一种矿用变频驱动系统漏电保护方法和系统技术方案

本发明专利技术属于矿用变频驱动技术领域，公开了一种矿用变频驱动系统漏电保护方法和系统，方法包括以下步骤：S1、对变频器的三相输出电压和对地漏电电流进行四路同步采样；S2、对测量到的三相电压进行共模变换，得到共模电压值；S3、对共模电压和共模电流进行傅里叶变换，得到谐波电压和谐波电流，其中，傅里叶变换的频率上限设为变频器开关频率；S4、将电压幅值小于电压阈值或者电流幅值小于电流阈值的所有谐波信号舍去；然后在剩余的谐波中，逐次计算各个相同频率的谐波电压和谐波电流的相位差，若出现相位差在±10°之内，则判定电阻性电路占主要成分，输出漏电保护信号。本发明专利技术实现了分级漏电保护的功能，提高了矿用变频驱动系统的安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种矿用变频驱动系统漏电保护方法和系统
本专利技术属于矿用变频驱动系统领域，具体涉及一种矿用变频驱动系统漏电保护方法和系统。
技术介绍
随着变频传动系统在煤矿推广使用，尤其是在机载设备上，采煤机、连采机、梭车、掘锚机大都采用变频牵引系统，由于传统漏电保护系统，必须有一个接地电阻存在，导致了整个变压器后端只能有一套漏电保护，如果有多套，必然相互影响，无法正常工作。也就是在变压器后端，所有的用电设备共享一套漏电保护，其他用电设备的绝缘状态完全依靠它来执行，失去了分级保护的意义，如出现对地绝缘偏低，很难准确定位故障点。针对交流供电系统，目前煤矿常规的检测原理是零序电压电流和附加直流法，对于标准的工频用电设备，其性能可以完全满足，但对于变频驱动装置，由于高频漏电流的存在，其零序电压电流检测方法无法正常工作。附加直流检测法可以勉强使用，但对于大功率四象限运行的变频驱动装置，其经常误动作，只能通过降低灵敏度勉强在用。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种矿用变频驱动系统漏电保护方法，以提高矿用变频驱动系统的安全性和可靠性。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种矿用变频驱动系统漏电保护方法，包括以下步骤：S1、对变频器的三相输出电压和对地漏电电流进行四路同步采样，得到三相输出对直流中性点电压的采样瞬时值ua，ub和uc，以及对地漏电电流的采样瞬时值i，将对地漏电电流的瞬时值i作为共模电流；S2、对测量到的三相电压进行共模变换，得到共模电压值u，变换公式为：；其中，k1、k2、k3分别表示共模变换系数，且有k1+k2+k3=3；S3、对共模电压和共模电流进行傅里叶变换，得到谐波电压和谐波电流，其中，傅里叶变换的频率上限设为变频器开关频率；S4、将电压幅值小于电压阈值或者电流幅值小于电流阈值的所有谐波信号舍去；然后在剩余的谐波中，逐次计算各个相同频率的谐波电压和谐波电流的相位差，若出现相位差在±10°之内，则判定电阻性电路占主要成分，输出漏电保护信号。所述步骤S3中，对共模电压和共模电流进行傅里叶变换，得到谐波电压和谐波电流的公式为：；；其中，U0表示直流分量，k表示变频器的开关频率，j为从1到变频器的开关频率k的正整数，Aj表示第j次谐波电压的幅值，ωj表示第j次谐波电压和谐波电流的角频率，ωj=2π*j；θj表示第j次谐波电压的相位角，I0表示直流分量，Bj表示第j次谐波电流的幅值，表示第j次谐波电流的相位角。所述各个相同频率的谐波电压和谐波电流的相位差为θj–Øj。步骤S2中，所述共模变换系数k1、k2、k3依据变频器死区和IGBT开通和关断的时间来确定。此外，本专利技术还提供了一种矿用变频驱动系统漏电保护单元，用于实施所述的一种漏电保护方法，包括漏电保护控制单元和采集单元，所述采集单元用于采集三相输出电压和对地漏电电流，所述漏电保护控制单元用于根据采集单元采集的信号，输出漏电保护信号。所述采集单元包括三个霍尔电压传感器、一个霍尔电流传感器、调理电路和AD同步采样单元，所述三个霍尔电压传感器和霍尔电流传感器用于测量三相相对直流中性点电压和三相输出的对地漏电流，并发送给调理电路；所述调理电路用于将其变换成±10V的双极性交流高频信号后送入AD同步采样单元，AD采样单元用于对信号进行采样后，发送至所述漏电保护控制单元。所述AD同步采样单元的采样率大于10M。所述电流阈值为30mA，电压阈值为36V。进一步地，本专利技术还提供了一种矿用变频驱动系统漏电保护系统，包括多个所述的矿用变频驱动系统漏电保护单元，所述矿用变频驱动系统漏电保护单元分别设置在母线上以及各个分支变频器的输出端上。各个分支变频器的输出端上的漏电保护单元的谐波电流阈值和响应时间均大于母线上的漏电保护单元谐波电流阈值和响应时间。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：（1）本专利技术提供了一种矿用变频驱动系统漏电保护方法和系统，通过对变频系统的三相输出电压和对地漏电电流进行四路同步采样，然后对三相输出电压和对地漏电电流进行共模变换以及傅里叶变换后，得到了谐波电压和谐波电流，通过比较谐波电流和谐波电压的相位，实现了变频系统的漏电保护，提高了变频系统的安全性；（2）由于本专利技术的漏电保护方法无需加装接地电阻，相互之间没有干扰信号，因此可以针对同一电网的每个变频驱动系统安装一套漏电保护单元，同时在母线上安装一套母线单元，若某个分支线路的变频驱动系统出现漏电情况，该支路的漏电保护单元输出停机信号，变频器停止输出，因此本专利技术实现了分级漏电保护的功能，提高了矿用变频驱动系统的安全性和可靠性。附图说明图1为本专利技术实施例一提供的一种矿用变频驱动系统漏电保护方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例一提供的一种矿用变频驱动系统漏电保护方法采用的控制硬件示意图；图3为本专利技术实施例二提供的一种矿用变频驱动系统漏电保护系统的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一如图1所示，本专利技术实施例提供了一种矿用变频驱动系统漏电保护方法，包括以下步骤：S1、高速采样：对变频器的三相输出电压和对地漏电电流进行四路同步采样，得到三相输出对直流中性点电压的采样瞬时值ua，ub和uc，以及对地漏电电流的采样瞬时值i，将对地漏电电流的瞬时值i作为共模电流。S2、共模变换：对测量到的三相电压进行共模变换，得到共模电压值u，变换公式为：；（1）其中，k1、k2、k3分别表示共模变换系数，且有k1+k2+k3=3。所述共模变换系数k1、k2、k3依据变频器死区和IGBT开通和关断的时间来确定。一般可以取k1=k2=k3=1，当三相IGBT导通和关断的时间不对称度超过10%以上时，可以按照实际测量的不对称度按比例分配k1、k2、k3值，S3、傅里叶变换：对共模电压和共模电流进行傅里叶变换，得到谐波电压和谐波电流，其中，傅里叶变换的频率上限设为变频器开关频率。具体地，本专利技术实施例中，对共模电压和共模电流进行傅里叶变换后，得到谐波电压和谐波电流与共模电压和共模电流的关系为：；（2）；（3）其中，U0表示直流分量，k表示变频器的开关频率，j为从1到变频器的开关频率k的正整数，Aj表示第j次谐波电压的幅值，ωj表示第j次谐波电压和谐波电流的角频率，ωj=2π*j；θj表示第j次谐波电压的相位角，I0表示直流分量，Bj表示第j次谐波电流的幅值，表示第j次谐波电流的相位角。S4、漏电判断。首先，进行幅值判断，将电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿用变频驱动系统漏电保护方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、对变频器的三相输出电压和对地漏电电流进行四路同步采样，得到三相输出对直流中性点电压的采样瞬时值u

