用于保护驱动系统的电气负载的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种包括电力转换器(510)和中央控制系统(512)的驱动系统(500)，电力转换器具有向一个或多个输出相(A，B，C)供电的电力单元(312)，中央控制系统与电力转换器(510)通信并控制电力单元(312)的运行，其中中央控制系统(512)包括高级保护模块(APM 514)，其被配置为通过可执行的指令：利用来自电气负载(520)的电力转换器反馈，从可操作地耦合到一个或多个输出相(A，B，C)的电气负载(520)接收输入数据；根据输入数据确定电气负载(520)的一个或多个运行条件；并且根据所确定的电气负载(520)的运行条件输出一个或多个保护参数，以保护电气负载(520)。保护电气负载(520)。保护电气负载(520)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于保护驱动系统的电气负载的系统和方法


[0001]本公开的各方面一般涉及一种驱动系统、具体是一种用于保护驱动系统的电气负载的系统和方法。这样的驱动系统可以是例如中压变频驱动器。在整个说明书中，术语“驱动器”、”驱动系统”“、多电平电力转换器”“、转换器”、“电源”和“变频率驱动器(VFD)”可以互换使用。

技术介绍

[0002]中压(MV)变频驱动器、例如多电平电力转换器，在中压交流(AC)驱动器、柔性交流传输系统(FACTS)和高压直流(HVDC)传输系统的应用中使用，因为单个功率半导体设备不能处理高压。多电平电力转换器通常针对每相包括多个电力单元，每个电力单元包括具有半导体开关的逆变电路，其可以改变各个单元的电压输出。多电平电力转换器的一个例子是具有多个H桥单元的级联H桥转换器系统，例如在Hammond的专利号为5,625,545的美国专利中描述的那样，其内容在此通过引用全部纳入。多电平电力转换器的另一个例子是具有多个M2C或M2LC子系统的模块化多电平转换器系统。
[0003]电力转换器从交流源接收三相电力，并将输出电力输送给负载、例如三相交流电机。电机保护继电器(MPR)被设计用于保护电机、例如三相交流电机，防止故障。电机保护继电器提供过流、过载、热保护和许多其他功能。MPR被设计为应用于负载(交流电机)与电网电源之间，而不是交流电机与电力转换器之间。然而，希望将MPR应用于电力转换器的输出，例如VFD。

