低压变频器防晃电方案研究
姜万东周海涛王晓堃张铮
（江苏国网自控科技股份有限公司，江苏昆山 215311）
摘要低压变频器对电网电压波动较为敏感，由于系统电压发生晃电事故造成变频器非计划停机时有发生。本文深入研究了变频器防晃电直流支撑方案和再起动方案，对常规解决方案存在的问题进行了分析，提出了相应的解决方案，对选择低压变频器防晃电方案具有一定的借鉴意义。
关键词：防晃电；低压变频器；直流支撑；故障闭锁
Research on Low Voltage Variable-frequency Drive Anti-electricity
Shaking Scheme
Jiang Wandong Zhou Haitao Wang Xiaokun Zhang Zheng
(Jiangsu State Grid Automation Technology Co., Ltd, Kunshan, Jiangsu 215311) Abstract Low-voltage VFD is sensitive to voltage fluctuation. Because of voltage dips, unplanned stop of VFD happened frequently. This paper made deep research on DC-Bank scheme and restart scheme of VFD anti-electricity shaking, analyzed problems of common solutions, and proposed a relevant solution. The conclusion of this paper has a certain significance to the choice of anti-electricity shaking scheme of low-voltage VFD.
Keywords：anti-electricity shaking; low voltage Variable-frequency Drive; DC bank; fault blocking
低压变频器自20世纪50年代末问世以来，在主要工业化国家已经得到广泛应用。而在我国到20世纪90年代末，低压变频器才逐渐得到广大用户的认可和使用。文献[1]指出一些企业由于电网电压不稳，导致变频器在使用中产生了新的问题，如变频器低压跳闸。每次由于电网晃电，关键电动机变频器低压跳闸造成的非计划停机，都会给企业造成很大的经济损失。文献[2]中指出由于电网电压的不稳定，导致变频器在使用中出现了新的问题：变频器低压保护跳闸（即低电压穿越）。低电压都是瞬时和短时的，对传统的控制系统影响较小，而对变频器则会产生低压保护跳闸导致电动机停机，影响安全和生产。
目前，解决低压变频器防晃电方案主要采用有变频器失压自复位、变频器动能缓冲、直流支撑和变频器再起。前两种方案是变频器自身提供的功能[3]，而后两种方案需要在变频器外部提供控制装置或电源。其中，直流支撑方案由于需要采用蓄电池提供的后备电能，占地和投资较大适用于对变频器防晃电要求较高的情况。文献[4]列举了变频器直流支撑方案的一些实现方法。而变频器自带的失压自复位功能，在晃电时要保证变频器起动信号不丢失，对采用交流控制的回路很难实现限制了其应用。采用变频器动能缓冲功能，取决于负载的特性，并且只能起到一个短暂防晃电作用，效果较小。文献[5-8]对变频器的防晃电技术应用方案进行了深入的研究，提出一些可行的技术方案。文献[9]提出了一种新型防晃电产品解决方案。文献[10]又提到了防晃电技术在化工行业的应用。
综上所述，低压变频器的防晃电问题，一直被业界所研究和探讨，低压变频器的防晃电解决方案主要以直流支撑和变频器再起为主，本文着重分析两种解决方案，对方案中存在的问题进行分析，提出相应的解决方案。
1 常规式直流支撑方案
常用的低压变频器都是采用交-直-交的电源型变频器，直流回路是通过三相交流整流得到的，直流电压大约在510～620V之间。所以给变频器提供一路在510～620V之间的直流电源，就可以保证变
（a）单台变频器直流支撑原理
（b）多台变频器直流支撑原理
图1低压变频器直流支撑原理
直流支撑方案的直流供电可能根据不同应用情况所有差异，如应用场合具有安保直流电源或其他后备电源，且容量满足只需要增加一个大容量的DC/DC升压电源；有些场合直接采用蓄电池充电到接近变频器直流电压，可不用DC/DC升压电源。
一般变频器的欠压跳闸设定值在70%～90%流电压之间，因此，直流支撑的投入电压一定要高于变频器欠压跳闸设定值，一般差压设定值为
直流电压。DC/DC升压输出电压或储能母线电压一般要达到95%直流电压，对400V的变频器而言，
图2直流支撑改进方案图
图2中，监测元件采集的外部状态信号：EXT_S\T 为外部变频器起停信号，可为就地信号和远方信号；VFD_RUN为变频器运行状态信号，由变频器输出；VFD_ERR为变频器的故障跳闸信号，由变频器输出；VFD_READY为变频器准备信号，由变频器输出。监测元件输出的控制信号：S\T信号为控制变频器的起停信号，输出到变频器的IO中；RESET 信号为控制变频器复位故障信号，输出到变频器的IO中；DCS_RUN为输出给DCS信号的变频器运行指示信号；RESTART为再起动出口，负责再次起动变频器控制回路的起动中间继电器。
该改进方案的控制逻辑及实现原理如图3所
示。其可分别判断过压变频器扰动停机和欠压晃电停机两种情况：①当系统电压过压时，监测单元的电压元件先识别到过压，并判断出变频器出现停机。待电压恢复后输出起动变频器控制信号使变频器重新起动，避免变频器因过压扰动停机；②当发生欠压晃电时，监测单元先识别到低压过程，检出变频器无故障信号，且外部起停信号丢失，则控制差压单元电子开关闭合，投入后备电源，再此过程中保持S\T信号一直输出，直至交流电源恢复（恢复时，先输出RESTART起动中间继电器，使EXT_S\T信号恢复）或支撑时间到，差压单元控制电子开关断开。
图3直流支撑改进方案控制逻辑图
从上面的分析中可以看出，改进方案在变频器发生过压时可实现电压恢复后的变频器再起功能；在发生欠压晃电，直流支撑时无需配备UPS或逆变电源，也可保证控制信号不丢失使变频器停车。4 常规变频器再起方案
当对变频器的防晃电要求不是很高的情况下，采用变频器再起方案即可满足要求并节省了对后备电源的投资，如图4所示。
图4常规变频器再起方案图
工作原理简介如下：当再起装置ZQ-1通过模拟量接口10，3测到电压正常，并通过开关量接口6，7测到运行控制中间继电器KA1的状态为合，认为变频器处在运行状态。如系统发生晃电时，ZQ-1通过模拟量接口10，3测到电压降低，且KA1状态释放，认为发生晃电。当晃电在设定的防晃电时间内恢复正常后，ZQ-1控制常开接点QD1和QD2同时闭合，使变频器重新起动。ZQ-1中的RUN信号为延时断开出口，晃电设定时间内闭合保证DCS 的监控信号正常（模拟变频器还在运行）。如果电压未在设定时间内恢复，ZQ-1的QD1和QD2就不再闭合，RUN信号也断开。
5 常规变频器再起方案的问题
常规再起变频器方案存在以下问题：①晃电检测信息不足，发生非对称晃电时如图4中的L1和L2相降低，L3相电压正常，而ZQ-1只检测了控制相L3，故无法识别晃电造成不能再起变频器；②一些变频器（如ABB的ACS800系列等）有故障闭锁功能，在晃电时变频器欠压跳闸，如果不复位变频器的故障，如图4中所示的R1B、R1C是无法闭合的，此时即使QD1和QD2闭合，KA1线圈回路也无法接通，导致起动变频器失败。
6 变频器再起改进方案
由于常规变频器再起方案的缺陷和不足，导致使用此方案时经常在晃电时出现再起变频器失败的情况，因此本文提出了一种改进方案。
改进后的变频器再起动方案如图5所示，ZQ-2
