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摘要： 罗克韦尔中压变频器PowerFlex7000L（液冷）在五号沟泵站中作水泵调速器使用，由于本身属于电流源型变频器，对电网电压波动敏感。由于变频器自带UPS容量偏小，覆盖范围有限，变频器保护参数设置没有充分考虑应用环境特点，故在电源电压瞬间波动时，造成变频器停机。针对这些问题，增加UPS容量，调整变频器参数间的配合，使集成系统各个单元能够抵御电网电压的瞬间波动，保证水泵不停机。
关键词： PowerFlex7000L变频器， Danfoss变频器，电流源型，电压波动，欠压保护，飞车启动，
一.应用背景介绍
随着上海经济的持续发展和人民生活质量的提高，城市供水逐年增长，原水供应越来越受到人们的重视，要保持连续的、按要求输配压力水量，对原水泵站水泵可靠的连续运行提出了更高的要求。原水公司下属的五号沟泵站每天承担着上海70%-80%的供水量，从供水量说，它是原水公司众多泵站中的最大原水泵站。
为了确保上海原水量的正常供应，必须保证水泵正常连续的运行，既是在110kV外部电源瞬间波动时，也要保证水泵不停机。
五号沟泵站共有大型水泵24台，16台中压大功率变频器，其中8台4800kW变频器是罗克威尔PowerFlex7000L中压水冷电流型变频器，另外8台是西门子风冷电压型变频器。尚有6台75kW的Danfoss丹佛斯400V低压变频器，该变频器驱动的是循环冷却水泵，该冷却水泵主要向8台水冷电流型变频器供应外循环冷却水，一旦冷却水停止向水冷变频器输送，水冷变频器将停机，实际上外置丹佛斯变频器已被纳入到水冷变频器系统中，即已成为水冷变频器正常运行的必要条件。五号沟泵站系统主设备示意图见图1。
五号沟泵站变电站设计两路110kV电源，两路电源均来自同一上游变电站，主变40MVA，四分段6kV母线，16台大功率变频器被均匀分配在四分段6kV母线上，6台低压变频器分属两台400V站变供电。
由于上级220kV或500kV系统短路冲击等故障，引起五号沟泵站的变电站6kV和400V母线电压瞬间波动，导致水冷中压变频器和低压变频器停机，严重影响城市安全供水。
2012年外电网波动过8次，特别是在高峰供水期间双路电源同时瞬间波动，造成的损失和影响都很大。2013年外电网在高峰前波动过二次。2014年已经波动过一次。事故录播器记录了波动故障数据，从中可以查看到故障波形图。对历次故障波形图分析，多数是外部相间短路冲击，造成两相电压波动；其次是外部单相或三相短路冲击，造成单相或三相电压波动。每次波动持续时间约80ms左右，电压有效值降到40-60%的额定电压，均伴随波形畸变。
二.PowerFlexL7000L变频器的结构及控制概述
PowerFlex7000L采用脉宽调制 （PWM） 技术--电源流逆变器 （CSI） 作为电机端变流器。此拓扑结构提供了一种简单、可靠、经济实用的功率单元，适合较宽的电压和功率范围。所用的功率半导体开关适合任何中压范围的串联。由于采用了限电流的直流链路电感器，因此该功率单元不需要半导体保险丝。
PowerFlex7000 L性能优越，当负载速度大于电机速度或大惯性负载需要紧急减速时，具有进行再生制动的优点。对称门极换流晶闸管 （SGCT） 用作电机端变流器开关。采用SGCT（AFE 整流器）作为进线端变流器开关。变频器主回路见图2。
PowerFlex7000L中压交流变频器中的控制方法称作无传感器矢量控制，即将定子电流分解为转矩分量和磁通分量，且磁通分量和正交转矩分量可以独立控制，矢量控制的目的就是获得与直流电动机相似的性能，可实现在不影响电机磁通的情况下快速变化电机转矩。此控制方法无需转速计反馈，可用于小于 100% 启动转矩且高于 6 Hz 连续运行的应用场合。
三.问题的提出及其对策
PowerFlex7000L变频器的保护非常完善、到位，其实时数据库中保护参数达到近千个。当外电网瞬间波动时，主要影响的是变频器控制电源的电压和6kV进线电压，具体涉及的是UPS覆盖范围、低电压保护、低频保护、飞车启动，以及冷却水低压变频器。
（1）变频器SGCT（对称门极换流晶闸管）功率驱动电源电压20DCV，变频器控制CPU对该电压实时监测，当外电网电压波动低于90%时（硬保护，不可整定），变频器立即封闭触发脉冲，对如此重要的控制电源，变频器内置UPS却未覆盖。故每次电压波动，变频器总是无延时停机。
