具有低电压穿越电源装置的给粉机变频器控制系统

技术领域

本发明涉及给粉机变频器控制领域。

背景技术

目前发电企业锅炉给粉机控制系统主要由变频器和拖动电机组成。各种故障造成的电 力系统电压跌落，会导致给粉机系统停运，进而造成发电机组停机脱网的恶劣事故。从控 制系统分析给粉机系统停运的过程，有两个原因可诱发此问题：变频器功率回路和控制电 源。变频器的功率回路均由整流模块、直流环节、逆变模块组成，如图1所示。变频器的 进电端子(R/L1，S/L2，T/L3)，经整流（TM1，TM2，TM3）到直流DC，再经过逆变(TM4， TM5，TM6)到U/T1，V/T2，W/T3交流，实现频率变换。当低电压发生时，R/L1，S/L2， T/L3电压变低，直流母线电压随之降低，无法提供逆变模块所需要的能量，触发变频器 保护；此保护为变频器内置的硬件保护，无法通过修改定值进行规避。

另外，控制电源掉电也会造成变频器系统的停运。

在给粉机系统中，变频器的运行是通过控制电路板、采样反馈系统、继电器和接触器 与其配合工作，这些部件均需稳定的控制电源供电。电力系统发生低电压故障时，控制电 源也会发生跌落，进而造成控制系统与继电器系统的瘫痪，变频器同样无法正常运行，给 粉机系统停运。

由如上分析可知，运行中的变频器在系统电压暂降时会停止输出，并向机组DCS发 出变频器停机信号，最终使MFT动作导致机组停炉，为解决这一问题，通过调试变频器， 投入了失压再启动功能，期望于系统电压恢复后，变频器系统的快速重新启动来解决此问 题，然而相关试验结果表明：通常变频器均能在失电2s后启动成功，但通过对多台给粉 机同时失电再启动的锅炉燃烧试验，发现炉膛负压波动较大，影响锅炉运行安全，不宜采 取此方法解决给粉机系统的低电压穿越问题。

发明内容

本发明为了解决给粉机系统在系统低电压出现时，给粉机停运，导致转速、转矩、功 率发生变化的问题，从而提供一种具有低电压穿越电源装置的给粉机变频器控制系统。

具有低电压穿越电源装置的给粉机变频器控制系统，它包括第一两相开关、第一三相 开关、第二三相开关、第一三相电感、第二三相电感、第一接触器、第二接触器、变压器、 二极管整流桥、三相逆变电路、第一电压检测模块、第二电压检测模块、第三电压检测模 块、第四电压检测模块、第五电压检测模块、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、 多个单元和6个电阻，

所述的6个电阻分为两组，每组3个电阻，

多个单元的结构相同，每个单元包括第一二极管、第二二极管、第二两相开关、变频 器和电机；

所述的第一三相开关的三相输入端连接三相电源，第一三相开关的三相输出端分别通 过第一组的3个电阻与大地连接，第一两相开关的两个输入端分别与第一三相开关的三相 输出端中的任意两相输出端连接，所述的第一两相开关的两个输出端分别与变压器的原边 绕组的两端连接，变压器的副边绕组的两端与电网连接，所述的第二三相开关的三相输入 端与三相电源连接，该第二三相开关的三相输出端分别与第一电压检测模块的第一电压检 测信号输入端、第二电压检测模块的第一电压检测信号输入端和第三电压检测模块的第一 电压检测信号输入端连接，所述的第一电压检测模块的第一电压检测信号输入端还与第三 电压检测模块的第二电压检测信号输入端连接，第一电压检测模块的第二电压检测信号输 入端与第二电压检测模块的第一电压检测信号输入端连接，第二电压检测模块的第二电压 检测信号输入端与第三电压检测模块的第一电压检测信号输入端连接，所述第一接触器的 三相开关的输入端和第二接触器的三相开关的输入端同时与第二三相开关的三相输出端 连接，所述的第二接触器的三相开关的输出端分别通过第二组的3个电阻与第一接触器的 三相开关的输出端和第一三相电感的三相输入端连接，所述的第一三相电感的三相输出端 与二极管整流桥的三相输入端连接，所述的二极管整流桥的直流输出端的正极同时与第一 电容的一端、第二三相电感的三相输入端和第四电压检测模块的第一电压检测信号输入端 连接，该二极管整流桥的直流输出端的负极同时与第二电容的一端、第四电压检测模块的 第二电压检测信号输入端和三相逆变电路的下桥臂的公共端连接，所述的第一电容的另一 端与第二电容的另一端连接，所述的第二三相电感的三相输出端分别与三相逆变电路的三 相输入端连接，所述的三相逆变电路的上桥臂的公共端同时与第三电容的一端、第五电压 检测模块的第一电压检测信号输入端和单元的一端连接，

