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专利名称：一种高压同步变频器控制系统的控制方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111409763.8

专利申请（专利权）人：大力电工襄阳股份有限公司
权利人地址：湖北省襄阳市高新区大力大道100号

专利发明（设计）人：梁业庭,吴思思,邓双,肖钧,程映游,师光辉

专利摘要：本发明提供了涉及一种高压同步变频器控制系统的控制方法，包括：当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态；FPGA通过同步采样单元采集变压器的电压信号和电流信号，并发送信号至ARM控制器；ARM控制器根据读取的Δ路电压信号和Δ路电流信号对同步电动机转子转速进行计算，并设置第一转速阈值，将转子转速与第一转速阈值进行比较，当转子转速转满足第一转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并等待同期调节信号反。坏苯邮盏叫藕欧蠢『，ARM控制器从同期调节信号反馈中提取直流侧电流信号，并根据该直流侧电流信号控制同步电动机进入工频运行。本发明结构简单，运行速度快，极大地提高了系统的运算速度，提高了计算效率，极大降低了系统的故障率。

主权利要求：
1.一种高压同步变频器控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤；
S1，ARM控制器接收起动信号，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态；
S2，FPGA通过同步采样单元实时采集变压器的电压信号和电流信号，并发送信号至ARM控制器；
S3，ARM控制器根据起动信号读取FPGA中采集的变压器电压信号和电流信号；
S300，若ARM控制器从FPGA中读取的是变压器Δ路电压信号和Δ路电流信号，转至步骤S4；
S301，若ARM控制器从FPGA中读取的是变压器Y路电压信号以及Y路电流信号，转至步骤S6；
S4，ARM控制器根据读取的Δ路电压信号和Δ路电流信号对同步电动机转子转速进行计算，并设置第一转速阈值，将同步电动机转子转速与第一转速阈值进行比较，当同步电动机转子转速转满足第一转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并等待同期调节信号反馈后执行步骤S5；
S5，当接收到同期调节信号反馈后，ARM控制器从同期调节信号反馈中提取直流侧电流信号，并根据该直流侧电流信号控制同步电动机进入工频运行；
S6，ARM控制器根据读取的Y路电压信号以及Y路电流信号计算同步电动机转子转速编码，根据该同步电动机转子转速编码控制FPGA发送脉冲信号至触发板，通过触发板控制同步电动机进入工频运行；
步骤S1中，ARM控制器接收起动信号，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态，还包括以下步骤：接收系统初始化指令，ARM控制器对参数进行初始化，向同步电动机投入励磁，并检测励磁状态，当励磁投入正常时，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态；当ARM控制器存在故障时，FPGA输出跳闸信号，系统停机，并向工作人员发送对应警报；
当励磁投入正常时，ARM控制单元获取转子位置检测单元的初始信号，并接收起动信号，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态；
步骤S2中的变压器包括降压变压器和升压变压器；所述降压变压器和升压变压器均为三绕组变压器，降压变压器和升压变压器的高压侧均为三角形接法，降压变压器和升压变压器的低压侧分别为星型和三角形接法；降压变压器的低压侧和升压变压器的低压侧之间并联有两组串联设置的整流桥和逆变桥；降压变压器的高压侧与高压电网并联，降压变压器的低压侧与整流桥的输入端电性连接，整流桥的输出端与逆变桥的输入端电性连接，逆变桥的输出端与升压变压器的低压侧电性连接，升压变压器的高压侧与高压电网并联；同步采样单元分别对降压变压器的低压侧的线电压、整流桥输出端的母线电流、逆变桥输出的线电压和相电流进行采样，并将采样的电压和电流信号输入FPGA中；
降压变压器，将高压电网电压降压后作为整流桥的输入电压；升压变压器，将逆变桥输入的电压升压后选择性的输出至高压电网，作为同步电机的起动信号；同步采样单元，分别采集降压变压器的低压侧的电压信号、整流桥的输出电流信号和逆变器的输出电压信号，并将采集到的信号发送至FPGA中；过零检测单元，检测降压变压器的低压侧的线电压，并将线电压信号转换为过零检测信号输出至FPGA的输入端；过零检测单元的输出端与FPGA的输入端电性连接；FPGA的输入端还与整流桥和逆变桥的反馈端电性连接，FPGA的输出端与整流桥和逆变桥的触发端电性连接；FPGA还与ARM控制单元通信连接，ARM控制单元还与上位机进行通信；
同步采样单元包括三个同步采样芯片，FPGA通过同步采样芯片采集外部模拟量信号，信号包括：电网侧三相电压信号，电机端三相电压信号，电网侧两相电流信号和直流侧电流信号，读取AD信号后产生一个外部中断信号到ARM控制器，ARM控制器通过FSMC总线协议读取外部AD模拟量信号，完成模拟量信号的采样过程；同步采样芯片为AD7606，采样周期为
30us；
S300，若ARM控制器从FPGA中读取的是变压器Δ路电压信号和Δ路电流信号，转至步骤S4，还包括以下步骤，ARM控制器当前状态为启动状态时，初始化ARM控制器数据，ARM控制器从FPGA中读取变压器Δ路电压信号和Δ路电流信号，转至步骤S4；当ARM控制器当前状态为休眠状态时，启动ARM控制器，ARM控制器从FPGA中读取变压器Δ路电压信号和Δ路电流信号，转至步骤S4；
