權(quán)利要求書： 1.一種大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法，包括對變頻器設(shè)置主回路直流欠電壓保護和控制電源欠電壓保護，其特征是：

1)設(shè)置一個“電壓暫降計時器”；

2)實時檢測變頻器主回路的直流電壓和變頻器控制電源的交流電壓；

3)將變頻器主回路的直流電壓和控制電源的交流電壓分別與其對應(yīng)的額定值進行比較；

4)變頻器主回路的直流電壓是否低于其額定值的80％？控制電源的交流電壓是否低于其額定值的80％？

5)若比較結(jié)果為“否”，變頻器維持原狀態(tài)運行；

6)若比較結(jié)果為“是”，啟動“電壓暫降運行模式”，降低變頻器的速度給定值，維持變頻器主回路的直流電壓在額定電壓的80％；“電壓暫降計時器”啟動計時，同時，進一步判斷主回路的直流電壓是否低于其額定值的65％？

7)檢測“電壓暫降計時器”計時是否超過250毫秒？

8)若“電壓暫降計時器”計時未超過250毫秒，繼續(xù)維持“電壓暫降運行模式”；

9)若“電壓暫降計時器”計時超過250毫秒，執(zhí)行變頻器“脈沖封鎖”操作，變頻器執(zhí)行“欠電壓”保護動作并停止運行，將風(fēng)機主回路上的進線高壓開關(guān)“跳閘”斷電；

10)在“電壓暫降計時器”計時啟動后，若主回路的直流電壓低于其額定值的65％，則輸出“變頻器欠電壓故障”信號，執(zhí)行變頻器“脈沖封鎖”操作，變頻器執(zhí)行“欠電壓”保護動作并停止運行，將風(fēng)機主回路上的進線高壓開關(guān)“跳閘”斷電；

11)在“電壓暫降計時器”計時期間，若主回路的直流電壓高于其額定值的85％，則停止“電壓暫降計時器”計時；如直流電壓高于其額定值的85％持續(xù)2秒以上，則退出“電壓暫降運行模式”，將“電壓暫降計時器”計數(shù)歸零；

所述的大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法，通過對變頻器控制功能進行擴展，對級聯(lián)式多電平高壓變頻器的運行方式進行優(yōu)化，當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)“暫降”后，能確保變頻器控制系統(tǒng)在電壓“暫降”期間內(nèi)的運行穩(wěn)定，使得變頻器控制電源有一定的短期后備能力，能承受短暫的電網(wǎng)瞬?；螂妷簳航担?br />
所述的大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)電壓暫降現(xiàn)象時，采用“電壓暫降”運行模式，維持風(fēng)機持續(xù)運行，以規(guī)避電壓暫降幅度小于設(shè)定值的電壓暫降故障且持續(xù)時間小于設(shè)定值的電壓暫降故障；

所述的大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)電壓暫降現(xiàn)象導(dǎo)致變頻器故障停機時，在電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，通過設(shè)定“再起動延遲時間”，以保證電機殘留電壓的完全消失，再通過“飛車”起動方式，快速使風(fēng)機加速到原運行速度。

2.按照權(quán)利要求1所述的大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法，其特征是當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)電壓“暫降”現(xiàn)象導(dǎo)致變頻器故障停機，在電網(wǎng)恢復(fù)后，所述的變頻器先檢測和計算風(fēng)機驅(qū)動電機的剩磁殘留電壓。

3.按照權(quán)利要求1所述的大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法，其特征是所述的大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法，若電網(wǎng)故障導(dǎo)致電壓暫降幅度為額定電壓的10％-

70％、持續(xù)時間小于200ms時，變頻器進入“電壓暫降”運行模式，降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速，把機械能轉(zhuǎn)換成電能，維持變頻器運行所必須的最低直流電壓的要求，變頻器繼續(xù)運行。

4.按照權(quán)利要求1所述的大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法，其特征是所述的大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法，若電壓“暫降”幅度超過額定電壓的70％，變頻器先進入“電壓暫降”運行模式，維持風(fēng)機持續(xù)運行；一旦電壓“暫降”的持續(xù)時間大于250ms，或變頻器主回路直流電壓低于變頻器運行最低允許值時，為了保護變頻器與電機避免過熱而損壞，變頻器立即執(zhí)行“欠電壓”保護動作并停止運行，將風(fēng)機主回路上的進線高壓開關(guān)“跳閘”斷電，以保護變頻器與電機的設(shè)備安全。

