一种高压变频器电流谐波监测报警系统及方法技术方案

本发明专利技术新型公开了一种高压变频器电流谐波监测报警系统及方法，涉及变频器故障检测技术领域，包括设置采样频率采集电动机定子电流数据，对定子电流数据进行信号频谱分析，获取奇数次谐波幅值、最大幅值间谐波和基频幅值，根据获取的奇数次谐波幅值、最大幅值间谐波和基频幅值进行计算得到奇数次谐波和间谐波的含量，设置阈值，若最大奇数次谐波和间谐波最大含量超过阈值，则生成报警信号，将报警信号上报至DCS控制系统，获取故障信息，实现了在不影响主控系统正常运行逻辑基础上实现对输出电流中谐波尤其是间谐波含量信息的正确提取，且设备硬件通过增加干接点和信号节点形成电流谐波在线监测及超标报警的系统方案。流谐波在线监测及超标报警的系统方案。流谐波在线监测及超标报警的系统方案。

【技术实现步骤摘要】
一种高压变频器电流谐波监测报警系统及方法


[0001]本专利技术涉及变频器故障检测
，具体涉及一种高压变频器电流谐波监测报警系统及方法。

技术介绍

[0002]高压变频器在输出侧通过电流传感器对输出电流进行采样，在电流超过额定一定倍数时，变频装置动作，停止输出，分断输出开关，从而保护系统安全，这种基于电流瞬时值的过流保护可在一定范围保护变频装置负载设备安全。
[0003]目前，对于电流幅值未超限值但存在含量丰富的奇数次谐波或是间谐波的情况则束手无策。电流中奇数次谐波或是间谐波含量超标可能是变频装置自身故障、电机故障以及负载特性等不同原因引起的，虽然不会直接造成系统失效，但长时运行或会带来系统发热严重、转矩中波动成分增加、电机或是电机所带负载振动加剧、电机或是电机所带负载转轴受损等问题。
[0004]因此解决上述是我们迫切需要的。
[0005]专利技术新型内容
[0006]有鉴于此，本专利技术新型目的在于提供一种高压变频器电流谐波监测报警系统及方法，以实现在高压变频器系统正常运行过程中对电流谐波进行在线检测且实现在谐波含量超标后进行报警。
[0007]本专利技术新型通过下述技术方案实现：
[0008]一种高压变频器电流谐波监测报警方法，包括：
[0009]S10：设置采样频率采集电动机定子电流数据；
[0010]S20：对定子电流数据进行信号频谱分析，获取奇数次谐波幅值、最大幅值间谐波和基频幅值；
[0011]S30：根据获取的奇数次谐波幅值、最大幅值间谐波和基频幅值进行计算得到奇数次谐波和间谐波的含量；
[0012]S40：设置阈值，若最大奇数次谐波和间谐波最大含量超过阈值，则生成报警信号；
[0013]S50：将报警信号上报至DCS控制系统，获取故障信息。
[0014]在本方案中，对变频调速系统运行状态进行检测，当检测到系统处于稳态运行状态时，变频器主控系统采集电机定子电流数据，当变频器主控系统采集到的定子电流数据达到设定值后即进行电流信号频谱分析，电流信号频谱计算完成后，采集各奇数次谐波幅值，且在基频左侧及右侧的两个设定的频段范围内搜索幅值最大的间谐波频率点，并用各奇数次谐波和最大幅值间谐波的幅值除以基频幅值算得奇数次谐波及间谐波含量，将计算得到的奇数次及间谐波含量信息通过485串口通信至触摸屏，通过变频器主控系统4
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20mA信号通道将最大含量的奇数次及间谐波实时更新至分散控制系统(DCS)，通过分散控制系统DCS记录奇数次谐波及间谐波含量最大值的历史趋势，从而有助于变频调速系统发生事故后进行故障回溯，根据算得的谐波含量进行报警操作，当谐波含量最大占比超过设定值
则主控系统通过干接点信号将故障信息上报至DCS。
[0015]在一个可能的实时方式中，在步骤S2中，所述奇数次谐波幅值、最大幅值间谐波和基频幅值是根据DFT算法解算得到的。
[0016]在本方案中，DFT计算时，具体通过每次计算半个频率点结果，并记录下奇数次谐波附近最大值频率及幅值，并对奇数次谐波结果进行排序处理，来获取较高精度的数据。
[0017]在一个可能的实时方式中，在步骤S3中，通过分别对所述奇数次谐波和基频左右侧最大幅值间谐波进行搜索获得幅值最大的间谐波频率点，并用各奇数次谐波和最大幅值间谐波的幅值除以基频幅值算得奇数次谐波和间谐波含量。
[0018]在一个可能的实时方式中，在步骤S3中，根据DFT算法解算时，具体表达式为：
[0019][0020]其中，X(k)表示经DFT变换后的结果，x(n)为采样信号；
[0021]令采样过程采样频率为f
s
，则采样周期T
s
＝1/f
s
，N为采样信号的点数，利用欧拉公式进行替换有：
[0022][0023]实部:
[0024]虚部：
[0025]根据DFT性质，实际信号在各频率点的幅值和相位为：
[0026][0027][0028]其中，Amp(k*Δf)为频率k*Δf处的幅值，φ(k*Δf)为频率k*Δf处的频率，Δf为DFT分析的频率分辨率。
[0029]在一个可能的实时方式中，在步骤S1中，包括：