ARM控制器根据读取的Δ路电压信号和Δ路电流信号对同步电动机转子转速进行计算，并设置第一转速阈值，将同步电动机转子转速与第一转速阈值进行比较，当同步电动机转子转速转满足第一转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并等待同期调节信号反馈后执行步骤S5，还包括以下步骤，ARM控制器根据读取的Δ路电压信号和Δ路电流信号对同步电动机转子转速进行计算，获取同步电动机转子转速，将同步电动机转子转速与第一转速阈值进行比较，当同步电动机转子转速小于第一转速阈值的10％时，将整流延时角发送给同步电动机，并实时获取同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速；当同步电动机转子转速大于第一转速阈值的10％时，获取同步电动机转速环的设置转速，对同步电动机的逆变超前角进行调整，使同步电动机转子转速满足同步电动机转速环的设置转速，并对整流延时角进行调整，提高同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速，并实时获取同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速；
当同步电动机转子转速大于第一转速阈值的10％时，获取同步电动机转速环的设置转速，对同步电动机的逆变超前角进行调整，使同步电动机转子转速满足同步电动机转速环的设置转速，并对整流延时角进行调整，提高同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速，并实时获取同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速，还包括以下步骤，设置第一转速阈值的97％为第二转速阈值，将待比较同步电动机转子转速与第二转速阈值进行比较，当待比较同步电动机转子转速满足第二次转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并起动同期装置，等待同期调节信号反馈。
2.如权利要求1所述的一种高压同步变频器控制系统的控制方法，其特征在于：步骤S5中，当接收到同期调节信号反馈后，ARM控制器从同期调节信号反馈中提取直流侧电流信号，并根据该直流侧电流信号控制同步电动机进入工频运行，还包括以下步骤，当接收到同期调节信号反馈后，ARM控制器从同期调节信号反馈中提取直流侧电流信号，利用直流侧电流信号对同步电动机的转速进行调整，并实时获取电网电压与同步电动机的电压的状态，当电网电压与同步电动机的电压平衡时，控制同步电动机进入工频运行。
3.一种高压同步变频器控制系统的控制装置，其特征在于，所述高压同步变频器控制系统的控制装置包括：
信号发送模块（10），用于ARM控制器接收起动信号，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态；当ARM控制器存在故障时，FPGA输出跳闸信号，系统停机，并向工作人员发送对应警报；
系统进入起动状态后，ARM控制器还接收系统初始化指令，ARM控制器对参数进行初始化，向同步电动机投入励磁，并检测励磁状态，当励磁投入正常时，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态；当ARM控制器存在故障时，FPGA输出跳闸信号，系统停机，并向工作人员发送对应警报；
当励磁投入正常时，ARM控制单元获取转子位置检测单元的初始信号，并接收起动信号，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态；
同步采样模块（20），用于实时采集变压器的电压信号和电流信号；FPGA通过同步采样单元实时采集变压器的电压信号和电流信号，并发送信号至ARM控制器；
变压器包括降压变压器和升压变压器；所述降压变压器和升压变压器均为三绕组变压器，降压变压器和升压变压器的高压侧均为三角形接法，降压变压器和升压变压器的低压侧分别为星型和三角形接法；降压变压器的低压侧和升压变压器的低压侧之间并联有两组串联设置的整流桥和逆变桥；降压变压器的高压侧与高压电网并联，降压变压器的低压侧与整流桥的输入端电性连接，整流桥的输出端与逆变桥的输入端电性连接，逆变桥的输出端与升压变压器的低压侧电性连接，升压变压器的高压侧与高压电网并联；同步采样单元分别对降压变压器的低压侧的线电压、整流桥输出端的母线电流、逆变桥输出的线电压和相电流进行采样，并将采样的电压和电流信号输入FPGA中；
降压变压器，将高压电网电压降压后作为整流桥的输入电压；升压变压器，将逆变桥输入的电压升压后选择性的输出至高压电网，作为同步电机的起动信号；同步采样单元，分别采集降压变压器的低压侧的电压信号、整流桥的输出电流信号和逆变器的输出电压信号，并将采集到的信号发送至FPGA中；过零检测单元，检测降压变压器的低压侧的线电压，并将线电压信号转换为过零检测信号输出至FPGA的输入端；过零检测单元的输出端与FPGA的输入端电性连接；FPGA的输入端还与整流桥和逆变桥的反馈端电性连接，FPGA的输出端与整流桥和逆变桥的触发端电性连接；FPGA还与ARM控制单元通信连接，ARM控制单元还与上位机进行通信；
同步采样单元包括三个同步采样芯片，FPGA通过同步采样芯片采集外部模拟量信号，信号包括：电网侧三相电压信号，电机端三相电压信号，电网侧两相电流信号和直流侧电流信号，读取AD信号后产生一个外部中断信号到ARM控制器，ARM控制器通过FSMC总线协议读取外部AD模拟量信号，完成模拟量信号的采样过程；同步采样芯片为AD7606，采样周期为
30us；
信号采集分类模块（30），用于ARM控制器根据起动信号读取FPGA中采集的变压器电压信号和电流信号，并将读取的变压器电压信号和电流信号分为两类，一类为Δ路信号和Δ路电流信号，另一类为Y路电压信号以及Y路电流信号；
具体的，当ARM控制器当前状态为启动状态时，初始化ARM控制器数据，ARM控制器从FPGA中读取变压器Δ路电压信号和Δ路电流信号，启动信号反馈模块（40）；当ARM控制器当前状态为休眠状态时，启动ARM控制器，ARM控制器从FPGA中读取变压器Δ路电压信号和Δ路电流信号，启动信号反馈模块（40）；
当ARM控制器当前状态为启动状态时，初始化ARM控制器数据，ARM控制器从FPGA中读取变压器Y路电压信号和Y路电流信号，启动信号控制模块（60）；
信号反馈模块（40），用于ARM控制器根据读取的Δ路电压信号和Δ路电流信号对同步电动机转子转速进行计算，并设置第一转速阈值，将同步电动机转子转速与第一转速阈值进行比较，当同步电动机转子转速转满足第一转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并等待同期调节信号反。