5.按照權(quán)利要求1所述的大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法，其特征是所述變頻器控制電源的后備電源先由整流器把交流電源整流成直流電壓，通過直流電解電容進行儲能，然后通過第一DC/DC轉(zhuǎn)換電源模塊AR1、第二DC/DC轉(zhuǎn)換電源模塊AR2，給變頻器提供P5、P15、N15及P24電源；通過DC/AC模塊提供1KA的單相220交流50Hz電源，給PLC及繼電器提供交流電源。

6.按照權(quán)利要求5所述的大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法，其特征是所述的大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法，只需提供短暫后備電源，以降低后備電源的功率，無需定期對后備電源進行維護。

說明書： 一種大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于控制領(lǐng)域，尤其涉及一種用于變頻器來抵抗電壓暫降的方法。背景技術(shù)[0002] 眾所周知，變頻器以其優(yōu)越的調(diào)速性能和節(jié)能效果已被廣泛應(yīng)用在風(fēng)機上。級聯(lián)式多電平中、高壓變頻器具有技術(shù)成熟、電網(wǎng)側(cè)與電機側(cè)諧波低、功率因數(shù)高、且價格比較

便宜的特點，所以大容量風(fēng)機普遍采用級聯(lián)式多電平中、高壓變頻器進行調(diào)速。但級聯(lián)式變

頻器承受電壓暫降的能力有限，對電網(wǎng)電壓暫降比較敏感。

[0003] 在企業(yè)供電網(wǎng)絡(luò)中，由于電網(wǎng)線路、設(shè)備異常、大型電氣設(shè)備啟停或雷電等自然災(zāi)害，造成企業(yè)電網(wǎng)電壓暫降(指超過15％電壓跌落，含電網(wǎng)瞬停。)是不可避免的，但因電網(wǎng)

故障導(dǎo)致的電壓暫降是有一定規(guī)律的。絕大多數(shù)電網(wǎng)具有自動重合閘功能，即當(dāng)某一線路

或設(shè)備異常后，在切除故障后電網(wǎng)能夠快速自動恢復(fù)。

[0004] 據(jù)美國國家電網(wǎng)電能調(diào)查報告，每100公里輸電線路平均一年發(fā)生電壓暫降的次數(shù)為3-4次，平均93％以上電網(wǎng)事故導(dǎo)致電壓暫降幅度為額定電壓的10％-60％，持續(xù)時間

在30ms-200ms。附圖1為美國國家電網(wǎng)電能質(zhì)量統(tǒng)計圖。對某鋼鐵公司歷年來電網(wǎng)故障統(tǒng)計

分析顯示，90％以上電網(wǎng)事故導(dǎo)致電壓暫降幅度為額定電壓的10％-60％，持續(xù)時間在

30ms-250ms；與美國國家電網(wǎng)電能質(zhì)量統(tǒng)計結(jié)果相近。

[0005] 當(dāng)發(fā)生電壓暫降時，一方面，級聯(lián)式多電平變頻器主回路直流電壓下降，電機帶載能力下降，甚至帶不動負(fù)載，造成變頻器過流；另一方面，一旦控制回路電壓下降到一定程

度，控制系統(tǒng)可能失控。所以，為了保護變頻器，每個變頻器都設(shè)置了主回路直流欠電壓與

控制電源欠電壓保護。絕大多數(shù)變頻器能承受電網(wǎng)瞬停10ms或電網(wǎng)電壓跌落10％不停機

維持繼續(xù)運行的能力；但如果電壓暫降幅度超過15％、持續(xù)時間超過15ms時，為了保證變頻

器的安全，變頻器立即報欠電壓故障而立即停機，交流進線高壓開關(guān)跳電。

[0006] 由于大型風(fēng)機(業(yè)內(nèi)習(xí)慣將電機功率大于1000千瓦的風(fēng)機，稱為大型風(fēng)機，下同)是現(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備，一旦大容量風(fēng)機“失電”(即，因為電源“失電”而導(dǎo)致風(fēng)機的驅(qū)動電機停止

運行)，工藝聯(lián)鎖必然導(dǎo)致整條生產(chǎn)線機組停機，由于工藝方面的原因，有時機組恢復(fù)時間

較長，經(jīng)濟損失大。為此，對于大型風(fēng)機(或泵)來說，迫切需要提高級聯(lián)式多電平變頻器抗

電壓暫降的能力。

[0007] 目前，國內(nèi)、外業(yè)界中主要采用以下幾種方法來提高變頻器抗電網(wǎng)電壓暫降能力：[0008] 1、系統(tǒng)設(shè)計選型時，選擇允許電網(wǎng)電壓波動范圍大的變頻器，電機額定工作電壓低于變頻器額定輸出電壓；其優(yōu)點是企業(yè)不需采取其它額外措施；缺點是該類變頻器需要