技术实现思路

[0004]简而言之，本公开的内容涉及一种驱动系统，例如体现为中压变频驱动器，更具体地说，涉及一种用于保护驱动系统的电力输出负载的系统和方法。
[0005]本公开的第一方面提供了一种驱动系统，该驱动系统包括电力转换器和中央控制系统，该电力转换器包括向一个或多个输出相供电的电力单元，每个电力单元包括多个开关装置，该中央控制系统与电力转换器通信并且控制电力单元的运行，其中该中央控制系统包括高级保护模块和至少一个处理器，该处理器被配置为通过可执行的指令：利用来自电气负载的电力转换器反馈，从可操作地耦合到一个或多个输出相的电气负载接收输入数据；根据输入数据确定电气负载的一个或多个运行条件；并且根据所确定的电气负载的运行条件输出一个或多个保护参数，以保护电气负载。
[0006]本公开的第二方面提供了一种用于保护驱动系统的电气负载的方法，包括通过运行至少一个处理器：利用来自电气负载的电力转换器反馈，从耦合到电力转换器的一个或多个输出相的电气负载接收输入数据；基于输入数据确定电气负载的一个或多个运行条件；以及基于所确定的电气负载的运行条件输出一个或多个保护参数，以保护电气负载。
[0007]本公开的第三方面提供了一种非暂时性计算机可读介质，其上编码有处理器可执行的指令，该指令在由至少一个处理器执行时使至少一个处理器执行本文所述的用于保护
驱动系统的电气负载的方法。
附图说明
[0008]图1说明了根据本文公开的示例性实施例的级联H桥转换器系统的已知的基本配置的示意图。
[0009]图2说明了根据本文公开的示例性实施例的级联H桥转换器系统的已知的另外的基本配置的示意图。
[0010]图3说明了根据本文公开的示例性实施例的驱动系统的示意图。
[0011]图4说明了根据本文公开的示例性实施例的具有传统电机保护继电器(MPR)的驱动系统的示意图。
[0012]图5说明了根据本文公开的示例性实施例的具有高级保护模块(APM)的驱动系统的示意图。
[0013]图6说明了根据本文公开的示例性实施例的与高级保护模块相关联的电阻温度探测器(RTD)接口的硬件框图。
[0014]图7说明了根据本文公开的示例性实施例的用于保护驱动系统的电气负载的方法的流程图。
具体实施方式
[0015]为了便于理解本公开的实施例、原理和特征，下文将参照说明性的实施例中的实施对它们进行解释。特别地，它们在作为驱动系统、特别是中压(MV)变频驱动器的背景下进行描述，中压(MV)变频驱动器包括多单元电源，如模块化多电平转换器系统和级联H桥转换器系统。然而，本公开的实施例并不限于在所描述装置或方法中使用。
[0016]如本文所使用的，“中压”是大于约690V和小于约69KV的电压，而“低压”是小于约690V的电压。本领域的普通技术人员会理解，其他电压水平可以被指定为“中压”和“低压”。例如，在一些实施例中，“中压”可以是大约3kV与大约69kV之间的电压，而“低压”可以是小于大约3kV的电压。
[0017]下文描述的构成各种实施例的组件和材料是说明性的，而不是限制性的。许多合适的组件和材料将执行与本文描述的材料相同或类似的功能，它们也纳入本公开的实施例的范围内。
[0018]图1和图2分别说明了已知的多单元电源10的示意图，具体地是级联H桥转换器系统，它从交流(AC)源接收三相电力，并向负载12、例如三相交流电机输送电力。
[0019]参照图1，多单元电源10包括变压器14、电源电路16和中央控制系统18，在此也称为控制器。变压器14包括激励九个次级绕组的初级绕组，而电源电路16包括多个印刷电路板(PCB)电力单元26，在此将其简称为电力单元26或电力模块，它们分别可操作地与变压器14的次级绕组耦合。由于电源10包括九个次级绕组，并且电力单元26可操作地耦合到每个次级绕组，因此电源10包括九个电力单元26。当然，电源10可以包括多于或少于九个电力单元26和/或多于或少于九个次级绕组，这取决于电源10的类型和/或耦合到电源10的负载12的类型。
[0020]电力单元26被配置为向负载12提供中压输出。电源电路16的每个输出相A、B、C都
由一组串联的电力单元26馈电。电力单元26的输出被串联耦合在第一相组30、第二相组32和第三相组34中。每相的输出电压是各相组30、32和34中的电力单元26的输出电压之和。例如，第一相组30包括标记为A1、A2和A3的电力单元26，其中输出相A的相输出电压是电力单元A1、A2和A3的输出电压之和。这同样适用于输出相B和电力单元B1、B2、B3，以及输出相C和电力单元C1、C2、C3。在这方面，电源电路16使用额定为低压的电力单元26向输出负载12提供中压输出，这些电力单元包括额定为低压标准的组件。每个电力单元26例如通过光纤通信链路耦合到中央控制系统18，中央控制系统可以使用电流反馈和电压反馈来控制电力单元26的运行。
[0021]如图2所示，多单元电源10包括三相交流电源20、电源电路16和中央控制系统18。三相交流电源20包括两个二极管桥22，它们分别在交流电压侧与电源转换器变压器24的次级绕组连接，并且在直流(DC)电压侧串联电连接。为这些相组的并联连接提供了正的和负的直流电压母线。电源电路16包括与由电源20产生的直流电压总线耦合的电力单元28。电力单元28例如额定为低压，并且被配置为向负载12提供中压输出。尽管负载12可以被说明为在多单元电源10内，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种驱动系统(500)，包括电力转换器(510)，所述电力转换器包括向一个或多个输出相(A，B，C)供电的电力单元，每个电力单元(312)包括多个开关装置(315a
‑
d)，中央控制系统(512)，所述中央控制系统与所述电力转换器(510)通信并且控制所述电力单元(312)的运行，其中，所述中央控制系统(512)包括高级保护模块(APM 514)和至少一个处理器(513)，所述处理器被配置为通过可执行的指令，利用来自电气负载(520)的电力转换器反馈，从可操作地耦合到一个或多个输出相(A，B，C)的电气负载(520)接收输入数据；根据所述输入数据确定所述电气负载(520)的一个或多个运行条件；并且根据所确定的电气负载(520)的运行条件输出一个或多个保护参数，以保护所述电气负载(520)。2.根据权利要求1所述的驱动系统(500)，其中，所述高级保护模块(APM 514)与包括可编程逻辑控制器(610)的电阻温度探测器(RTD)接口(600)对接，用于接收与所述电气负载(520)相关联的温度测量。3.根据权利要求2所述的驱动系统(500)，其中，所述可编程逻辑控制器(610)可操作地耦合到至少一个温度探测器模块(620，630)以及可操作地耦合到网络交换机(640)，用于与所述中央控制系统(512)和所述高级保护模块(APM 514)进行通信，所述电阻温度探测器接口(600)集成在所述驱动系统(500)的中央控制系统(512)中。4.根据权利要求1、2或3所述的驱动系统(500)，其中，所述一个或多个保护参数包括预定的固定的水平和预定的可变的水平。5.根据权利要求4所述的驱动系统(500)，其中，所述一个或多个保护参数包括作为所述电气负载(520)的速度的函数的水平和/或基于所述驱动系统(500)的过程曲线的水平。6.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统(500)，其中，所述一个或多个运行条件包括所述电气负载(520)的正常运行条件、警报设置运行条件和故障设置运行条件。7.根据权利要求4或5所述的驱动系统(500)，其中，所述中央控制系统(512)被进一步配置为在预定的固定的水平和/或可变的水平内控制所述电力转换器(510)和/或所述电气负载(520)的运行。8.根据权利要求6所述的驱动系统(500)，其中，所述中央控制系统(512)被进一步配置为在显示器上显示所述电气负载(520)的一个或多个运行条件和相关联的保护参数。9.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统(500)，所述驱动系统(500)被配置为中压...

【专利技术属性】
技术研发人员：N克莱门茨，D格雷辛格，EV科内瓦，JC布斯菲尔德三世，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：