具体的，ARM控制器根据读取的Δ路电压信号和Δ路电流信号对同步电动机转子转速进行计算，获取同步电动机转子转速，将同步电动机转子转速与第一转速阈值进行比较，当同步电动机转子转速小于第一转速阈值的10％时，将整流延时角发送给同步电动机，并实时获取同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速；当同步电动机转子转速大于第一转速阈值的10％时，获取同步电动机转速环的设置转速，对同步电动机的逆变超前角进行调整，使同步电动机转子转速满足同步电动机转速环的设置转速，并对整流延时角进行调整，提高同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速，并实时获取同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速；
当同步电动机转子转速大于第一转速阈值的10％时，获取同步电动机转速环的设置转速，对同步电动机的逆变超前角进行调整，使同步电动机转子转速满足同步电动机转速环的设置转速，并对整流延时角进行调整，提高同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速，并实时获取同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速，还包括以下步骤，设置第一转速阈值的97％为第二转速阈值，将待比较同步电动机转子转速与第二转速阈值进行比较，当待比较同步电动机转子转速满足第二次转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并起动同期装置，等待同期调节信号反。
信号调节模块（50），用于当接收到同期调节信号反馈后，ARM控制器从同期调节信号反馈中提取直流侧电流信号，并根据该直流侧电流信号控制同步电动机进入工频运行；
信号控制模块（60），用于ARM控制器根据读取的Y路电压信号以及Y路电流信号计算同步电动机转子转速编码，根据该同步电动机转子转速编码控制FPGA发送脉冲信号至触发板，通过触发板控制同步电动机进入工频运行。
4.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的高压同步变频器控制系统的控制方法程序，所述高压同步变频器控制系统的控制方法程序配置为实现如权利要求1至2任一项所述的高压同步变频器控制系统的控制方法的步骤。
5.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质为计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有高压同步变频器控制系统的控制方法程序，所述高压同步变频器控制系统的控制方法程序被处理器执行时实现如权利要求1至2任一项所述的高压同步变频器控制系统的控制方法的步骤。 说明书 : 一种高压同步变频器控制系统的控制方法技术领域[0001] 本发明涉及计算机软件技术领域，尤其涉及一种高压同步变频器控制系统的控制方法。背景技术[0002] 高压同步变频软起动装置适用于大中型高压同步电动机或高压同步电动机，作电机变频起动之用。该软起动装置的起动调速性能优良，可与直流电机调速性能相媲美。[0003] 现有的高压同步变频软起动装置在老化之后，很容易出现停机跳闸的情况，且机械运行效率很低，但是如果对老化设备进行修改，而不使用新的方法来进行控制，设备老化问题仍然得不到解决，且高压同步变频软起动装置要求控制系统实时性比较高，目前的控制系统较为复杂，运算速度不够快，会存在因计算导致的延迟问题。因此，有必要研发一种高压同步变频器控制系统的控制方法来解决上述问题。发明内容[0004] 有鉴于此，有必要提供一种结构简单，运算速度快的高压同步变频器控制系统的控制方法，用以解决现有技术中老化装置运行速度低以及老化装置缺少新的控制方法经常出现停机跳闸的技术问题。[0005] 一方面，本发明提供一种高压同步变频器控制系统的控制方法，包括以下步骤：[0006] S1，ARM控制器接收起动信号，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态；[0007] S2，FPGA通过同步采样单元实时采集变压器的电压信号和电流信号，并发送信号至ARM控制器；[0008] S3，ARM控制器根据起动信号读取FPGA中采集的变压器电压信号和电流信号；[0009] S300，若ARM控制器从FPGA中读取的是变压器Δ路电压信号和Δ路电流信号，转至步骤S4；[0010] S301，若ARM控制器从FPGA中读取的是变压器Y路电压信号以及Y路电流信号，转至步骤S6；[0011] S4，ARM控制器根据读取的Δ路电压信号和Δ路电流信号对同步电动机转子转速进行计算，并设置第一转速阈值，将同步电动机转子转速与第一转速阈值进行比较，当同步电动机转子转速转满足第一转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并等待同期调节信号反馈后执行步骤S5；[0012] S5，当接收到同期调节信号反馈后，ARM控制器从同期调节信号反馈中提取直流侧电流信号，并根据该直流侧电流信号控制同步电动机进入工频运行；[0013] S6，ARM控制器根据读取的Y路电压信号以及Y路电流信号计算同步电动机转子转速编码，根据该同步电动机转子转速编码控制FPGA发送脉冲信号至触发板，通过触发板控制同步电动机进入工频运行。[0014] 在上述方案的基础上，优选的，步骤S1中，ARM控制器接收起动信号，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态，还包括以下步骤：接收系统初始化指令，ARM控制器对参数进行初始化，向同步电动机投入励磁，并检测励磁状态，当励磁投入正常时，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态；当ARM控制器存在故障时，FPGA输出跳闸信号，系统停机，并向工作人员发送对应警报。