因此，将原来1500VA的UPS更换为3000VA容量，将所有重要控制电源用UPS全部覆盖。
（2）变频器的低电压保护定值是0.85pu/17ms，这个定值是默认值，最终用户不可随意改动。故每次电压波动，变频器根本没有抵抗能力。
经过多次协商，已将8台低电压保护定值由原0.85pu/17ms分别改为0.70pu/20ms、0.70pu/60ms、0.70pu/90ms三档组合，这样设置的目的是电压波动时，希望让该保护先作用，若该保护动作后，逆变器封锁脉冲，电机处于自由制动状态，2sec内，当电压恢复时飞车启动，这样可构成两道保护。事实上飞车启动占用CPU资源较多，此时CPU的负担较重，从系统任务优化分析，当电压波动时，应先让欠压保护有效工作，其次才是飞车启动，这样的任务分配比较合理。另一方面可使各台水泵错时再启动，尽管是变频器软启动，但可弱化变化电流、流量的叠加效应，对电网和管网的干扰或冲击，对设备设施的寿命有益。
（3）低频保护的默认定值为8Hz，保护定义是变频器进线6kV三相电源中的任何一相，只要频率降到42Hz，即瞬动，使变频器封锁脉冲，电机处于自由制动状态。
由于外电网短路冲击，引起电压波形畸变，故使低频保护动作，实际上可以将此定值放大到16Hz，可以避免电压波动时，总是低频保护先瞬动。将低频保护定值改为16Hz后，一旦电压波动时，变频器保护动作顺序首先是欠压保护，其次是飞车启动。这样就可达到两个目的：一是变频器的CPU任务分配合理，另一是弱化对电网和管网的干扰或冲击。 （4）变频器飞车启动，在这里主要是指变频器欠压动作或低频动作后，逆变器被封锁脉冲，变频器停止输出，电动机处于自由制动状态。若在2sec内电源电压恢复时，即可实施自启动。如图3所示。
当在2sec内电压恢复时，变频器自动搜索转子频率，一旦搜索到转子频率后，变频器即在该点起，开始加速到原来的参考值。飞车启动功能，对电流型变频器是绝对必须的，也是用户希望的，因为外部电网不太稳定。
在UPS覆盖全部重要控制电源及欠压、低频参数重新设置后，又遇外电网电压波动，电压有效值降至60%，持续80ms时，变频器封锁脉冲，电机处于自由制动状态，当电网电压在2sec内恢复后，变频器成功飞车启动，但在60sec后，却因外部冷却水断供而停机。
（5）外电网瞬间电压波动，对外冷却循环水泵的低压变频器（Danfoss）的影响几乎与PwoerFlex7000L的相同，故对策也几乎相同，由于篇幅限制，在此不作展开，仅说明调整结论，即对该低压变频器增加UPS，覆盖控制电源，调整触发借能运行的电压参数，启用飞车启动。经断电—上电试验，低压变频器驱动的冷却水泵不停机，能保持继续运行。实际上模拟停电比实际波动条件苛刻。
可以说，当外电网再次瞬间波动时， Danfoss低压变频器应该能够经受住实际波动考验。只有低压变频器成功对抗电压波动，PowerFlex7000L中压变频器才不会发生外冷却水断供而停机，才能使系统完整具备对抗外电网电压波动的能力。
四.调整结论
PowerFlex7000L变频器可以适用于同步机、异步机，可以适用于各种负载类型，但在一个具体的应用中，变频器参数不宜都使用默认值，最好能针对用户环境，对关联的主要参数本地化。一旦电压瞬间波动，变频器都将保护性的停机，结果是变频器的安全得到了保证，但用户将痛苦不堪。由频繁电压波动造成的经济损失很大，对设备、设施冲击很大，对上海城市安全供水影响很大，同时也会影响变频器品牌的声誉。
之所以产生上述问题，主要原因是UPS覆盖范围不够，其次是PwoerFlex7000L参数设置比较保守，对变频器自身的安全保护考虑较多，自然的对用户电网电压波动考虑较少，最好的选择应该是两者兼顾，实际上，现在已经做到了。
五.结语
五号沟泵站是上海青草沙引水工程的重要节点，上述变频器在五号沟泵站的地位作用，可以说是重中之重。随着上述问题的逐步解决，五号沟泵站将进入安全稳定的运行状态。
为了确保今后的高峰供水，五号沟泵站还要增加大功率中压变频器，经过性价、应用情况比较，PowerFlex7000L又被选中。水泵并联运行时，从安全和效率方面考虑，理想情况是每台水泵都能调速，按水泵叠加特性及管阻特性，可使并联水泵都可工作在高效区，同时又实现了并联水泵机组间的在线互备，最终可以有效提高五号沟泵站供水的安全性、可靠性和连续性，为上海城市供水作出有力的保证。
