本發(fā)明涉及大型整流系統(tǒng),更具體地說,涉及一種具有冗余電流反饋的整流控制系統(tǒng)。
背景技術(shù):
為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)所需要的大直流電流輸出,許多現(xiàn)場(chǎng)需要將多臺(tái)整流裝置并聯(lián)使用。這些裝置通常以三相六脈波為基礎(chǔ)單元,工作在穩(wěn)流方式。兩臺(tái)六脈波單元共用一臺(tái)整流變壓器,分星、角側(cè)連接組成12脈波機(jī)組,降低諧波干擾。
為使這些裝置能夠均勻承擔(dān)負(fù)載所需的輸出,現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)需要多套大電流直流傳感器分別進(jìn)行檢測(cè)。這些傳感器往往工作在惡劣的環(huán)境下,安全性難以提高。同時(shí),現(xiàn)場(chǎng)連接線路通常長(zhǎng)達(dá)數(shù)十米甚至數(shù)百米,非常容易引入多種干擾因素和安全問題。而一旦傳感器信號(hào)出現(xiàn)異常,則會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的輸出波動(dòng),輕則影響生產(chǎn),重則容易導(dǎo)致的生產(chǎn)安全事故。
因此十分需要這樣一種控制系統(tǒng),在反饋信號(hào)出現(xiàn)異常的情況下,能夠保持正確的控制輸出,并發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警,提示人工排除故障。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明所解決的問題是:當(dāng)本發(fā)明所涉及的整流控制系統(tǒng)發(fā)生反饋信號(hào)故障時(shí),能夠正確識(shí)別故障,并有效控制輸出電流。能夠有效避免因反饋信號(hào)故障造成的輸出電流異常變化,優(yōu)化系統(tǒng)安全性;同時(shí)能夠使用較少的傳感器完成基本控制任務(wù)。
本發(fā)明為解決上述問題采用如下的技術(shù)方案,具有冗余電流反饋的整流控制系統(tǒng),其包括交流互感器、直流傳感器、主控制器、整流機(jī)組驅(qū)動(dòng)控制器和報(bào)警裝置,整流機(jī)組驅(qū)動(dòng)控制器包括整流機(jī)組角側(cè)驅(qū)動(dòng)控制器和整流機(jī)組星側(cè)驅(qū)動(dòng)控制器,其特征在于:在同一臺(tái)整流變壓器的12脈波機(jī)組中,在整流變壓器的輸入端安裝網(wǎng)側(cè)交流互感器,整流變壓器的星型輸出端和角型輸出端分別安裝星側(cè)交流互感器和角側(cè)交流互感器;整流變壓器輸出端連接的整流機(jī)組的星型輸出端和角型輸出端分別安裝星側(cè)直流傳感器和角側(cè)直流傳感器;整流機(jī)組的總電流輸出端上安裝機(jī)組直流傳感器;所述主控制器包括邏輯控制模塊、調(diào)節(jié)器一、調(diào)節(jié)器二、調(diào)節(jié)器三和輸出控制模塊;網(wǎng)側(cè)交流互感器、星側(cè)交流互感器、角側(cè)交流互感器、星側(cè)直流傳感器和角側(cè)直流傳感器和機(jī)組直流傳感器分別連接至邏輯控制模塊,邏輯控制模塊輸出狀態(tài)控制信號(hào)至輸出控制模塊,邏輯控制模塊輸出報(bào)警信號(hào)至報(bào)警裝置,邏輯控制模塊輸出的角側(cè)反饋信號(hào)至調(diào)節(jié)器一;邏輯控制模塊輸出的星側(cè)反饋信號(hào)輸入至調(diào)節(jié)器二,邏輯控制模塊輸出另一路角側(cè)反饋信號(hào)和星側(cè)反饋信號(hào)至調(diào)節(jié)器三;12脈波機(jī)組給定的兩路輸入信號(hào)分別輸入至調(diào)節(jié)器一和調(diào)節(jié)器二;調(diào)節(jié)器一的輸出端分別連接至整流機(jī)組角側(cè)驅(qū)動(dòng)控制器和輸出控制模塊;調(diào)節(jié)器二的輸出端和調(diào)節(jié)器三的輸出端分別連接至輸出控制模塊;輸出控制模塊連接至整流機(jī)組星側(cè)驅(qū)動(dòng)控制器;調(diào)節(jié)器一、調(diào)節(jié)器二和調(diào)節(jié)器三分別輸出一路信號(hào)至邏輯控制模塊;整流機(jī)組角側(cè)驅(qū)動(dòng)控制器和整流機(jī)組星側(cè)驅(qū)動(dòng)控制器分別連接至整流機(jī)組的角側(cè)、星側(cè)整流器。