[0015] 在上述方案的基础上，优选的，步骤S2中的变压器包括降压变压器和升压变压器；所述降压变压器和升压变压器均为三绕组变压器，降压变压器和升压变压器的高压侧均为三角形接法，降压变压器和升压变压器的低压侧分别为星型和三角形接法；降压变压器的低压侧和升压变压器的低压侧之间并联有两组串联设置的整流桥和逆变桥；降压变压器的高压侧与高压电网并联，降压变压器的低压侧与整流桥的输入端电性连接，整流桥的输出端与逆变桥的输入端电性连接，逆变桥的输出端与升压变压器的低压侧电性连接，升压变压器的高压侧与高压电网并联；同步采样单元分别对降压变压器的低压侧的线电压、整流桥输出端的母线电流、逆变桥输出的线电压和相电流进行采样，并将采样的电压和电流信号输入FPGA中。[0016] 在上述方案的基础上，优选的，S300，若ARM控制器从FPGA中读取的是变压器Δ路电压信号和Δ路电流信号，转至步骤S4，还包括以下步骤，ARM控制器当前状态为启动状态时，初始化ARM控制器数据，ARM控制器从FPGA中读取变压器Δ路电压信号和Δ路电流信号，转至步骤S4；当ARM控制器当前状态为休眠状态时，启动ARM控制器，ARM控制器从FPGA中读取变压器Δ路电压信号和Δ路电流信号，转至步骤S4。[0017] 在上述方案的基础上，优选的，ARM控制器根据读取的Δ路电压信号和Δ路电流信号对同步电动机转子转速进行计算，并设置第一转速阈值，将同步电动机转子转速与第一转速阈值进行比较，当同步电动机转子转速转满足第一转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并等待同期调节信号反馈后执行步骤S5，还包括以下步骤，ARM控制器根据读取的Δ路电压信号和Δ路电流信号对同步电动机转子转速进行计算，获取同步电动机转子转速，将同步电动机转子转速与第一转速阈值进行比较，当同步电动机转子转速小于第一转速阈值的10％时，将整流延时角发送给同步电动机，并实时获取同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速；当同步电动机转子转速大于第一转速阈值的10％时，获取同步电动机转速环的设置转速，对同步电动机的逆变超前角进行调整，使同步电动机转子转速满足同步电动机转速环的设置转速，并对整流延时角进行调整，提高同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速，并实时获取同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速。[0018] 在上述方案的基础上，优选的，当同步电动机转子转速大于第一转速阈值的10％时，获取同步电动机转速环的设置转速，对同步电动机的逆变超前角进行调整，使同步电动机转子转速满足同步电动机转速环的设置转速，并对整流延时角进行调整，提高同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速，并实时获取同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速，还包括以下步骤，设置第一转速阈值的97％为第二转速阈值，将待比较同步电动机转子转速与第二转速阈值进行比较，当待比较同步电动机转子转速满足第二次转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并起动同期装置，等待同期调节信号反馈。[0019] 在上述方案的基础上，优选的，步骤S5中，当接收到同期调节信号反馈后，ARM控制器从同期调节信号反馈中提取直流侧电流信号，并根据该直流侧电流信号控制同步电动机进入工频运行，还包括以下步骤，当接收到同期调节信号反馈后，ARM控制器从同期调节信号反馈中提取直流侧电流信号，利用直流侧电流信号对同步电动机的转速进行调整，并实时获取电网电压与同步电动机的电压的状态，当电网电压与同步电动机的电压平衡时，控制同步电动机进入工频运行。[0020] 更进一步优选的，一种高压同步变频器控制系统的控制装置，包括：[0021] 信号发送模块（10），用于ARM控制器接收起动信号，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态；当ARM控制器存在故障时，FPGA输出跳闸信号，系统停机，并向工作人员发送对应警报；[0022] 同步采样模块（20），用于实时采集变压器的电压信号和电流信号；FPGA通过同步采样单元实时采集变压器的电压信号和电流信号，并发送信号至ARM控制器；[0023] 信号采集分类模块（30），用于ARM控制器根据起动信号采集变压器电压信号和电流信号，并将采集的变压器电压信号和电流信号分为两类，一类为Δ路信号和Δ路电流信号，另一类为Y路电压信号以及Y路电流信号；[0024] 信号反馈模块（40），用于ARM控制器根据Δ路电压信号和Δ路电流信号对同步电动机转子转速进行计算，并设置转速阈值，将同步电动机转子转速与转速阈值进行比较，当转子速度满足转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并等待同期调节信号反。籟0025] 信号调节模块（50），用于当接收到同期调节信号反馈后，ARM控制器从同期调节信号反馈中提取直流侧电流信号，并根据该直流侧电流信号控制同步电动机进入工频运行；[0026] 信号控制模块（60），用于ARM控制器根据Y路电压信号以及Y路电流信号计算同步电动机转子转速编码，并根据该同步电动机转子转速编码控制FPGA发送脉冲信号值触发板，通过触发板控制同步电动机进入工频运行。[0027] 第二方面，所述高压同步变频器控制系统的控制方法还包括一种终端设备，所述终端设备包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的高压同步变频器控制系统的控制方法程序，所述高压同步变频器控制系统的控制方法程序配置为实现如上文所述的高压同步变频器控制系统的控制方法的步骤。[0028] 第三方面，所述高压同步变频器控制系统的控制方法还包括一种存储介质，所述存储介质为计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有高压同步变频器控制系统的控制方法程序，所述高压同步变频器控制系统的控制方法程序被处理器执行时实现如上文所述的高压同步变频器控制系统的控制方法的步骤。