所述的三相逆变电路的下桥臂的公共端还同时与第四电容的一端、第五电压检测模块 的第二电压检测信号输入端和单元的另一端连接，

所述的第三电容的另一端与第四电容的另一端连接，

每个单元中的第二两相开关的两个输入端分别与第一二极管的负极、第二二极管的正 极连接，所述的第二两相开关的两个信号输出端与变频器的两相驱动信号输入端连接，所 述的变频器的三相驱动信号输出端与电机的驱动信号输入端连接，

所述的单元的一端为第一二极管的正极，所述的单元的另一端为第二二极管的负极。

具有低电压穿越电源装置的给粉机变频器控制系统正常运行时，三相交流电能经第二 三相开关、第一接触器送入由第一三相电感和二极管整流桥构成的整流回路，变换为直流 电能并储存于第一电容和第二电容，第二三相电感与三相逆变电路构成BOOST型式的升 压斩波电路，可将第一电容和第二电容上的直流电能变换为电压等级更高的直流电能储存 于第三电容和第四电容，并送入变频器。第二接触器与第二组的3个电阻构成预充电回路， 实现在5个电压检测模块初始上电时，为第一电容、第二电容、第三电容和第四电容的平 稳充电。

具有低电压穿越电源装置的给粉机变频器控制系统运行时，第二三相开关、第一接触 器均处于闭合状态，第二接触器在完成预充电功能后断开，退出运行。在系统电压正常的 状态下，通过变频器的原有380V交流送电至电机，具有低电压穿越电源装置的给粉机变 频器控制系统中的电力电子器件均处于旁路状态，不参与运行。在系统电压发生跌落时， 造成第一电容和第二电容上的直流电压跌落时，第四电压检测模块内置的控制系统实时监 测到此电压跌落趋势，将第二三相电感与二极管整流桥构成的BOOST型式的升压斩波电 路快速投入运行，保证在三相电源电压跌落期间，第三电容和第四电容上的直流电压被升 高，维持到可保证变频器输出功率、电机转矩、电机转速均不变的电压水平。

在系统电压跌落结束，系统电压恢复正常后，三相逆变电路停止运行，变频器的供电 仍由三相交流送电回路提供。

交流送电通道与直流送电通道的切换由三相逆变电路完成，切换动作时间小于1us，为无 缝切换，对变频器的稳定运行不会造成冲击。

本发明采用直流支撑技术，即在变频器直流侧加不间断直流电源提高变频器的低电压 跨越能力，来解决目前工厂存在因电压骤降(晃电)，引起变频器欠压保护跳闸的隐患。

本发明带来的有益效果是，实现了给粉机系统在系统低电压出现时，给粉机不停机， 转速、转矩和功率均维持不变；能保护直流设备不受电压暂降损害，对交流电网中低至 40%的三相电压暂降和断电具有极快的响应速度。

附图说明

图1为变频器的功率回路组成结构示意图；其中，附图标记7表示整流模块，附图标 记8表示逆变模块。

图2为以6个单元为例时，本发明所述的具有低电压穿越电源装置的给粉机变频器控 制系统的电气结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图2说明本实施方式，本实施方式所述的具有低电压穿越电源 装置的给粉机变频器控制系统，它包括第一两相开关K3、第一三相开关K1、第二三相开 关K2、第一三相电感L1、第二三相电感L2、第一接触器KM1、第二接触器KM2、变压 器、二极管整流桥2、三相逆变电路3、第一电压检测模块1-1、第二电压检测模块1-2、 第三电压检测模块1-3、第四电压检测模块1-4、第五电压检测模块1-5、第一电容C1、 第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、多个单元和6个电阻，