上述的具有冗余電流反饋的整流控制系統(tǒng),所述的邏輯控制模塊采用微處理器,使用數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng),經(jīng)過內(nèi)部邏輯分析判斷,生成調(diào)節(jié)器所需的反饋數(shù)據(jù)。
上述的具有冗余電流反饋的整流控制系統(tǒng),所述的主控制器在正常接收星側(cè)交流互感器、角側(cè)交流互感器、星側(cè)直流傳感器和角側(cè)直流傳感器提供的4路反饋信號(hào)中的任意3路或3路以上反饋信號(hào)的情況下,控制整流機(jī)組正常輸出。
上述的具有冗余電流反饋的整流控制系統(tǒng),所述的主控制器采用交流、直流反饋對(duì)比和機(jī)組總、分電流對(duì)比及電流分配對(duì)比的特性對(duì)反饋值進(jìn)行監(jiān)視。
上述的具有冗余電流反饋的整流控制系統(tǒng),所述的主控制器除了能按照星、角側(cè)獨(dú)立穩(wěn)流的穩(wěn)流方式之外,還采用主從調(diào)節(jié)器穩(wěn)流方式進(jìn)行閉環(huán)穩(wěn)流,即一個(gè)調(diào)節(jié)器進(jìn)行穩(wěn)流計(jì)算,另一個(gè)調(diào)節(jié)器依據(jù)星、角側(cè)電流差異進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞焦ぷ?,且這兩種方式之間可以進(jìn)行隨機(jī)無擾切換。
上述的具有冗余電流反饋的整流控制系統(tǒng),所述的主控制器采用統(tǒng)一的bit序列來標(biāo)記反饋配置情況及檢測(cè)過程中的狀態(tài),并采用查表方式來確定復(fù)雜反饋狀態(tài)下控制器行為的方法來處理多重反饋下的狀態(tài)邏輯分析。
上述的具有冗余電流反饋的整流控制系統(tǒng),所述的主控制器通過功率相似的原則處理不同有載開關(guān)檔位下的交直流電流對(duì)應(yīng)關(guān)系問題,使用網(wǎng)側(cè)交流互感器信號(hào)進(jìn)行直接或備選信號(hào)參與穩(wěn)流。
本發(fā)明利用12脈波機(jī)組中的各電流之間存在多種原理上的對(duì)應(yīng)關(guān)系和相互關(guān)系,設(shè)計(jì)出具有冗余電流反饋的整流控制系統(tǒng),能實(shí)現(xiàn)信號(hào)間的數(shù)值的相互冗余,通過理論值與實(shí)測(cè)值或是實(shí)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間的對(duì)比,獲得電流信號(hào)的正確值及其狀態(tài)信息。主控制器在正常接收星側(cè)交流互感器、角側(cè)交流互感器、星側(cè)直流傳感器和角側(cè)直流傳感器提供的4路反饋信號(hào)中的任意3路或3路以上反饋信號(hào)的情況下,可以控制整流機(jī)組正常輸出,因此其應(yīng)用于同型號(hào)并聯(lián)運(yùn)行的大型整流系統(tǒng)中,能夠有效避免因反饋信號(hào)故障造成的輸出電流異常變化,優(yōu)化系統(tǒng)安全性;同時(shí)按此方法能夠使用較少的傳感器完成基本控制任務(wù)。