特殊設(shè)計、價格昂貴，而且犧牲了變頻器的效率，也是一種浪費。

[0009] 2、采用UPS給變頻器主回路及控制回路供電，可避免因交流電源發(fā)生瞬時停電或電壓暫降引起變頻器跳閘；優(yōu)點是抗電網(wǎng)電壓暫降能力最強；缺點是UPS

(UninterruptiblePowerSystem/UninterruptiblePowerSupply，不間斷電源)體積大，

價格昂貴，維護工作多。

[0010] 3、將動態(tài)電壓補償裝置串接在電源和通用變頻器之間，一旦檢測到電壓凹陷(下降)，動態(tài)電壓補償裝置內(nèi)直流電壓逆變成相應(yīng)幅值和相位的交流電壓疊加到電壓凹陷的

線路上，使變頻器免受電壓波動的影響；優(yōu)點是可短時間補償電網(wǎng)電壓瞬停或跌落，抗電網(wǎng)

暫降能力較強；缺點是動態(tài)電壓補償裝置是有源的，體積大，價格也比較高。

[0011] 4、使用兩臺變頻器互為熱備用。兩臺變頻器供電電源分別引自不同的供電系統(tǒng)，當(dāng)一臺變頻器由于某種原因停止運行后，另一臺變頻器自動投入運行；特點是不具備抗電

網(wǎng)短暫電壓下降的能力，但具備抗電網(wǎng)長時間電壓暫降的能力；缺點是需要增加投資，而且

需要兩路電源供電，有些企業(yè)不具備條件。

[0012] 5、在變頻器直流回路外加儲能電容器、蓄電池，當(dāng)電網(wǎng)電壓暫降時，儲能電容器、蓄電池放電；其特點是具備一定抗電壓暫降的能力，缺點是需要增加投資，而且需要占用空

間，有些場所不具備條件。

[0013] 6、選擇自由停車再啟動功能，即當(dāng)電網(wǎng)電壓暫降時，變頻器自動封鎖脈沖，電機自由停車。當(dāng)電源復(fù)電時，通過速度搜索功能搜索電機的速度，然后自動加速到原運行速度；

其特點是不具備抗電壓暫降的能力，但可以縮短電壓暫降所造成的設(shè)備停機時間。但由于

電網(wǎng)電壓恢復(fù)具有不確定性，容易造成風(fēng)機(或泵)突然自啟動，存在一定安全隱患。

[0014] 在相關(guān)專利文獻中，公開號為CN103023063A、CN103904909A、CN102904455A、CN102723908A、CN102904455A、CN103683320A以及CN102723908A的中國發(fā)明專利申請中所

公開的技術(shù)方案，主要涉及到有關(guān)變頻器能量回饋及控制方法，以及在不對稱電網(wǎng)電壓條

件下的網(wǎng)側(cè)變頻器控制方法等方面的技術(shù)，其與級聯(lián)式多電平中、高壓變頻器的結(jié)構(gòu)及控

制方法不同。

[0015] 專利號為CN201320524434.2、CN201220677027.0、CN201020276681.1、CN201020567240.7、CN201220173450.7、CN200910005108.9、CN201010185126、

CN201420533099.7、CN201320565169.2、CN201310733074.1及CN200720080460.5的中國實

用新型專利所公開的內(nèi)容，主要涉及到有關(guān)級聯(lián)式多電平中、高壓變頻器的預(yù)充電電路及

其控制方法，內(nèi)部功率單元設(shè)計的驗證裝置和方法，功率單元負(fù)荷分配的并聯(lián)控制與環(huán)流

抑制方法，單元旁路電路技術(shù)，以及變頻器控制系統(tǒng)等方面的技術(shù)，并沒有涉及級聯(lián)式中、

高壓變頻器抗電網(wǎng)瞬?；螂妷簳航档募夹g(shù)。

[0016] 專利公告號為CN102097925B、CN203352475U的專利中，公開了有關(guān)級聯(lián)高壓變頻器，沒有涉及級聯(lián)式中、高壓變頻器抗電網(wǎng)瞬?；螂妷簳航档募夹g(shù)；進一步的，實用新型專

利CN201320301550.8是通過取自三電平變頻器主回路直流回路電壓，通過三個開關(guān)電源給

變頻器控制系統(tǒng)及驅(qū)動板供電，提高變頻器運行的可靠性；但沒有提高變頻器主回路抗電

網(wǎng)暫降的能力。

[0017] 實用新型專利CN201120406495.X是關(guān)于高壓變頻器的控制電源雙路供電的裝置，正常時變頻器控制電源由外部低壓電源供電；當(dāng)外部電源異常時，自動切換到由聯(lián)式變頻