[0029] 本发明的一种高压同步变频器控制系统的控制方法相对于现有技术具有以下有益效果：[0030] （1）本发明通过FPGA和ARM控制器对高压同步变频器控制系统进行控制，通过采集变压器的电压信号和电流信号来控制同步电动机进入工频运行状态，极大地提高了系统的运算速度，提高了计算效率，减少了因运算速度不够快导致的延迟问题，极大降低了系统的故障率，且本系统结构简单，运行速度快。[0031] （2）接收系统初始化指令后，ARM控制器对参数进行初始化，向同步电动机投入励磁，并检测励磁状态，当励磁投入正常时，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态；当ARM控制器存在故障时，FPGA输出跳闸信号，系统停机，并向工作人员发送对应警报，在ARM控制器存在故障时，本系统能及时停机并发送报警信号给工作人员，能够有效避免系统中部件的损坏，还能及时提醒工作人员对系统进行检验，实时性好，能够提高用户体验感。[0032] （3）本发明通过设置同步采样单元来采集外部模拟量信号，并将采集到的信号传输至FPGA，FPGA产生一个中断信号至ARM，ARM控制器通过FSMC总线协议读取外部AD模拟量信号，完成模拟量的采样，这样能够较大程度上提高系统的运算速度，还能避免因为计算而导致的延迟问题，提高运行效率。附图说明[0033] 图１为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端设备的结构示意图；[0034] 图2为本发明高压同步变频器控制系统的控制方法第一实施例的流程示意图；[0035] 图3为本发明高压同步变频器控制系统外部连接控制方法基本流程示意图；[0036] 图4为本发明高压同步变频器控制系统的控制方法的主回路接线图；[0037] 图5为本发明高压同步变频器控制系统的控制方法的降压变压器、升压变压器、整流桥和逆变桥的接线图；[0038] 图6为本发明高压同步变频器控制系统的控制方法中同步采样单元中一个同步采样芯片的采样电路图；[0039] 图7为本发明高压同步变频器控制系统的控制方法第一实施例的功能模块示意图。具体实施方式[0040] 下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。[0041] 如图1所示，该设备可以包括：处理器101，例如中央处理器（CentralProcessingUnit，CPU），通信总线102、用户接口103，网络接口104，存储器105。其中，通信总线102用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口103可以包括显示屏（Display）、输入单元比如键盘（Keyboard），可选用户接口103还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口104可选的可以包括标准的有线接口、无线接口（如无线保真（WIreless?FIdelity，WI?FI）接口）。存储器105可以是高速的随机存取存储器（RandomAccessMemory，RAM）存储器，也可以是稳定的非易失性存储器（Non?VolatileMemory，NVM），例如磁盘存储器。存储器105可选的还可以是独立于前述处理器101的存储装置。[0042] 本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对终端设备的限定，在实际应用中终端设备可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。[0043] 如图1所示，作为一种存储介质的存储器105中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及高压同步变频软起动装置的控制方法程序。[0044] 在图1所示的终端设备中，网络接口104主要用于建立终端设备与存储高压同步变频器控制系统的控制方法系统中所需的所有数据的服务器的通信连接；用户接口103主要用于与用户进行数据交互；本发明高压同步变频器控制系统的控制方法终端设备中的处理器101、存储器105可以设置在高压同步变频器控制系统的控制方法终端设备中，所述高压同步变频器控制系统的控制方法终端设备通过处理器101调用存储器105中存储的高压同步变频器控制系统的控制方法程序，并执行本发明实施提供的高压同步变频器控制系统的控制方法。[0045] 结合图2，图2为本发明高压同步变频器控制系统的控制方法第一实施例的流程示意图。[0046] 本实施例中，所述高压同步变频器控制系统的控制方法包括以下步骤：[0047] S1，ARM控制器接收起动信号，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态；[0048] ARM控制器接收起动信号，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态，还包括以下步骤：接收系统初始化指令，ARM控制器对参数进行初始化，向同步电动机投入励磁，并检测励磁状态，当励磁投入正常时，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态；当ARM控制器存在故障时，FPGA输出跳闸信号，系统停机，并向工作人员发送对应警报。[0049] 应当理解的是，当励磁投入正常时，ARM控制单元会获取转子位置检测单元（图中未画出）的初始信号，并接收起动信号，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态。系统发送启动指令的过程是，系统上电后，ARM控制器接收系统初始化指令，并进行参数初始化，同时等待仪控DCS的起动指令，起动指令由中控柜经过以太网发送到smart200，smart200经过RS485通信到ARM控制器，ARM控制器收到起动指令。当FPGA检测到ARM控制器存在故障时，会向工作人员发送对应警报，并输出跳闸信号，此时整个装置会出现停机跳闸的情况。[0050] 在ARM控制器存在故障时，本系统能及时停机并发送报警信号给工作人员，能够有效避免系统中部件的损坏，还能及时提醒工作人员对系统进行检验，实时性好，能够提高用户体验感。