本發(fā)明建立在基于微處理器的數(shù)字控制技術(shù)之上,利用數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活、邏輯功能強(qiáng)的特點(diǎn),使得復(fù)雜的控制邏輯和運(yùn)算得以實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明所涉及的技術(shù)方法可用于晶閘管整流系統(tǒng),其控制變量為導(dǎo)通角(或控制角)。同時(shí)也適用于自飽和電抗器穩(wěn)流的二極管整流系統(tǒng),對(duì)應(yīng)的,控制變量為產(chǎn)生自飽和電抗器控制電流的脈沖寬度。
因此,本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)以下功能:
·按照一般現(xiàn)場(chǎng)情況,一套12脈波機(jī)組控制系統(tǒng)可以接入星、角側(cè),交、直流電流共4路電流反饋信號(hào),這種情形下,任意一路反饋的故障都不會(huì)影響機(jī)組正常運(yùn)行;
·正常運(yùn)行過程中,只要能提供代表星角側(cè)電流的任意2路反饋即可進(jìn)行正常穩(wěn)流控制;
·允許使用星、角側(cè)兩個(gè)交流信號(hào)和一個(gè)直流信號(hào)作為反饋信號(hào),進(jìn)行準(zhǔn)確的穩(wěn)流和分配,并提供冗余保護(hù);
·類似上一條,可以使用兩個(gè)直流信號(hào)和一個(gè)交流信號(hào)作為反饋,本系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確穩(wěn)流,并實(shí)現(xiàn)邏輯功能。
·本發(fā)明所涉及的控制系統(tǒng)既能夠以傳統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)星角側(cè)獨(dú)立穩(wěn)流,又能夠?qū)崿F(xiàn)12脈波統(tǒng)一穩(wěn)流,這種方式下可以避免星角側(cè)裝置通過整流變壓器的耦合帶來的一些問題,能有效提高控制響應(yīng)速度和總體精度。
本發(fā)明的有益效果是,其應(yīng)用于同型號(hào)并聯(lián)運(yùn)行的大型整流系統(tǒng)中,能夠有效避免因反饋信號(hào)故障造成的輸出電流異常變化,起到異常工況下保護(hù)整流裝置和負(fù)載的作用,改善系統(tǒng)安全性;同時(shí)能夠使用較少的傳感器完成基本控制任務(wù),降低運(yùn)營(yíng)成本,同時(shí)提高了設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的整流機(jī)組連接關(guān)系示意圖。
圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為本發(fā)明的反饋監(jiān)測(cè)軟件流程。
圖4為本發(fā)明的控制管理軟件總體流程。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的技術(shù)方法描述更加清晰,以下結(jié)合附圖做進(jìn)一步闡述。需要說明的是,附圖僅作為說明本方案之用,并不完全代表本發(fā)明的全部?jī)?nèi)容,也不代表實(shí)際應(yīng)用的全部情況。
如圖1所示,大型整流系統(tǒng)中以整流變壓器數(shù)量為單位,分成若干12脈波整流機(jī)組,機(jī)組中分星、角兩臺(tái)6脈波裝置。控制系統(tǒng)作為反饋使用的電流信號(hào)分別在圖中標(biāo)出。系統(tǒng)中的電流信號(hào)之間存在以下這些關(guān)系:
·星側(cè)整流裝置的交流電流變換信號(hào)與直流電流測(cè)量信號(hào)之間呈線性關(guān)系,但帶有少量誤差。角側(cè)整流裝置電流信號(hào)有著同樣的規(guī)律;
·機(jī)組直流總電流等于星、角側(cè)輸出電流的總和。在測(cè)量值上的關(guān)系僅限于測(cè)量誤差。
·為滿足平衡需要,機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)星、角側(cè)輸出電流應(yīng)保持大致相等,同樣其交流電流也保持大致相等;