【技术特征摘要】
1.一种矿用变频驱动系统漏电保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对变频器的三相输出电压和对地漏电电流进行四路同步采样，得到三相输出对直流中性点电压的采样瞬时值ua，ub和uc，以及对地漏电电流的采样瞬时值i，将对地漏电电流的瞬时值i作为共模电流；
S2、对测量到的三相电压进行共模变换，得到共模电压值u，变换公式为：

；
其中，k1、k2、k3分别表示共模变换系数，且有k1+k2+k3=3；
S3、对共模电压和共模电流进行傅里叶变换，得到谐波电压和谐波电流，其中，傅里叶变换的频率上限设为变频器开关频率；
S4、将电压幅值小于电压阈值或者电流幅值小于电流阈值的所有谐波信号舍去；然后在剩余的谐波中，逐次计算各个相同频率的谐波电压和谐波电流的相位差，若出现相位差在±10°之内，则判定电阻性电路占主要成分，输出漏电保护信号。


2.根据权利要求1所述的一种矿用变频驱动系统漏电保护方法，其特征在于，所述步骤S3中，对共模电压和共模电流进行傅里叶变换，得到谐波电压和谐波电流的公式为：

；

；
其中，U0表示直流分量，k表示变频器的开关频率，j为从1到变频器的开关频率k的正整数，Aj表示第j次谐波电压的幅值，ωj表示第j次谐波电压和谐波电流的角频率，ωj=2π*j；θj表示第j次谐波电压的相位角，I0表示直流分量，Bj表示第j次谐波电流的幅值，表示第j次谐波电流的相位角。


3.根据权利要求2所述的一种矿用变频驱动系统漏电保护方法，其特征在于，所述各个相同频率的谐波电压和谐波电流的相位差为θj–Øj。


4.根据权利要求1所述的一种矿用变频驱动系统漏...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹建文，姜铭，田克君，王健，王涛，张爱荣，胡文芳，布朋升，许连丙，程俊强，
申请(专利权)人：中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西天地煤机装备有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14