所述的6个电阻分为两组，每组3个电阻，

多个单元的结构相同，每个单元包括第一二极管、第二二极管、第二两相开关K4、 变频器4和电机M；

所述的第一三相开关K1的三相输入端连接三相电源，第一三相开关K1的三相输出 端分别通过第一组的3个电阻与大地连接，第一两相开关K3的两个输入端分别与第一三 相开关K1的三相输出端中的任意两相输出端连接，所述的第一两相开关K3的两个输出 端分别与变压器的原边绕组的两端连接，变压器的副边绕组的两端与电网连接，所述的第 二三相开关K2的三相输入端与三相电源连接，该第二三相开关K2的三相输出端分别与 第一电压检测模块1-1的第一电压检测信号输入端、第二电压检测模块1-2的第一电压检 测信号输入端和第三电压检测模块1-3的第一电压检测信号输入端连接，所述的第一电压 检测模块1-1的第一电压检测信号输入端还与第三电压检测模块1-3的第二电压检测信号 输入端连接，第一电压检测模块1-1的第二电压检测信号输入端与第二电压检测模块1-2 的第一电压检测信号输入端连接，第二电压检测模块1-2的第二电压检测信号输入端与第 三电压检测模块1-3的第一电压检测信号输入端连接，所述第一接触器KM1的三相开关 的输入端和第二接触器KM2的三相开关的输入端同时与第二三相开关K2的三相输出端 连接，所述的第二接触器KM2的三相开关的输出端分别通过第二组的3个电阻与第一接 触器KM1的三相开关的输出端和第一三相电感L1的三相输入端连接，所述的第一三相 电感L1的三相输出端与二极管整流桥2的三相输入端连接，所述的二极管整流桥2的直 流输出端的正极同时与第一电容C1的一端、第二三相电感L2的三相输入端和第四电压 检测模块1-4的第一电压检测信号输入端连接，该二极管整流桥2的直流输出端的负极同 时与第二电容C2的一端、第四电压检测模块1-4的第二电压检测信号输入端和三相逆变 电路3的下桥臂的公共端连接，所述的第一电容C1的另一端与第二电容C2的另一端连 接，所述的第二三相电感L2的三相输出端分别与三相逆变电路3的三相输入端连接，所 述的三相逆变电路3的上桥臂的公共端同时与第三电容C3的一端、第五电压检测模块1-5 的第一电压检测信号输入端和单元的一端连接，

所述的三相逆变电路3的下桥臂的公共端还同时与第四电容C4的一端、第五电压检 测模块1-5的第二电压检测信号输入端和单元的另一端连接，

所述的第三电容C3的另一端与第四电容C4的另一端连接，

每个单元中的第二两相开关K4的两个输入端分别与第一二极管的负极、第二二极管 的正极连接，所述的第二两相开关K4的两个信号输出端与变频器4的两相驱动信号输入 端连接，所述的变频器4的三相驱动信号输出端与电机M的驱动信号输入端连接，

所述的单元的一端为第一二极管的正极，所述的单元的另一端为第二二极管的负极。

具体实施方式二：参见图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的具 有低电压穿越电源装置的给粉机变频器控制系统的区别在于，所述的多个单元的个数为大 于等于2小于等于12。

具体实施方式三：参见图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的具 有低电压穿越电源装置的给粉机变频器控制系统的区别在于，所述的第一电压检测模块 1-1、第二电压检测模块1-2、第三电压检测模块1-3、第四电压检测模块1-4和第五电压 检测模块1-5的结构完全相同。

具体实施方式四：参见图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的具 有低电压穿越电源装置的给粉机变频器控制系统的区别在于，所述的第一电容C1、第二 电容C2、第三电容C3和第四电容C4的容值相同。

具体实施方式五：参见图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的具 有低电压穿越电源装置的给粉机变频器控制系统的区别在于，所述的第一接触器KM1和 第二接触器KM2为同型号的三相交流接触器。

具体实施方式六：参见图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的具 有低电压穿越电源装置的给粉机变频器控制系统的区别在于，所述的第一三相开关K1和 第二三相开关K2为同型号的三相开关。

具体实施方式七：参见图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的具 有低电压穿越电源装置的给粉机变频器控制系统的区别在于，所述的第一两相开关K3和 第二两相开关K4为同型号的两相开关。

具体实施方式八：参见图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的具 有低电压穿越电源装置的给粉机变频器控制系统的区别在于，所述的第一二极管和第二二 极管为同型号的二极管。

具体实施方式九：参见图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的具 有低电压穿越电源装置的给粉机变频器控制系统的区别在于，所述的第一三相电感L1和 第二三相电感L2为同型号的三相电感。