器內(nèi)多線圈變壓器二次側(cè)供電，使高壓變頻器運行的可靠性大大提高。但沒有提高變頻器

主回路抗電網(wǎng)暫降的能力。

[0018] 公開號為CN1649248的發(fā)明專利申請，提供了一種用于空調(diào)器電機驅(qū)動的變頻器控制裝置，通過檢測變頻器直流電壓，一旦直流電壓低于欠電壓設(shè)定值時，切斷交流電源；

當(dāng)直流電壓在允許范圍內(nèi)運行時，根據(jù)實際直流電壓值對變頻器輸出電壓進行補正，以實

現(xiàn)對電機的穩(wěn)定控制。該技術(shù)只提高了負(fù)載運行的穩(wěn)定性，沒有提高變頻器抗電網(wǎng)暫降的

能力。

[0019] 公開號為CN101277029、CN201163723、CN103326385A的專利或?qū)＠暾埶_的技術(shù)方案中，主要技術(shù)特點是在低壓變頻器主回路的直流環(huán)節(jié)加儲能電容，同時給變頻器

及相應(yīng)控制回路配置UPS電源裝置。即前面的方式5，提高了低壓變頻器抗電網(wǎng)暫降的能力；

但不適用于提高級聯(lián)式中、高壓變頻器抗電壓暫降的能力。

[0020] 專利公開號為CN103916000A、CN104767373A、CN202872724U及CN1581624的專利或?qū)＠暾?，主要檢查變頻器在電網(wǎng)故障后狀態(tài)，及時給變頻器復(fù)位；電網(wǎng)恢復(fù)后變頻器飛

車啟動控制方法等方面的技術(shù)，即前面的方式6，沒有涉及提高級聯(lián)式中、高壓變頻器抗電

網(wǎng)瞬?；螂妷簳航档募夹g(shù)。

[0021] 從前面的六種方法的比較來看，方法1至2的抗電壓暫降效果較好，但都需要較大投資，很不經(jīng)濟，也很少得到應(yīng)用。因為盡管電網(wǎng)發(fā)生故障是不可避免的，但故障發(fā)生概率

較低，如果投資太高，則投資回報率相對較低；也是一種浪費。方法5具有一定的抗電壓暫

降能力，也需要額外投資，但費用相對低一些。方法6不具備抗電壓暫降的能力，但可以縮短

電壓暫降所造成的設(shè)備停機時間。

[0022] 此外，電網(wǎng)故障是不可避免的，但電網(wǎng)故障發(fā)生的概率也很低。級聯(lián)式多電平高壓變頻器抗電網(wǎng)暫降能力有限，而目前也沒有一種相對比較經(jīng)濟、有效地抗電壓暫降的技術(shù)

措施。

發(fā)明內(nèi)容[0023] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法。其根據(jù)大型風(fēng)機的運行特性，結(jié)合級聯(lián)式多電平高壓變頻器的特點，在保證變頻器、人身及

工藝設(shè)備安全的前提下，在不增加投資的前提下，風(fēng)機在電壓降落幅度為10％-70％且持續(xù)

時間小于200ms時，可避免停機，即可以避免90％以上電網(wǎng)電壓暫降所造成的停機，大大提

升了級聯(lián)式多電平高壓變頻器抗電壓暫降的能力，屬一種比較經(jīng)濟、有效地抗電壓暫降的

技術(shù)措施。

[0024] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：提供一種大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法，包括對變頻器設(shè)置主回路直流欠電壓保護和控制電源欠電壓保護，其特征是：

[0025] 1)設(shè)置一個“電壓暫降計時器”；[0026] 2)實時檢測變頻器主回路的直流電壓和變頻器控制電源的交流電壓；[0027] 3)將變頻器主回路的直流電壓和控制電源的交流電壓分別與其對應(yīng)的額定值進行比較；

[0028] 4)變頻器主回路的直流電壓是否低于其額定值的80％？控制電源的交流電壓是否低于其額定值的80％？

[0029] 5)若比較結(jié)果為“否”，返回第1)步；[0030] 6)若比較結(jié)果為“是”，啟動“電壓暫降運行模式”，降低變頻器的速度給定值，維持變頻器主回路的直流電壓在額定電壓的80％；