·為滿足波形需要,機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),星、角側(cè)的控制變量(導(dǎo)通角或控制電流)大致相等;
·為滿足工藝需要,機(jī)組運(yùn)行時(shí)輸出參數(shù)一般處于穩(wěn)定狀態(tài),各電流值不會(huì)大幅變化。
·現(xiàn)代整流系統(tǒng)效率很高,因此,其交流側(cè)功率與直流側(cè)功率非常接近。在有載開關(guān)檔位確定的情況下,整流變壓器的網(wǎng)側(cè)電流變換信號(hào)與直流輸出存在線性關(guān)系。當(dāng)直流電壓數(shù)據(jù)可用時(shí),這種關(guān)系可以進(jìn)一步優(yōu)化。
按照?qǐng)D1所示的信號(hào)序號(hào),對(duì)應(yīng)地以一個(gè)6bit變量來描述實(shí)際系統(tǒng)的電流信號(hào)配備情況,每位代表一個(gè)信號(hào)。機(jī)組、星側(cè)、角側(cè)信號(hào)分別相鄰,且交流信號(hào)處于較高位,這樣形成一個(gè)數(shù)值即作為反饋配置碼。系統(tǒng)軟件用一個(gè)常量表格定義不同反饋配置碼下各分析過程的執(zhí)行情況,以及對(duì)反饋的選擇情況,在后續(xù)的計(jì)算過程中簡(jiǎn)化判斷邏輯。
如圖2所示,具有冗余電流反饋的整流控制系統(tǒng),其包括交流互感器、直流傳感器、主控制器、整流機(jī)組驅(qū)動(dòng)控制器和報(bào)警裝置,整流機(jī)組驅(qū)動(dòng)控制器包括整流機(jī)組角側(cè)驅(qū)動(dòng)控制器和整流機(jī)組星側(cè)驅(qū)動(dòng)控制器,其特征在于:在同一臺(tái)整流變壓器的12脈波機(jī)組中,在整流變壓器的輸入端安裝網(wǎng)側(cè)交流互感器,整流變壓器的星型輸出端和角型輸出端分別安裝星側(cè)交流互感器和角側(cè)交流互感器;整流變壓器輸出端連接的整流機(jī)組的星型輸出端和角型輸出端分別安裝星側(cè)直流傳感器和角側(cè)直流傳感器;整流機(jī)組的總電流輸出端上安裝機(jī)組直流傳感器;所述主控制器包括邏輯控制模塊、調(diào)節(jié)器一、調(diào)節(jié)器二、調(diào)節(jié)器三和輸出控制模塊;網(wǎng)側(cè)交流互感器、星側(cè)交流互感器、角側(cè)交流互感器、星側(cè)直流傳感器和角側(cè)直流傳感器和機(jī)組直流傳感器分別連接至邏輯控制模塊,邏輯控制模塊輸出狀態(tài)控制信號(hào)至輸出控制模塊,邏輯控制模塊輸出報(bào)警信號(hào)至報(bào)警裝置,邏輯控制模塊輸出的角側(cè)反饋信號(hào)至調(diào)節(jié)器一;邏輯控制模塊輸出的星側(cè)反饋信號(hào)輸入至調(diào)節(jié)器二,邏輯控制模塊輸出另一路角側(cè)反饋信號(hào)和星側(cè)反饋信號(hào)至調(diào)節(jié)器三;12脈波機(jī)組給定的兩路輸入信號(hào)分別輸入至調(diào)節(jié)器一和調(diào)節(jié)器二;調(diào)節(jié)器一的輸出端分別連接至整流機(jī)組角側(cè)驅(qū)動(dòng)控制器和輸出控制模塊;調(diào)節(jié)器二的輸出端和調(diào)節(jié)器三的輸出端分別連接至輸出控制模塊;輸出控制模塊連接至整流機(jī)組星側(cè)驅(qū)動(dòng)控制器;調(diào)節(jié)器一、調(diào)節(jié)器二和調(diào)節(jié)器三分別輸出一路信號(hào)至邏輯控制模塊;整流機(jī)組角側(cè)驅(qū)動(dòng)控制器和整流機(jī)組星側(cè)驅(qū)動(dòng)控制器分別連接至整流機(jī)組的角側(cè)、星側(cè)整流機(jī)。