[0030]更新采样过程采样频率f
s
；
[0031]更新采样点数N；
[0032]更新计算频率点数即最大k值；
[0033]更新频率分辨率Δf；
[0034]更新左右间隙波搜索范围。
[0035]在一个可能的实时方式中，在设置采样频率采集电动机定子电流数据中，采样整数周期倍数时间的输出电流，其中还设置采样频率采集电动机定子电压数据，其定子电压数据可用于电压分析。
[0036]此外，本专利技术提供一种高压变频器电流谐波监测报警系统，包括高压变频器本体、变频调速系统和DCS控制系统；
[0037]其中，高压变频器本体，其接入三相交流电控制输出电流至电动机；
[0038]变频调速系统，用于在稳态运行时，获取电动机定子电流数据和定子电压数据，并对定子电流数据进行信号频谱分析，得到奇数次谐波幅值、最大幅值间谐波和基频幅值，再根据幅值数据进行计算得到奇数次谐波和间谐波的含量，并设定阈值，若最大奇数次谐波和间谐波最大含量超过阈值则生成报警信号；
[0039]DCS控制系统，其设置干节点和信号节点分别接收变频调速系统的谐波超标报警信号和间谐波最大含量信号，用于记录并储存奇数次谐波和间谐波的含量，并获取报警信号进行故障报警。
[0040]进一步地，所述变频调速系统包括：
[0041]电流互感器，用于采样整数周期倍数时间的输出电流；
[0042]电压互感器，用于采样整数周期倍数时间的输出电压；
[0043]主控系统，用于根据DFT算法对采样的输出电流进行计算获取输出电流中各频率成分谐波含量，再分别对奇数次谐波和基频左右侧最大幅值间谐波进行搜索，计算奇数次谐波和基频左右侧最大幅值间谐波含量，并判断最大奇数次谐波和最大间谐波含量是否超过设定阈值；
[0044]显示装置，其通信连接主控系统，用于实时显示所述变频调速系统的谐波频率、谐波含量信息并将谐波信息实时展示。
[0045]PWM调制模块，其基于运行人员根据所述DCS控制系统调制信号幅值、频率来控制高压变频器进而调节电动机运行。
[0046]优选地，所述显示装置为触摸屏，所述触摸屏与主控系统通过485串口通信或232串口通信。
[0047]优选地，所述变频调速系统还包括用于采样整数周期倍数时间的输出电压的电压互感器，根据采样的输出电压进行电压分析。
[0048]本专利技术新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0049]本专利技术新型一种高压变频器电流谐波监测报警系统及方法，利用有限CPU计算资源，在不影响主控系统正常运行逻辑基础上实现对输出电流中谐波尤其是间谐波含量信息的正确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压变频器电流谐波监测报警方法，其特征在于，包括以下步骤：设置采样频率采集电动机定子电流数据；对定子电流数据进行信号频谱分析，获取奇数次谐波幅值、最大幅值间谐波和基频幅值；根据获取的奇数次谐波幅值、最大幅值间谐波和基频幅值进行计算得到奇数次谐波和间谐波的含量；设置阈值，若最大奇数次谐波和间谐波最大含量超过阈值，则生成报警信号；将报警信号上报至DCS控制系统，获取故障信息。2.根据权利要求1所述的一种高压变频器电流谐波监测报警方法，其特征在于，在对定子电流数据进行信号频谱分析，获取奇数次谐波幅值、最大幅值间谐波和基频幅值中，所述奇数次谐波幅值、最大幅值间谐波和基频幅值是根据DFT算法解算得到的。3.根据权利要求1所述的一种高压变频器电流谐波监测报警方法，其特征在于，在根据获取的奇数次谐波幅值、最大幅值间谐波和基频幅值进行计算得到奇数次谐波和间谐波的含量中，通过分别对所述奇数次谐波和基频左右侧最大幅值间谐波进行搜索获得幅值最大的间谐波频率点，并用各奇数次谐波和最大幅值间谐波的幅值除以基频幅值算得奇数次谐波和间谐波含量。4.根据权利要求2所述的一种高压变频器电流谐波监测报警方法，其特征在于，在根据获取的奇数次谐波幅值、最大幅值间谐波和基频幅值进行计算得到奇数次谐波和间谐波的含量中，根据DFT算法解算时，其表达式如下：其中，X(k)表示经DFT变换后的结果，x(n)为采样信号；令采样过程采样频率为f
s
，则采样周期T
s
＝1/f
s
，N为采样信号的点数，利用欧拉公式进行替换有：实部:虚部：根据DFT性质，实际信号在各频率点的幅值和相位为：根据DFT性质，实际信号在各频率点的幅值和相位为：
其中，Amp(k*Δf)为频率k*Δf处的幅值，φ(k*Δf)为频率k*Δf处的频率，Δf为DFT分析的频率分辨率。5.根据权利要求4所述的一种高压变频器电流谐波监测报警方法，其特征在于，在设置采样频率采集电动机定子电流数据中，包括：更新采样过程采样频率f
s
；更新采样点数N；更新计算频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭伟，赖成毅，张川，唐斌，曾捷，张黎，
申请(专利权)人：东方日立成都电控设备有限公司，
类型：发明
国别省市：