[0031] 7)進一步判斷主回路的直流電壓是否低于其額定值的65％？[0032] 8)若比較結(jié)果為“是”，則輸出“變頻器欠電壓故障”信號，執(zhí)行變頻器“脈沖封鎖”操作，將“電壓暫降計時器”的計時歸零；

[0033] 9)若比較結(jié)果為“否”，且主回路的直流電壓低于其額定值的85％，則“電壓暫降計時器”啟動計時；

[0034] 10)若主回路的直流電壓高于其額定值的85％，停止“電壓暫降計時器”計時，如直流電壓高于其額定值的85％持續(xù)2秒以上，退出“電壓暫降運行模式”，將“電壓暫降計時器”

計數(shù)歸零；

[0035] 11)檢測“電壓暫降計時器”計時是否超過250毫秒？[0036] 12)若“電壓暫降計時器”計時未超過250毫秒，返回第6)步；[0037] 13)若“電壓暫降計時器”計時超過250毫秒，執(zhí)行第8)步；[0038] 所述的大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法，通過對現(xiàn)有變頻器控制功能進行擴展，對級聯(lián)式多電平高壓變頻器的運行方式進行優(yōu)化，當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)“暫降”后，能確保

變頻器控制系統(tǒng)在電壓“暫降”期間內(nèi)的運行穩(wěn)定，使得現(xiàn)有變頻器控制電源有一定的短期

后備能力，能承受短暫的電網(wǎng)瞬?；螂妷簳航?。

[0039] 具體的，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)電壓“暫降”現(xiàn)象導(dǎo)致變頻器故障停機，在電網(wǎng)恢復(fù)后，所述的變頻器先檢測和計算風(fēng)機驅(qū)動電機的剩磁殘留電壓。

[0040] 進一步的，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)電壓暫降現(xiàn)象導(dǎo)致變頻器故障停機，在電網(wǎng)恢復(fù)后，通過設(shè)定“再起動延遲時間”，以保證所述電機殘留電壓的完全消失，再通過“飛車”起動，使風(fēng)機加

速到原運行速度。

[0041] 具體的，所述的大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法，若電網(wǎng)故障導(dǎo)致電壓暫降幅度為額定電壓的10％-70％、持續(xù)時間小于200ms時，變頻器進入“電壓暫降”運行模式，

降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速，把機械能轉(zhuǎn)換成電能，維持變頻器運行所必須的最低直流電壓的要求，變頻

器繼續(xù)運行。

[0042] 進一步的，所述的大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法，若電壓“暫降”幅度超過或低于額定電壓的70％，變頻器先進入“電壓暫降”運行模式，維持風(fēng)機持續(xù)運行；一旦電

壓“暫降”的持續(xù)時間大于250ms，或變頻器主回路直流電壓低于變頻器運行最低允許值時，

為了保護變頻器與電機避免過熱而損壞，變頻器立即執(zhí)行“欠電壓”保護動作并停止運行，

將風(fēng)機主回路上的進線高壓開關(guān)“跳閘”斷電，以保護變頻器與電機的設(shè)備安全。在電網(wǎng)恢

復(fù)后，可通過“飛車”起動方式，快速使風(fēng)機加速到原運行速度。

[0043] 具體的，所述變頻器控制電源的后備電源先由整流器把交流電源整流成直流電壓，通過直流電解電容進行儲能，然后通過第一DC/DC轉(zhuǎn)換電源模塊AR1、第二DC/DC轉(zhuǎn)換

電源模塊AR2，給變頻器提供P5、P15、N15及P24電源；通過DC/AC模塊提供1KA的單相

220交流50Hz電源，給PLC及其他少量繼電器提供交流電源。

[0044] 本發(fā)明技術(shù)方案所述的大容量風(fēng)機用變頻器抗電壓暫降的方法，只需提供短暫后備電源，以降低后備電源的功率，無需定期對后備電源進行維護。

[0045] 與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點是：[0046] 1.采用“電壓暫降”運行模式，維持風(fēng)機持續(xù)運行，以規(guī)避電壓暫降幅度小于設(shè)定值的電壓暫降故障或持續(xù)時間小于設(shè)定值的電壓暫降故障，可有力地保障變頻器與風(fēng)機驅(qū)

動電機的設(shè)備安全；

[0047] 2.通過在變頻器控制電路中設(shè)置由軟件或硬件構(gòu)成的電壓暫降計控制模式，對現(xiàn)有變頻器的控制功能進行擴展，在不增加投資的前提下，可有效避免90％以上電網(wǎng)電壓暫