所述的邏輯控制模塊采用微處理器,使用數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng),經(jīng)過內(nèi)部邏輯分析判斷,生成調(diào)節(jié)器所需的反饋數(shù)據(jù)。
所述的主控制器在正常接收星側(cè)交流互感器、角側(cè)交流互感器、星側(cè)直流傳感器和角側(cè)直流傳感器提供的4路反饋信號(hào)中的任意3路或3路以上反饋信號(hào)的情況下,控制整流機(jī)組正常輸出。
所述的主控制器采用交流、直流反饋對(duì)比和機(jī)組總、分電流對(duì)比及電流分配對(duì)比的特性對(duì)反饋值進(jìn)行監(jiān)視。
所述的主控制器除了能按照星、角側(cè)獨(dú)立穩(wěn)流的穩(wěn)流方式之外,還采用主從調(diào)節(jié)器穩(wěn)流方式進(jìn)行閉環(huán)穩(wěn)流,即一個(gè)調(diào)節(jié)器進(jìn)行穩(wěn)流計(jì)算,另一個(gè)調(diào)節(jié)器依據(jù)星、角側(cè)電流差異進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞焦ぷ鳎疫@兩種方式之間可以進(jìn)行隨機(jī)無擾切換。
所述的主控制器采用統(tǒng)一的bit序列來標(biāo)記反饋配置情況及檢測(cè)過程中的狀態(tài),并采用查表方式來確定復(fù)雜反饋狀態(tài)下控制器行為的方法來處理多重反饋下的狀態(tài)邏輯分析。
所述的主控制器通過功率相似的原則處理不同有載開關(guān)檔位下的交直流電流對(duì)應(yīng)關(guān)系問題,從而允許使用網(wǎng)側(cè)交流互感器信號(hào)進(jìn)行直接或備選信號(hào)參與穩(wěn)流。
在圖2中,因?yàn)閷?shí)際情況下,本發(fā)明的控制系統(tǒng)無需具體區(qū)分星、角側(cè)整流裝置,所以控制系統(tǒng)輸入側(cè)信號(hào)以A、B代指。為了避免電流信號(hào)太多導(dǎo)致控制器過于復(fù)雜,本發(fā)明所涉及的控制系統(tǒng)限定最多輸入4路電流信號(hào)。
本發(fā)明應(yīng)用時(shí),檢測(cè)項(xiàng)目分3類:交直流電流近似關(guān)系,檢測(cè)交流電流轉(zhuǎn)換值與直流電流是否保持應(yīng)有的物理關(guān)系;電流分配關(guān)系,檢查6脈波整流裝置的電流信號(hào)總和與機(jī)組檢測(cè)值是否符合正常物理關(guān)系,以及6脈波兩臺(tái)裝置的電流是否值相近;異動(dòng)檢測(cè),檢測(cè)信號(hào)是否有大范圍的值異常波動(dòng)。
每個(gè)反饋分析階段,控制系統(tǒng)在使用1個(gè)6bit寄存器,按照反饋配置碼對(duì)應(yīng)的位來分別存放檢測(cè)結(jié)果,如正常通過,則對(duì)應(yīng)的位置位。其它情況下相關(guān)的位均保持為0。異動(dòng)分析還使用2個(gè)6bit寄存器分別保存異動(dòng)方向。
當(dāng)涉及到整流變網(wǎng)側(cè)互感器電流時(shí),要使用到直流電壓信號(hào),以抵消有載檔位對(duì)結(jié)果的影響。根據(jù)功率近似的原理,網(wǎng)側(cè)電流與直流近似的關(guān)系為:網(wǎng)側(cè)電流變換信號(hào)≈ m ×直流總電流÷直流電壓。為便于計(jì)算,將網(wǎng)側(cè)電流信號(hào)變換為一個(gè)中間變量Vac,Vac= k(常系數(shù),預(yù)設(shè)參數(shù))網(wǎng)側(cè)電流采樣值×直流電壓。
另外,當(dāng)工作電流遠(yuǎn)低于額定值時(shí),控制系統(tǒng)很難得到相應(yīng)的算法精度,因此,輸出至少達(dá)到10%額定值時(shí)各控制功能才會(huì)啟動(dòng)。
數(shù)據(jù)分析完成后,仲裁程序根據(jù)原始反饋配置碼和3次分析結(jié)果代碼,通過查找軟件預(yù)設(shè)的判定表,得出最終的判定結(jié)果碼,判定結(jié)果代碼與反饋配置碼具有相同的編碼規(guī)則,根據(jù)該編碼,控制系統(tǒng)按系統(tǒng)軟件定義的途徑選擇下步操作。如有報(bào)警或報(bào)警回歸事件,完成處置。
