压出现跌落时，阀门电机的基速ωb下降，阀门电机运行进入弱磁区，将经过计算得到的电压幅值与测量得到的电压极限圆值进行比较，通过电压补偿调节器输出补偿量，并与弱磁曲线进行叠加合成，以实现阀门电机的低电压穿越，在规定时间内完成开关阀动作。


3.根据权利要求2所述的反应堆关键电动阀门电机低电压穿越控制方法，其特征在于，阀门电机运行在基速以上时，转子磁链按照基速与当前速度的比值按比例进行减少，形成弱磁控制曲线。


4.根据权利要求1所述的反应堆关键电动阀门电机低电压穿越控制方法，其特征在于，本方法采用电压闭环补偿控制策略对阀门电机磁链进行持续动态补偿，电压闭环补偿控制策略如式(1)所示，式中：Ψr为当前磁链给定值，Ψrb为初始状态给定的额定磁链值，ωb为运行基速角频率，ωr为电机当前运行角频率；



阀门电机在正常运行过程中，阀门电机运行速度没有达到电压极限圆，输出电压值与电压极限圆差值为正值，电压补偿调节器没有补偿作用，磁链给定值保持在额定值。


5.反应堆关键电动阀门电机低电压穿越控制器，其特征在于，所述控制器包括：
单片机控制器、主功率电路和检测与起动电路；
单片机控制器用于执行阀门电机低电压穿越算法的运算，包括：电压补偿量计算，弱磁曲线的运算，在接收到检测与起动电路母线电压波动的信号时，实现电压补偿量的动态计算与弱磁控制，同时接收检测电路送来的阀门电机运行电压与电流反馈信号向主功率电路输出电机电压与电流控制信号；
主功率电路用于实现电力电子变换功能，接收单片机控制器的控制信号，对阀门电机绕组电压与电流进行直接控制，直接实现低电压穿越的功能；
检测与起动电路用于对阀门电机电压与电流信号、阀门电机位置信号进行采样与转换，同时监测母线电压值的波动，并将信号送至单片机控制器用于电机低电压穿越算法的运算，同时用于实现阀门电机起动时的换相功...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斯其，余峰，胡忠平，阴自阳，胡俊，肖腊梅，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川;51