参考文献：
[1]PowerFlex@7000中压交流变频器-液冷型-用户手册
[2]PowerFlex@7000 Medium Voltage AC Drive-Technical Data
[3]赵发，高压变频器高压瞬间失电问题的解决方案，九洲电气
关键词： PowerFlex7000L变频器， Danfoss变频器，电流源型，电压波动，欠压保护，飞车启动，
一.应用背景介绍
随着上海经济的持续发展和人民生活质量的提高，城市供水逐年增长，原水供应越来越受到人们的重视，要保持连续的、按要求输配压力水量，对原水泵站水泵可靠的连续运行提出了更高的要求。原水公司下属的五号沟泵站每天承担着上海70%-80%的供水量，从供水量说，它是原水公司众多泵站中的最大原水泵站。
为了确保上海原水量的正常供应，必须保证水泵正常连续的运行，既是在110kV外部电源瞬间波动时，也要保证水泵不停机。
五号沟泵站共有大型水泵24台，16台中压大功率变频器，其中8台4800kW变频器是罗克威尔PowerFlex7000L中压水冷电流型变频器，另外8台是西门子风冷电压型变频器。尚有6台75kW的Danfoss丹佛斯400V低压变频器，该变频器驱动的是循环冷却水泵，该冷却水泵主要向8台水冷电流型变频器供应外循环冷却水，一旦冷却水停止向水冷变频器输送，水冷变频器将停机，实际上外置丹佛斯变频器已被纳入到水冷变频器系统中，即已成为水冷变频器正常运行的必要条件。五号沟泵站系统主设备示意图见图1。
五号沟泵站变电站设计两路110kV电源，两路电源均来自同一上游变电站，主变40MVA，四分段6kV母线，16台大功率变频器被均匀分配在四分段6kV母线上，6台低压变频器分属两台400V站变供电。
由于上级220kV或500kV系统短路冲击等故障，引起五号沟泵站的变电站6kV和400V母线电压瞬间波动，导致水冷中压变频器和低压变频器停机，严重影响城市安全供水。
2012年外电网波动过8次，特别是在高峰供水期间双路电源同时瞬间波动，造成的损失和影响都很大。2013年外电网在高峰前波动过二次。2014年已经波动过一次。事故录播器记录了波动故障数据，从中可以查看到故障波形图。对历次故障波形图分析，多数是外部相间短路冲击，造成两相电压波动；其次是外部单相或三相短路冲击，造成单相或三相电压波动。每次波动持续时间约80ms左右，电压有效值降到40-60%的额定电压，均伴随波形畸变。
二.PowerFlexL7000L变频器的结构及控制概述
PowerFlex7000L采用脉宽调制 （PWM） 技术--电源流逆变器 （CSI） 作为电机端变流器。此拓扑结构提供了一种简单、可靠、经济实用的功率单元，适合较宽的电压和功率范围。所用的功率半导体开关适合任何中压范围的串联。由于采用了限电流的直流链路电感器，因此该功率单元不需要半导体保险丝。
PowerFlex7000 L性能优越，当负载速度大于电机速度或大惯性负载需要紧急减速时，具有进行再生制动的优点。对称门极换流晶闸管 （SGCT） 用作电机端变流器开关。采用SGCT（AFE 整流器）作为进线端变流器开关。变频器主回路见图2。
PowerFlex7000L中压交流变频器中的控制方法称作无传感器矢量控制，即将定子电流分解为转矩分量和磁通分量，且磁通分量和正交转矩分量可以独立控制，矢量控制的目的就是获得与直流电动机相似的性能，可实现在不影响电机磁通的情况下快速变化电机转矩。此控制方法无需转速计反馈，可用于小于 100% 启动转矩且高于 6 Hz 连续运行的应用场合。
三.问题的提出及其对策
PowerFlex7000L变频器的保护非常完善、到位，其实时数据库中保护参数达到近千个。当外电网瞬间波动时，主要影响的是变频器控制电源的电压和6kV进线电压，具体涉及的是UPS覆盖范围、低电压保护、低频保护、飞车启动，以及冷却水低压变频器。
（1）变频器SGCT（对称门极换流晶闸管）功率驱动电源电压20DCV，变频器控制CPU对该电压实时监测，当外电网电压波动低于90%时（硬保护，不可整定），变频器立即封闭触发脉冲，对如此重要的控制电源，变频器内置UPS却未覆盖。故每次电压波动，变频器总是无延时停机。
因此，将原来1500VA的UPS更换为3000VA容量，将所有重要控制电源用UPS全部覆盖。
（2）变频器的低电压保护定值是0.85pu/17ms，这个定值是默认值，最终用户不可随意改动。故每次电压波动，变频器根本没有抵抗能力。