[0051] S2，FPGA通过同步采样单元实时采集变压器的电压信号和电流信号，并发送信号至ARM控制器；[0052] 应当理解的是，变压器包括降压变压器和升压变压器，如图4?5所示，降压变压器和升压变压器均为三绕组变压器，降压变压器和升压变压器的高压侧均为三角形接法，降压变压器和升压变压器的低压侧分别为星型和三角形接法；降压变压器的低压侧和升压变压器的低压侧之间并联有两组串联设置的整流桥和逆变桥；降压变压器的高压侧与高压电网并联，降压变压器的低压侧与整流桥的输入端电性连接，整流桥的输出端与逆变桥的输入端电性连接，逆变桥的输出端与升压变压器的低压侧电性连接，升压变压器的高压侧与高压电网并联。同步采样单元分别对降压变压器的低压侧的线电压、整流桥输出端的母线电流、逆变桥输出的线电压和相电流进行采样，并将采样的电压和电流信号输入FPGA中。[0053] 如图5所示，图中上半部分形成了星型支路，下半部分形成三角形支路，星型支路和三角形支路的元件完全相同，星型支路和三角形支路分别用Y和Δ来表示。为保证整流桥输出端的母线电流平稳，支路中均加入了平波电抗器。整流桥和逆变桥均由六个带续流二极管的晶闸管构成三路桥臂形成，每路桥臂的上桥臂和下桥臂分别设置有一个晶闸管；晶闸管上的续流二极管的电压信号作为整流反馈信号或者逆变反馈信号隔离输出至FPGA的输入端；晶闸管的栅极均与FPGA的输出端信号连接。整流桥采用现有技术将输入的电压进行整流并输出直流电压，本实施例中不做具体描述；逆变桥采用现有技术将输入的直流电压逆变成交流信号并送入升压变压器的低压端；本实施例中不做具体描述。[0054] 此外，降压变压器，将高压电网电压降压后作为整流桥的输入电压；升压变压器，将逆变桥输入的电压升压后选择性的输出至高压电网，作为同步电机的起动信号；同步采样单元，分别采集降压变压器的低压侧的电压信号、整流桥的输出电流信号和逆变器的输出电压信号，并将采集到的信号发送至FPGA中；过零检测单元，检测降压变压器的低压侧的线电压，并将线电压信号转换为过零检测信号输出至FPGA的输入端；过零检测单元的输出端与FPGA的输入端电性连接；FPGA的输入端还与整流桥和逆变桥的反馈端电性连接，FPGA的输出端与整流桥和逆变桥的触发端电性连接；FPGA还与ARM控制单元通信连接，ARM控制单元还可以与上位机进行通信，本发明的软启动设备接入电网的接触器（图中未画出）的反馈信号也输入FPGA中。[0055] 值得注意的是，同步采样单元包括三个同步采样芯片，能够同时采集24路信号，FPGA通过同步采样芯片采集外部模拟量信号，信号包括有：电网侧三相电压信号，电机端三相电压信号，电网侧两相电流信号，直流侧电流信号等信号，读取AD信号后产生一个外部中断信号到ARM控制器，ARM控制器通过FSMC总线协议读取外部AD模拟量信号，完成模拟量的采样过程，同步采样芯片可以为AD7606，采样周期为30us，电压电流实时采集。其中一个同步采样芯片的采样电路如图6所示。[0056] 本发明通过设置同步采样单元来采集外部模拟量信号，并将采集到的信号传输至FPGA，FPGA产生一个中断信号至ARM，ARM控制器通过FSMC总线协议读取外部AD模拟量信号，完成模拟量的采样，这样能够较大程度上提高系统的运算速度，还能避免因为计算而导致的延迟问题，提高运行效率。[0057] S3，ARM控制器根据起动信号读取FPGA中采集的变压器电压信号和电流信号；[0058] 值得注意的是，步骤S3中ARM控制器根据起动信号读取FPGA中采集的变压器电压信号和电流信号，而变压器电压信号和电流信号由同步采样单元进行采集，并传输至FPGA，采集过程上文有提及，在此不再赘述。[0059] S300，若ARM控制器从FPGA中读取的是变压器Δ路电压信号和Δ路电流信号，转至步骤S4；[0060] 值得注意的是，步骤S300，若ARM控制器从FPGA中读取的是变压器Δ路电压信号和Δ路电流信号，转至步骤S4，还包括以下步骤，ARM控制器当前状态为启动状态时，初始化ARM控制器数据，ARM控制器从FPGA中读取变压器Δ路电压信号和Δ路电流信号，转至步骤S4；当ARM控制器当前状态为休眠状态时，启动ARM控制器，ARM控制器从FPGA中读取变压器Δ路电压信号和Δ路电流信号，转至步骤S4。[0061] S301，若ARM控制器采集变压器Y路电压信号以及Y路电流信号，转至步骤S6；[0062] 值得注意的是，S301，若ARM控制器采集变压器Y路电压信号以及Y路电流信号，转至步骤S6，还包括以下步骤，ARM控制器当前状态为启动状态时，初始化ARM控制器数据，且ARM控制器从FPGA中读取变压器Y路电压信号和Y路电流信号，转至步骤S6；当ARM控制器当前状态为休眠状态时，启动ARM控制器，ARM控制器从FPGA中读取变压器Y路电压信号和Y路电流信号，转至步骤S6。[0063] S4，ARM控制器根据读取的Δ路电压信号和Δ路电流信号对同步电动机转子转速进行计算，并设置第一转速阈值，将同步电动机转子转速与第一转速阈值进行比较，当同步电动机转子转速转满足第一转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并等待同期调节信号反馈后执行步骤S5。[0064] 应当理解的是，本实施例中，ARM控制器根据读取的Δ路电压信号和Δ路电流信号对同步电动机转子转速进行计算，计算同步电动机转子转速的方法是现有技术，本实施例不做具体描述。ARM控制器根据读取的Δ路电压信号和Δ路电流信号对同步电动机转子转速进行计算，获取同步电动机转子转速，并设置第一转速阈值，将同步电动机转子转速与第一转速阈值进行比较，当同步电动机转子转速小于第一转速阈值的10％时，将整流延时角发送给同步电动机，并实时获取同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速；当同步电动机转子转速大于第一转速阈值的10％时，获取同步电动机转速环的设置转速，对同步电动机的逆变超前角进行调整，使同步电动机转子转速满足同步电动机转速环的设置转速，并对整流延时角进行调整，提高同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速，并实时获取同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速。[0065] 应当理解的是，系统还会设定第一转速阈值的97％为第二转速阈值，将待比较同步电动机转子转速与第二转速阈值进行比较，当待比较同步电动机转子转速满足第二次转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并起动同期装置，等待同期调节信号反馈。