[发明专利]变频器驱动电机系统供电扰动耐受性测试、评价方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及变频器驱动电机系统供电扰动耐受性测试、评价方法及装置,属于电力电子和电机驱动技术领域。

背景技术

目前，变频器在电机驱动、控制领域得到十分广泛的应用，对于节约电能、自动控制和提高设备效率的方面具有至关重要的作用。例如煤炭行业采用的变频调速的提升机、冶金行业采用的大功率轧机、石化行业使用的各种电机、火电厂使用的各种辅机例如风机、水泵、给煤机。这些设备常常处于低负荷和变负荷运行状态，通过加装变频器，能够达到节能增效的目的。现有技术针对变频器驱动电机系统在供电扰动下的测试针对的是电网电压瞬变包括骤升和骤降下变频器能否继续运行的能力，现有技术针对火电厂低压辅机变频器提出了相应的低电压穿越能力检测设备和方法，现有技术之一采用特种空心变压器，通过改变分接位置来实现不同幅度的电压跌落，并以电力电子装置作为模拟负载，实现能量回馈；现有技术之二针对的是火电厂的辅机变频器的现场测试方法，采用扰动发生器接在厂用母线和被测设备或者抗扰动设备之间，实现低电压穿越能力的检测；现有技术之三提出了采用电力电子装置作为扰动发生装置，能够模拟三相、两相和单相故障，并提出了几种形式的负载方案。

公开号为CN105403910A的专利申请公开了一种现场测试巷道扰动范围的方法，它是在扰动测试区选取相邻两条平行的巷道，一条为震动源巷道，另一条为测压巷道；在震动源巷道中施工爆破孔，在测压巷道的每个测试孔内布置测试系统；在震动源巷道中实施爆破，在测压巷道观看圆柱形柔性胶囊的压力变化情况，如无变化的，说明没有受到挠动，继续对下一个爆破孔实施爆破，依次类推，直到所有圆柱形柔性胶囊出现压力变化为止，此时的圆柱形柔性胶囊与爆破点之间的距离，为炸药爆破后引起的相邻巷道的扰动范围。在现场针对具体煤层开采环境，确定相关距离参数。

公开号为CN105180205A的专利申请公开了一种富氧燃烧烟气循环系统控制方法，该方法包括：在富氧燃烧模式下，对烟气循环系统中的多个控制设备进行开环扰动测试；确定每个所述控制设备对所述富氧燃烧烟气循环系统的系统参数的影响程度；根据所述影响程度确定针对所述多个控制设备的控制参数集合，该控制参数集合包括多组控制参数；以及从所述控制参数集合中选择一组控制参数对每个所述控制设备进行控制。能够确定控制设备对烟气循环系统的影响。

综上所述，由于电网供电不稳定、大量电力电子装置的使用、负荷的非线性、大型电动机的频繁启动的原因，变频器所处的局部电网往往存在较严重的电能质量问题，存在以下缺点：

1.电压波动：例如煤炭行业由于大容量提升机的频繁启动，电网电压频繁波动，明显偏离额定值。

2.三相电压不平衡：例如冶金行业三相电弧炉的负荷不对称造成三相电压不平衡度很高。

3.电压跌落：俗称晃电，在石化行业中常见，是由于石化企业自备电厂的电网短路的故障和电动机群的快速负荷变化导致电压短时跌落甚至中断。

4.电压波形畸变：是由于大量的谐波污染，例如冶金行业中的电弧炉的弧长不规则的变化导致电网电压含有大量的谐波。

5.频率偏移：石化行业通常具有热电联产的自备电厂，因某种原因与系统解列造成孤网运行，此时发电机的出力不足以满足负荷需要时，会造成孤网频率下降甚至供电崩溃。

以上问题一方面给电网造成了谐波污染和功率因数降低，另一方面对供电范围内的其他设备造成了危害，导致变频器驱动电机设备停机、损耗噪声振动增加甚至原件损坏的问题。具体有以下缺点：

1.电压跌落。电压跌落常常会导致变频器闭锁输出。大部分低压变频器在电压短时跌落至85％～90％的额定电压时，就会因为欠压保护而闭锁电力电子元件的输出，导致停机。

2.供电波形畸变，谐波含量大。供电波形的严重畸变，例如电压正弦曲线上的瞬间缺口会影响变频器整流器和逆变器可控元件的触发，不能正常检测触发角，造成保护停机。

3.三相电压不平衡。三相输入电压不平衡会导致变频器直流母线电压明显波动，进而对电机的供电电压造成不平衡，引起电机异常发热。

为了提高供电扰动下变频器驱动电机系统的耐受性，采取多种措施进行改进：

1.不间断供电电源UPS。在变频器输入电压跌落时，依靠串接在变频器交流输入侧的不间断电源，提供变频器短时的供电，实现低电压穿越。

2.加装电压补偿装置。包括直流侧电压补偿装置和交流侧动态电压恢复器(DVR)的电压补偿装置。当变频器供电电能质量恶化时，采用直流侧boost升压电路或者交流侧串联的补偿电路直接给变频器直供电，短时实现变频器的正常工作。