经过多次协商，已将8台低电压保护定值由原0.85pu/17ms分别改为0.70pu/20ms、0.70pu/60ms、0.70pu/90ms三档组合，这样设置的目的是电压波动时，希望让该保护先作用，若该保护动作后，逆变器封锁脉冲，电机处于自由制动状态，2sec内，当电压恢复时飞车启动，这样可构成两道保护。事实上飞车启动占用CPU资源较多，此时CPU的负担较重，从系统任务优化分析，当电压波动时，应先让欠压保护有效工作，其次才是飞车启动，这样的任务分配比较合理。另一方面可使各台水泵错时再启动，尽管是变频器软启动，但可弱化变化电流、流量的叠加效应，对电网和管网的干扰或冲击，对设备设施的寿命有益。
（3）低频保护的默认定值为8Hz，保护定义是变频器进线6kV三相电源中的任何一相，只要频率降到42Hz，即瞬动，使变频器封锁脉冲，电机处于自由制动状态。
由于外电网短路冲击，引起电压波形畸变，故使低频保护动作，实际上可以将此定值放大到16Hz，可以避免电压波动时，总是低频保护先瞬动。将低频保护定值改为16Hz后，一旦电压波动时，变频器保护动作顺序首先是欠压保护，其次是飞车启动。这样就可达到两个目的：一是变频器的CPU任务分配合理，另一是弱化对电网和管网的干扰或冲击。 （4）变频器飞车启动，在这里主要是指变频器欠压动作或低频动作后，逆变器被封锁脉冲，变频器停止输出，电动机处于自由制动状态。若在2sec内电源电压恢复时，即可实施自启动。如图3所示。
当在2sec内电压恢复时，变频器自动搜索转子频率，一旦搜索到转子频率后，变频器即在该点起，开始加速到原来的参考值。飞车启动功能，对电流型变频器是绝对必须的，也是用户希望的，因为外部电网不太稳定。
在UPS覆盖全部重要控制电源及欠压、低频参数重新设置后，又遇外电网电压波动，电压有效值降至60%，持续80ms时，变频器封锁脉冲，电机处于自由制动状态，当电网电压在2sec内恢复后，变频器成功飞车启动，但在60sec后，却因外部冷却水断供而停机。
（5）外电网瞬间电压波动，对外冷却循环水泵的低压变频器（Danfoss）的影响几乎与PwoerFlex7000L的相同，故对策也几乎相同，由于篇幅限制，在此不作展开，仅说明调整结论，即对该低压变频器增加UPS，覆盖控制电源，调整触发借能运行的电压参数，启用飞车启动。经断电—上电试验，低压变频器驱动的冷却水泵不停机，能保持继续运行。实际上模拟停电比实际波动条件苛刻。
可以说，当外电网再次瞬间波动时， Danfoss低压变频器应该能够经受住实际波动考验。只有低压变频器成功对抗电压波动，PowerFlex7000L中压变频器才不会发生外冷却水断供而停机，才能使系统完整具备对抗外电网电压波动的能力。
四.调整结论
PowerFlex7000L变频器可以适用于同步机、异步机，可以适用于各种负载类型，但在一个具体的应用中，变频器参数不宜都使用默认值，最好能针对用户环境，对关联的主要参数本地化。一旦电压瞬间波动，变频器都将保护性的停机，结果是变频器的安全得到了保证，但用户将痛苦不堪。由频繁电压波动造成的经济损失很大，对设备、设施冲击很大，对上海城市安全供水影响很大，同时也会影响变频器品牌的声誉。
之所以产生上述问题，主要原因是UPS覆盖范围不够，其次是PwoerFlex7000L参数设置比较保守，对变频器自身的安全保护考虑较多，自然的对用户电网电压波动考虑较少，最好的选择应该是两者兼顾，实际上，现在已经做到了。
五.结语
五号沟泵站是上海青草沙引水工程的重要节点，上述变频器在五号沟泵站的地位作用，可以说是重中之重。随着上述问题的逐步解决，五号沟泵站将进入安全稳定的运行状态。
为了确保今后的高峰供水，五号沟泵站还要增加大功率中压变频器，经过性价、应用情况比较，PowerFlex7000L又被选中。水泵并联运行时，从安全和效率方面考虑，理想情况是每台水泵都能调速，按水泵叠加特性及管阻特性，可使并联水泵都可工作在高效区，同时又实现了并联水泵机组间的在线互备，最终可以有效提高五号沟泵站供水的安全性、可靠性和连续性，为上海城市供水作出有力的保证。
参考文献：
[1]PowerFlex@7000中压交流变频器-液冷型-用户手册
[2]PowerFlex@7000 Medium Voltage AC Drive-Technical Data
[3]赵发，高压变频器高压瞬间失电问题的解决方案，九洲电气