[0066] 值得注意的是，获取转子位置检测单元的初始信号，检测单元用于对转子的初始位置进行检测，根据该初始位置获取同步电动机的初始转子转速，此时系统会给定低速整流触发延时角，然后实时对低速过程中转子位置进行判断，通过转子的位置反推出转子速度，获取同步电动机的额定转速，当此时转子转速小于额定转速的10％时，系统会重复给定低速整流触发延时角的动作，并重新对转子转速进行判断。[0067] 应当理解的是，转速环是用于在电源电压波动，负载波动下，保持转速有足够的精度，缩短调速过程的动态过度历程；如果是带有速度截止的转速环，还可限定最高转速。[0068] S5，当接收到同期调节信号反馈后，ARM控制器从同期调节信号反馈中提取直流侧电流信号，并根据该直流侧电流信号控制同步电动机进入工频运行。[0069] 应当理解的是，当接收到同期调节信号反馈后，ARM控制器从同期调节信号反馈中提取直流侧电流信号，利用直流侧电流信号对同步电动机的转速进行调整，并实时获取电网电压与同步电动机的电压的状态，当电网电压与同步电动机的电压平衡时，控制同步电动机进入工频运行。[0070] S6，ARM控制器根据读取的Y路电压信号以及Y路电流信号计算同步电动机转子转速编码，根据该同步电动机转子转速编码控制FPGA发送脉冲信号至触发板，通过触发板控制同步电动机进入工频运行。[0071] 应当理解的是，ARM控制器通过触发板控制同步电动机进入工频运行的工作原理与S4?S5中的工作原理一致，在此不再具体描述，最后都是从同期调节信号反馈中提取直流侧电流信号，利用直流侧电流信号对同步电动机的转速进行调整，并实时获取电网电压与同步电动机的电压的状态，当电网电压与同步电动机的电压平衡时，控制同步电动机进入工频运行。[0072] 应当理解的是，本实施例的另一种技术方案为：系统上电后，控制器系统初始化，等待仪控DCS的起动指令。接收到起动指令后，起动柜、出线柜合闸，高压同步变频器控制系统开始进入起动过程，检测电机的初始转子位置，依据转子位置控制逆变桥的导通。变频起动经历静止转子起动、低速（电机运行速度低于第一转速阈值的10％）起动、高速（电机运行速度高于第一转速阈值的10％）起动、同期、并网全速起动5个过程。系统把来自转子位置检测单元的信号进行分析，判断转子的真实位置和转速后，按一定的控制策略产生控制信号，控制变频器输出三相电流(电压)的频率、幅值和相位大。锏降缁阶俑偻降缍幼俚哪康，根据起动前给定的起动转速曲线，在规定时间内将电机带入全速。[0073] 其中，图3为SFC装置原理图，其启动原理为：通过检测到的机端电压信号、做滤波分析判断，判断转子的真实位置和转速后，按一定的控制策略产生控制信号，控制变频器输出三相电流(电压)的频率、幅值和相位大。锏降缁阶俑偻降缍幼俚哪康，根据起动前给定的起动转速曲线，在规定时间内将电机带入全速，SFC装置的起动及控制过程总体可以分为以下六个阶段：[0074] 给定频率控制：在电机静止状态下，逆变器按频率给定值输出到电机正向旋转磁。沟玫缁蜃，将电机带动至较低转速。[0075] 断续换相运行：在电机低速运行时(低于第一转速阈值的10％)，由于电机反电动势低，不能保证晶闸管可靠换相，所以要采取强迫换相控制，通过将电机主电路电流降为零，关断所有导通的逆变晶闸管，然后重新恢复整流电压，并使逆变器新的晶闸管导通。[0076] 断续到连续切换：当电机转速达到切换转速时，停止强迫换相，利用电机定子侧产生的反电势来自然换相。[0077] 自然换相运行：引入电流闭环控制，在电机最大允许电流和转矩受限制的条件下，充分利用电机的过载能力，电力拖动系统以最大的加速度起动，到达第一转速阈值。加速过程中，电流在限幅范围内调节，并且具有较快的跟随性能。[0078] 同期并网：根据电网电压和同步电动机端电压频率的差值，产生一个附加的转速微调信号，自动地调整整流器输出的直流电压的高低，对同步电动机转速作微调。与此同时，励磁系统则由自动电压平衡单元控制同步电动机的转子励磁电流，以使同步电动机端电压和电网电压平衡。工频运行：电机进入工频运行，进入恒功率因数控制或者恒电流控制状态。[0079] 需要说明的是，以上仅为举例说明，并不对本申请的技术方案构成任何限定。[0080] 本发明通过FPGA和ARM控制器对高压同步变频器控制系统进行控制，通过采集变压器的电压信号和电流信号来控制同步电动机进入工频运行状态，极大地提高了系统的运算速度，提高了计算效率，减少了因运算速度不够快导致的延迟问题，极大降低了系统的故障率，且本系统结构简单，运行速度快。[0081] 此外，本发明实施例还提出一种高压同步变频器控制系统的控制装置。如图7所示，该高压同步变频器控制系统的控制装置包括：信号发送模块10、同步采样模块20、信号采集分类模块30、信号反馈模块40、信号调节模块50和信号控制模块60；[0082] 信号发送模块10，用于ARM控制器接收起动信号，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态；当ARM控制器存在故障时，FPGA输出跳闸信号，系统停机，并向工作人员发送对应警报；[0083] 同步采样模块20，用于实时采集变压器的电压信号和电流信号；FPGA通过同步采样单元实时采集变压器的电压信号和电流信号，并发送信号至ARM控制器；[0084] 信号采集分类模块30，用于ARM控制器根据起动信号读取FPGA中采集的变压器电压信号和电流信号，并将读取的变压器电压信号和电流信号分为两类，一类为Δ路信号和Δ路电流信号，另一类为Y路电压信号以及Y路电流信号；[0085] 信号反馈模块40，用于ARM控制器根据读取的Δ路电压信号和Δ路电流信号对同步电动机转子转速进行计算，并设置第一转速阈值，将同步电动机转子转速与第一转速阈值进行比较，当同步电动机转子转速转满足第一转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并等待同期调节信号反。籟0086] 信号调节模块50，用于当接收到同期调节信号反馈后，ARM控制器从同期调节信号反馈中提取直流侧电流信号，并根据该直流侧电流信号控制同步电动机进入工频运行；[0087] 信号控制模块60，用于ARM控制器根据读取的Y路电压信号以及Y路电流信号计算同步电动机转子转速编码，根据该同步电动机转子转速编码控制FPGA发送脉冲信号至触发板，通过触发板控制同步电动机进入工频运行。