降故障所造成的系統(tǒng)停機，大大提升了級聯(lián)式多電平高壓變頻器抗電壓暫降的能力，屬一

種比較經(jīng)濟、有效地抗電壓暫降的技術(shù)措施。

附圖說明[0048] 圖1是美國國家電網(wǎng)電能質(zhì)量統(tǒng)計圖；[0049] 圖2是風(fēng)機、泵類的運行特性曲線示意圖[0050] 圖3是本發(fā)明的級聯(lián)式多電平變頻器電壓暫降運行程序框圖；[0051] 圖4是本發(fā)明的級聯(lián)式多電平變頻器控制電源線路圖。具體實施方式[0052] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步說明。[0053] 圖1中，據(jù)美國國家電網(wǎng)電能調(diào)查報告，每100公里輸電線路平均一年發(fā)生電壓暫降的次數(shù)為3-4次，平均93％以上電網(wǎng)事故導(dǎo)致電壓暫降幅度為額定電壓的10％-60％，持

續(xù)時間在30ms-200ms。附圖1為美國國家電網(wǎng)電能質(zhì)量統(tǒng)計圖。對某鋼鐵公司歷年來電網(wǎng)故

障統(tǒng)計分析顯示，90％以上電網(wǎng)事故導(dǎo)致電壓暫降幅度為額定電壓的10％-60％，持續(xù)時間

在30ms-250ms；與美國國家電網(wǎng)電能質(zhì)量統(tǒng)計結(jié)果相近。

[0054] 圖2所示為風(fēng)機的運行特性曲線。根據(jù)流體力學(xué)原理,風(fēng)機(的風(fēng)量(流量)Q與轉(zhuǎn)速n成正比,轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n的平方成正比,消耗的功率與轉(zhuǎn)速n的立方成正比,即：P1/P2＝

(n1/n2)3。

[0055] 圖2中，曲線1為風(fēng)機在恒速n1下風(fēng)壓—風(fēng)量(H—Q)特性，曲線2為風(fēng)機的管網(wǎng)風(fēng)阻(風(fēng)門開度全開)特性。

[0056] 假設(shè)風(fēng)機在設(shè)計時工作在A點效率最高，輸出風(fēng)量Q2為100％，此時軸功率N1與Q2、H1的乘機面積AH1OQ2成正比。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，如采用調(diào)節(jié)風(fēng)門方法，當(dāng)風(fēng)量需從Q2減少

到Q1時，管網(wǎng)阻力特性變到曲線3，系統(tǒng)由原來的工況點A變到新的工況點B運行；風(fēng)壓反而

增加，軸功率與面積BH2OQ1成正比，減少不多。如果采用調(diào)速方式，風(fēng)機轉(zhuǎn)速由n1降到n2，管

網(wǎng)阻力特性變成曲線4所示。在滿足同樣風(fēng)量的情況下，風(fēng)壓H3大幅度降低，功率N3(相當(dāng)于

面積CH3OQ1)隨著顯著減少。

[0057] 也就是說，在電網(wǎng)正常運行過程中，當(dāng)降低風(fēng)機的運行速度時，其電機所消耗的電功率以速度三次方的函數(shù)關(guān)系顯著下降，相應(yīng)變頻器的輸出功率也顯著下降，則級聯(lián)式多

電平高壓變頻器中間直流回路電壓波動幅度也將降低，直流電壓也趨于平穩(wěn)。此外，大容量

風(fēng)機的轉(zhuǎn)動慣量普遍比較大，轉(zhuǎn)動慣量越大表示物體轉(zhuǎn)動時慣性越大。如果風(fēng)機轉(zhuǎn)動慣量

越大，則其慣性越大，即在同樣加速或減速力作用下，加、減速時間越長。

[0058] 即[0059][0060] 當(dāng)電網(wǎng)故障導(dǎo)致電壓暫降時，級聯(lián)式多電平高壓變頻器中間直流回路電壓下降，如果此時立即降低變頻器速度給定，風(fēng)機的機械能開始回饋到中間直流回路，及時彌補了

主回路直流電壓由于電壓暫降造成的跌落，變頻器可維持繼續(xù)運行。此外，由于風(fēng)機速度下

降，變頻器輸出電功率也顯著下降，變頻器中間直流回路電壓波動幅度也小一些。

[0061] 本專利技術(shù)的發(fā)明目的是根據(jù)大型風(fēng)機運行特性，結(jié)合級聯(lián)式多電平高壓變頻器特點，在保證變頻器、人身及工藝設(shè)備安全的前提下，并且不增加投資，提升級聯(lián)式多電平