分析程序按要求提供各反饋數(shù)據(jù),圖3為反饋監(jiān)測(cè)軟件流程,如采集數(shù)據(jù)不存在或有錯(cuò)誤,則按照前面所述的物理關(guān)系推導(dǎo)出理論值。因此只要所接入的反饋信號(hào)能夠體現(xiàn)A、B電流的相對(duì)關(guān)系,并有一個(gè)準(zhǔn)確的輸出測(cè)量值,分析程序就能夠保證調(diào)節(jié)器能夠得到有效的反饋數(shù)據(jù),維持正確運(yùn)行。
本系統(tǒng)有2種調(diào)節(jié)方式,圖4是控制系統(tǒng)的總體流程。下面結(jié)合圖2、圖4作系統(tǒng)說明:
調(diào)節(jié)器1作為主要穩(wěn)流調(diào)節(jié)器,其結(jié)果直接驅(qū)動(dòng)A輸出。在分調(diào)模式下,調(diào)節(jié)器2作為B調(diào)節(jié)器處于活動(dòng)狀態(tài),其輸出驅(qū)動(dòng)B輸出。分調(diào)模式得到A、B輸出后經(jīng)過均值處理,獲得AB差值,該差值覆蓋調(diào)節(jié)器3的積分寄存器,以便在總分調(diào)切換時(shí)獲得平滑過渡。在總調(diào)模式下,調(diào)節(jié)器1運(yùn)行狀態(tài)不變,而調(diào)節(jié)器2處于待命狀態(tài),調(diào)節(jié)器3根據(jù)A、B分機(jī)電流計(jì)算B相對(duì)于A的輸出差值,最后通過分配來確定B輸出值。
本發(fā)明所涉及的控制系統(tǒng)能夠很好地解決大型整流機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)反饋可靠性問題,有效避免由此帶來的停車和故障損失,提高現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可靠性。除此之外,按照12脈波機(jī)組電流關(guān)系,通過統(tǒng)調(diào)控制方式,可以在系統(tǒng)反饋只有指定3路的情況下,滿足冗余關(guān)系,從而減少傳感器的數(shù)量,降低系統(tǒng)成本。本發(fā)明還可適應(yīng)晶閘管穩(wěn)流和自飽和電抗器穩(wěn)流,具有很好的行業(yè)推廣價(jià)值。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言,顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié),而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下,能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此,無論從哪一點(diǎn)來看,均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定,因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
此外,應(yīng)當(dāng)理解,雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述,但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案,說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見,本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體,各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合,形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。