[0088] 此外，需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。[0089] 另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的高压同步变频器控制系统的控制方法，此处不再赘述。[0090] 此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质为计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有高压同步变频器控制系统的控制方法程序，所述高压同步变频器控制系统的控制方法程序被处理器执行时实现如下操作：[0091] S1，ARM控制器接收起动信号，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态；[0092] S2，FPGA通过同步采样单元实时采集变压器的电压信号和电流信号，并发送信号至ARM控制器；[0093] S3，ARM控制器根据起动信号读取FPGA中采集的变压器电压信号和电流信号；[0094] S300，若ARM控制器从FPGA中读取的是变压器Δ路电压信号和Δ路电流信号，转至步骤S4；[0095] S301，若ARM控制器从FPGA中读取的是变压器Y路电压信号以及Y路电流信号，转至步骤S6；[0096] S4，ARM控制器根据读取的Δ路电压信号和Δ路电流信号对同步电动机转子转速进行计算，并设置第一转速阈值，将同步电动机转子转速与第一转速阈值进行比较，当同步电动机转子转速转满足第一转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并等待同期调节信号反馈后执行步骤S5；[0097] S5，当接收到同期调节信号反馈后，ARM控制器从同期调节信号反馈中提取直流侧电流信号，并根据该直流侧电流信号控制同步电动机进入工频运行；[0098] S6，ARM控制器根据读取的Y路电压信号以及Y路电流信号计算同步电动机转子转速编码，根据该同步电动机转子转速编码控制FPGA发送脉冲信号至触发板，通过触发板控制同步电动机进入工频运行。[0099] 进一步的，所述高压同步变频器控制系统的控制方法程序被处理器执行时还实现如下操作：[0100] 接收系统初始化指令，ARM控制器对参数进行初始化，向同步电动机投入励磁，并检测励磁状态，当励磁投入正常时，FPGA对ARM控制器当前状态进行检验，当ARM控制器不存在故障时，系统进入起动状态；当ARM控制器存在故障时，FPGA输出跳闸信号，系统停机，并向工作人员发送对应警报。[0101] 进一步地，所述高压同步变频器控制系统的控制方法程序被处理器执行时还实现如下操作：[0102] 步骤S2中的变压器包括降压变压器和升压变压器；所述降压变压器和升压变压器均为三绕组变压器，降压变压器和升压变压器的高压侧均为三角形接法，降压变压器和升压变压器的低压侧分别为星型和三角形接法；降压变压器的低压侧和升压变压器的低压侧之间并联有两组串联设置的整流桥和逆变桥；降压变压器的高压侧与高压电网并联，降压变压器的低压侧与整流桥的输入端电性连接，整流桥的输出端与逆变桥的输入端电性连接，逆变桥的输出端与升压变压器的低压侧电性连接，升压变压器的高压侧与高压电网并联；同步采样单元分别对降压变压器的低压侧的线电压、整流桥输出端的母线电流、逆变桥输出的线电压和相电流进行采样，并将采样的电压和电流信号输入FPGA中。[0103] 进一步地，所述高压同步变频器控制系统的控制方法程序被处理器执行时还实现如下操作：[0104] ARM控制器当前状态为启动状态时，初始化ARM控制器数据，且ARM控制器从FPGA中读取变压器Δ路电压信号和Δ路电流信号，转至步骤S4；当ARM控制器当前状态为休眠状态时，启动ARM控制器，ARM控制器从FPGA中读取变压器Δ路电压信号和Δ路电流信号，转至步骤S4。[0105] 进一步地，所述高压同步变频器控制系统的控制方法程序被处理器执行时还实现如下操作：[0106] ARM控制器根据读取的Δ路电压信号和Δ路电流信号对同步电动机转子转速进行计算，获取同步电动机转子转速，将同步电动机转子转速与第一转速阈值进行比较，当同步电动机转子转速小于第一转速阈值的10％时，将整流延时角发送给同步电动机，并实时获取同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速；当同步电动机转子转速大于第一转速阈值的10％时，获取同步电动机转速环的设置转速，对同步电动机的逆变超前角进行调整，使同步电动机转子转速满足同步电动机转速环的设置转速，并对整流延时角进行调整，提高同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速，并实时获取同步电动机转子转速作为待比较同步电动机转子转速。[0107] 进一步地，所述高压同步变频器控制系统的控制方法程序被处理器执行时还实现如下操作：[0108] 设置第一转速阈值的97％为第二转速阈值，将待比较同步电动机转子转速与第二转速阈值进行比较，当待比较同步电动机转子转速满足第二次转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并起动同期装置，等待同期调节信号反馈。[0109] 进一步地，所述高压同步变频器控制系统的控制方法程序被处理器执行时还实现如下操作：[0110] 当接收到同期调节信号反馈后，ARM控制器从同期调节信号反馈中提取直流侧电流信号，利用直流侧电流信号对同步电动机的转速进行调整，并实时获取电网电压与同步电动机的电压的状态，当电网电压与同步电动机的电压平衡时，控制同步电动机进入工频运行。[0111] 此外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的高压同步变频器控制系统的控制方法，此处不再赘述。[0112] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

专利地区：湖北

专利申请日期：2021-11-25

专利公开日期：2024-11-22

专利公告号：CN114337400B