高壓變頻器抗電壓暫降的能力。

[0062] 當(dāng)電壓暫降幅度為額定電壓的10％-70％(業(yè)內(nèi)習(xí)慣用語，相當(dāng)于實測變頻器的主回路直流電壓輸出值，為標(biāo)準(zhǔn)額定輸出電壓值的90％～30％，下同)、持續(xù)時間小于200ms

時，在維持變頻器控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定的前提下，通過立即降低風(fēng)機速度，維持變頻器運行所

必須的主回路最低直流電壓的要求，變頻器維持繼續(xù)運行。當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)后，風(fēng)機快速加

速到原運行速度。當(dāng)電壓暫降幅度超過額定電壓的70％，持續(xù)時間大于200ms時，先通過立

即降低風(fēng)機速度，變頻器可以維持運行一小段時間；但由于電網(wǎng)電壓下降幅度大、持續(xù)時間

長，當(dāng)風(fēng)機回饋能量不足以維持變頻器運行所必須的主回路最低直流電壓的要求，同時由

于電壓跌落使變頻器、電機的冷卻能力下降，為了保護變頻器與電機，變頻器立即欠電壓保

護動作，變頻器封脈沖并停止運行，并跳交流進線開關(guān)。在電網(wǎng)恢復(fù)后，可通過飛車起動方

式，快速使風(fēng)機加速到原運行速度。如果級聯(lián)式多電平高壓變頻器具備這樣的能力，在電壓

暫降發(fā)生時，對生產(chǎn)工藝的影響是很小的

[0063] 圖2中，在電壓暫降幅度為額定電壓的10％-70％、持續(xù)時間小于200ms時，變頻器維持正常運行。當(dāng)電壓暫降幅度超過額定電壓的70％，持續(xù)時間超過200ms，且主回路直流

電壓低于變頻器運行最低允許值時，變頻器立即停止運行，風(fēng)機自由停車。當(dāng)電網(wǎng)再次恢復(fù)

時，為了避免變頻器起動時過電流，以及搜索電機速度，快速加速風(fēng)機。必須對現(xiàn)有級聯(lián)式

多電平高壓變頻器在發(fā)生電壓暫降后控制方式及部分功能進行擴展；同時給變頻器控制電

源提供短暫后備電源。

[0064] 第一，通過自行編程對現(xiàn)有變頻器控制功能進行擴展，對級聯(lián)式多電平高壓變頻器的運行方式進行優(yōu)化，程序框圖如圖3所示。

[0065] ⑴、首先決定變頻器在電壓暫降后的運行方式為暫態(tài)繼續(xù)運行模式(或稱為電壓暫降運行模式)。

[0066] ⑵、設(shè)定判斷電網(wǎng)瞬?；螂妷簳航蛋l(fā)生時主回路直流電壓開始值，一般設(shè)定為額定直流電壓值的80％。一旦主回路直流電壓從額定值降到該值時，判斷已發(fā)生電壓暫降，此

時立即啟動電壓暫降運行模式，降低變頻器速度給定。

[0067] ⑶、設(shè)定變頻器在電壓暫降后維持繼續(xù)運行時間，該值與變頻器系統(tǒng)配置及風(fēng)機當(dāng)時的運行速度有關(guān)，一般設(shè)定為250ms，當(dāng)電壓暫降時間超過改設(shè)定值，或主回路直流電

壓低于最低電壓值時，變頻器立即停止運行。

[0068] ⑷、設(shè)定變頻器允許運行的最低直流電壓值，一般該值設(shè)定為額定直流電壓的65％。一旦主回路直流電壓低于該值，變頻器立即報直流欠電壓故障并封鎖脈沖。

[0069] ⑸、電網(wǎng)電壓暫降導(dǎo)致變頻器故障停機，在電網(wǎng)恢復(fù)后，變頻器先檢測與計算電機剩磁殘留電壓，等待電機殘留電壓消失后，再控制變頻器使風(fēng)機加速到原運行速度。

[0070] 第二，當(dāng)電網(wǎng)電壓暫降后，為了使級聯(lián)式多電平高壓變頻器維持繼續(xù)運行，必須確保變頻器控制系統(tǒng)在電壓短暫期間內(nèi)運行穩(wěn)定，即變頻器控制電源有一定的后備能力，能

承受短暫的電網(wǎng)瞬?；螂妷簳航?。因變頻器主回路承受電壓暫降能力小于1秒鐘，所以控制

電源的后備能力也沒有必要太強，持續(xù)后備時間為10秒鐘，否則就是一種浪費。

[0071] 圖4給出了本技術(shù)方案級聯(lián)式多電平變頻器控制電源的一個實施例。[0072] 通常，級聯(lián)式多電平高壓變頻器需要一路3相380低壓動力電源，通過空氣開關(guān)K1引入。一路給變頻器主回路冷卻風(fēng)機，即通過空氣開關(guān)K2、接觸器M3、熱繼電器THR給變頻器

