[发明专利]一种基于IEGT可实现工变频切换的大功率变频装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及高压大功率变频器技术领域，特别涉及一种基于IEGT可实现工变频切换的大功率变频装置及方法。

背景技术

随着功率器件发展，变频器电压等级和功率得到了不断提升，高压大功率变频器也将逐渐在原本没用应用领域里有着广阔的使用需求，工变频自由切换功能可以使用户在变频器的使用方面更加灵活，提高系统装置的稳定性，持久性。目前，在国内20MW的变频调速领域内，工变频切换功能依然是一个技术难题，其难点在于：

1)目前在国内市场上，20MW级别的电机上，由于功率等级较大，电机本身的负载电流很大，因此启动切至工频的应用上大多采用软起动的方式，也不具备工频回切变频的能力。而且由于本身变频器的功率级别就很大，如果切换不好会对负载设备造成巨大损害，存在很大的风险。因此在20MW级别的电压源型变频器上进行工变频自由切换依然是个技术难题。本装置在20MW级别的电压源型变频器上实现了具备工变频自由切换的功能，大大丰富了变频器的使用多样性，为用户实现了更多的应用选择。

2)目前通用的工/变频切换一般有两种：同步切换和异步切换。异步切换指切工频运行时先停止变频器再投入电网，切变频运行时先停止电网再投入变频器，这种异步的方式的缺点是会导致电机再一段时间内没用供电运行自由旋转，由于负载功率太大会导致转速大幅度跌落影响效果且在投入时启动电流非常大。所以更好的方式是同步切换，但在20MW级别的变频器上同步切换的难点在于变频器本身功率等级很高，电流很大，同步运行时要求输入与输出的电压需要高度的一致行，稍有不同就会导致很大的波动进而过流跳闸。为了解决上述问题，变频器需要在同步切换运行时的进行很好的同期控制，使得输出与输入尽可能的保持一致，减小并网冲击。

3)目前工变频切换时输入输出的电压采样大都使用PT，但受制于PT的精度，导致控制上达不到很高的精度，如果都使用高精度的传感器又提高了成本。针对以上情况，20MW级别上无速度传感器的变频器为了兼顾到输出的转速精度，在控制算法上需要采样闭环矢量控制，输出采样上需要使用精度更高的传感器代替传统的互感器，而输出的传感器和输入侧的互感器由于原理特性是有存在一定的采样滞后的，通过计算补偿来消除同步切换时由器件采样滞后产生冲击。

4)目前在锁相采样同期控制上，大多数采用外置硬件同期捕捉装置自行采样进行闭环控制，《电气应用》2005年第24卷第2期的《利用锁相环实现大功率电机变频转工频的研究》、刘宏涛的《大功率交流异步电动机变频转工频切换存在的问题及解决思路》、湖南科技大学学报(自然科学版)2004年6月第19卷第2期《大功率电机变频转工频的理论探讨和策略研究》中提出的解决方案均是采用了外置的鉴频鉴相控制器或鉴相控制器对电网和变频器输出的相位和频率进行检测和比较，当两者相同时发出切换信号给外部的切换元件进行切换。

这种在变频器外部进行检测、控制和切换的方式，由于不能够和变频器内部运行程序相结合进行控制，而变频器在进行速度闭环运行时控制程序复杂，调整过程长，一般需要等到电网相位、频率与变频器输出相同时才能切换，所需时间长，效率低，并且，在大的功率等级的设备正常运行时，随着负载的波动变化一般都会给电网造成一定的波动和影响，如果变频器的输出没能被很好的捕捉并跟随上电网的变化那么并网就会产生波动导致电流波动，而这种电流波动会影响系统的稳定运行甚至保护动作跳闸。

因此在同步切换时，在变频器内部采用开环同期控制的方法，使得变频器的输出电压的频率、幅值和相位可以实时很好的跟踪电网电压的变化，大大提高了工变频切换的成功率。且不需要外加辅助设备，节约成本。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于IEGT可实现工变频切换的大功率变频装置及方法，在变频器内部进行软硬件的设计，在变频器硬件设计中将传感器的信息直接输入到主控制器中并在变频器输出检测中采用高精度的电压传感器和电流传感器，使采样信号更精确，控制更准确，并且在变频器内部进行变频/工频的切换，无需增加外部辅助设备；在变频器软件方法设计中，将变频/工频的切换程序与变频器内部控制程序结合，给出了变频/工频切换的整体控制流程方法，有效的实现了变频和工频之间的互相切换。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于IEGT可实现工变频切换的大功率变频装置，包括进线隔离柜、进线开关柜、旁路开关柜、高压充电阻尼柜、油浸式移相变压器、基于IEGT单元的功率柜、水冷柜、馈出柜、电抗器柜和控制柜。