用冷卻風(fēng)機供電，并承擔(dān)風(fēng)機的過載與短路保護，需要電功率較大。另一路給變頻器內(nèi)PLC、

繼電器及控制系統(tǒng)用工作電源供電，需電功率較小，大約1.5KA。通過空氣開關(guān)K3給單相變

壓器TR1供電，TR1容量為1.5KA(380/220)。TR1輸出通過單相橋式整流器D1(600/25A)

整流后，經(jīng)限流電阻R1(510Ω/80W)給儲能電容C1(450DC/9400μF)充電，輸出直流電壓為

198；D1輸出經(jīng)過二極管D2(600/50A)給電源模塊AR1、AR2供電及DC/AC模塊供電。AR1、

AR2均為DC/DC模塊，輸入電壓為(DC120-300)，AR1輸出P5(8A)、P15(3A)、N15

(1.5A)；AR2輸出P241(2A)。DC/AC模塊(1KA)把DC200轉(zhuǎn)換成交流220、50Hz單相交流

電，DC/AC輸出去兩路，一路給PLC供電；另一路給幾個交流繼電器供電。

[0073] 級聯(lián)式多電平變頻器采用本技術(shù)方案后，當(dāng)電網(wǎng)故障導(dǎo)致電壓暫降幅度為額定電壓的10％-70％、持續(xù)時間小于200ms時，變頻器進入暫降運行模式(亦稱暫降運行MODE)，降

低風(fēng)機速度，把機械能轉(zhuǎn)換成電能，維持變頻器運行所必須的最低直流電壓的要求，變頻器

繼續(xù)運行。當(dāng)電壓暫降幅度超過額定電壓的70％，變頻器先進入電壓暫降模式，維持風(fēng)機或

運行；一旦持續(xù)時間大于250ms，或主回路直流電壓低于變頻器運行最低允許值時，為了保

護變頻器與電機避免過熱而損壞，變頻器必須立即欠電壓保護動作并停止運行，跳進線高

壓開關(guān)。在電網(wǎng)恢復(fù)后，可通過飛車起動方式，快速使風(fēng)機加速到原運行速度。級聯(lián)式多電

平變頻器采用本技術(shù)后，具備了既有效又很經(jīng)濟的抗電網(wǎng)電壓暫降的能力。

[0074] 同時，由于本技術(shù)方案中變頻器控制電源的后備電源與常規(guī)采用UPS供電方式不同，它是先由整流器把交流電源整流成直流電壓，通過直流電解電容進行儲能，然后通過

AR1、AR2兩個DC/DC轉(zhuǎn)換電源模塊給變頻器提供P5(即俗稱的+5)、P15(即俗稱的+

15)、N15(即俗稱的-15)及P24(即俗稱的+24)電壓；通過DC/AC模塊提供1KA的單相

220交流50Hz電源，給PLC及少量繼電器提供交流電源。這種方式的優(yōu)點是只需提供短暫后

備電源，后備電源的功率可以適當(dāng)降低，價格也較UPS便宜；更重要的是減少了維護工作量，

因為UPS需要定期對蓄電池進行維護，否則UPS可能會失效。

[0075] 隨著國家推進風(fēng)機節(jié)能改造，級聯(lián)式多電平變頻器被廣泛應(yīng)用于大容量風(fēng)機的節(jié)能調(diào)速。電網(wǎng)發(fā)生電壓暫降的概率盡管很低，但不可避免。目前，市場上級聯(lián)式多電平變頻

器抗電網(wǎng)電壓暫降能力較差。因為大容量風(fēng)機是現(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備，一旦因電網(wǎng)電壓暫降而導(dǎo)

致風(fēng)機異常停機，所造成的損失是很大的。采用本技術(shù)，在不增加投資的前提下，風(fēng)機在電

壓降落幅度為10％-70％且持續(xù)時間小于200ms時，基本可以持續(xù)運行，即可以避免90％以

上電網(wǎng)電壓暫降所造成的停機，具有一定的推廣價值。

[0076] 由于本發(fā)明的技術(shù)方案中，只需提供短暫性的后備電源，則后備電源的功率可以適當(dāng)降低，價格也較UPS便宜，更重要的是，減少了日常維護工作量。

[0077] 本發(fā)明可廣泛用于大型風(fēng)機的控制或運行管理領(lǐng)域。