一种透平空冷风机变频器故障自动切换软启动器的控制方法及系统与流程

本发明属于风机变频控制领域，特别是涉及一种透平空冷风机变频器故障自动切换软启动器的控制方法及系统。

背景技术：

1、随着透平空冷风机变频控制技术的发展，为实现精确调速和节能运行，变频器被广泛应用于风机转速调节中，其能够根据工艺需求平滑调整冷却风量，成为保障大型压缩机组稳定运行的核心控制设备。

2、传统方法中，当变频器发生故障时，通常由维护人员人工判断故障类型，若判定为严重故障则手动切断变频器供电并合上工频旁路回路，使风机切换至工频定速运行，或者由预先配置的简易旁路接触器在变频器脱开后直接闭合，以维持风机连续转动。

3、然而，这种处理方式存在以下问题：一是无法自动区分故障严重程度，轻故障也触发切换造成不必要的停机；二是切换时刻缺乏对电机残压和电网相位的同步控制，导致合闸瞬间产生数倍于额定电流的冲击，易损坏晶闸管并引发电网波动，严重时反而加剧设备损坏风险，导致切换成功率低、生产连续保障能力不足。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够变频器和软启动器的切换成功率的一种透平空冷风机变频器故障自动切换软启动器的控制方法及系统。

2、第一方面，本技术提供了一种透平空冷风机变频器故障自动切换软启动器的控制方法，包括：

3、获取当前控制周期内的变频器的故障代码和实时运行数据，并根据故障代码和实时运行数据进行故障分级判断，得到当前控制周期的故障等级；

4、当故障等级满足预设的切换要求时，生成变频器停止工作指令；变频器停止工作指令用于指示变频器停止输出并实时获取电机三相电压瞬时数据和电网侧三相电压瞬时数据；

5、基于电机三相电压瞬时数据提取电机的残压变化特征，得到实时残压幅值；

6、当实时残压幅值小于预设的安全阈值时，记录实时残压幅值对应的采样时间戳为条件达标时间戳，基于电网侧三相电压瞬时数据预测电网电压的零点时刻，得到零点时间戳集，并基于条件达标时间戳和零点时间戳集计算得到指令发出时间戳；

7、在指令发出时间戳下，生成软启动器启动指令；软启动器启动指令用于指示软启动器启动工作。

8、进一步地，实时运行数据包括直流母线电压值、igbt结温值和输出频率值，直流母线电压值、igbt结温值和输出频率值均带有采样时间戳，根据故障代码和实时运行数据进行故障分级判断，得到当前控制周期的故障等级，包括：

9、对各采样时间戳对应的直流母线电压值的进行平均值计算，得到直流母线电压平均值，并基于正常直流母线电压值和直流母线电压平均值，计算得到直流母线电压偏差率；

10、提取当前控制周期内起始的采样时间戳对应的igbt结温值中的最大值，作为igbt结温最大值，计算igbt结温最大值和igbt结温额定上限值的差值，得到igbt结温差值；

11、提取当前控制周期内起始的采样时间戳对应的输出频率值，作为起始输出频率值，提取当前控制周期内最后的采样时间戳对应的输出频率值，作为终止输出频率值；

12、基于起始输出频率值、终止输出频率值和控制周期时长参数，计算得到输出频率变化率，并基于直流母线电压偏差率、igbt结温差值和输出频率变化率构建得到周期变化特征向量；

13、识别故障代码和轻度故障代码集的交集，得到轻度故障交集结果，识别故障代码和重度故障代码集的交集，得到重度故障交集结果；

14、基于故障代码映射规则集，对轻度故障交集结果、重度故障交集结果和周期变化特征向量进行故障等级分析，得到故障等级。

15、进一步地，基于故障代码映射规则集，对轻度故障交集结果、重度故障交集结果和周期变化特征向量进行故障等级分析，得到故障等级，包括：

16、当轻度故障交集结果为故障代码或重度故障交集结果为故障代码，基于故障代码映射规则集对轻度故障交集结果、重度故障交集结果和周期变化特征向量进行映射，得到故障等级；

17、或当轻度故障交集结果和重度故障交集结果均为空集，计算周期变化特征向量和正常工况均值向量的差异，得到特征偏差度；

18、计算特征偏差度和预设的偏离阈值的特征偏差度阈值差值，并基于偏差等级映射规则集，由特征偏差度阈值差值映射得到故障等级。

19、进一步地，基于电机三相电压瞬时数据提取电机的残压变化特征，得到实时残压幅值，包括：

20、对电机三相电压瞬时数据进行低通滤波，得到滤波三相电压数据；

21、对滤波三相电压数据进行坐标系变换，在两相静止坐标系下的第一轴分量和第二轴分量；

22、基于二阶广义积分器对第一轴分量进行分解，得到第一同相分量和第一正交分量，基于二阶广义积分器对第二轴分量进行分解，得到第二同相分量和第二正交分量；

23、基于第一同相分量、第一正交分量、第二同相分量和第二正交分量，计算得到第一正序轴分量和第二正序轴分量，其中，第一正序轴分量和第二正序轴分量的表达式为：

24、；

25、；

26、式中，是任一采样时间戳，是采样时间戳的第一正序轴分量，是采样时间戳的第一同相分量，是采样时间戳的第二正交分量，是采样时间戳的第二正序轴分量，是采样时间戳的第一正交分量，是采样时间戳的第二同相分量；

27、根据第一正序轴分量和第二正序轴分量，计算得到实时残压幅值，实时残压幅值的表达式为：

28、；

29、式中，是任一采样时间戳，是采样时间戳的实时残压幅值，是采样时间戳的第一正序轴分量，是采样时间戳的第二正序轴分量。

30、进一步地，电网侧三相电压瞬时数据带有采样时间戳，基于电网侧三相电压瞬时数据预测电网电压的零点时刻，得到零点时间戳集，包括：

31、以条件达标时间戳为终点时间戳，向前截取预设的固定时长数量的采样时间戳对应的电网侧三相电压瞬时数据，得到预测参考电压序列；

32、将预测参考电压序列输入至零点时刻预测模型中，得到基准零点时间戳；

33、对基准零点时间戳依次和预设的半周期参数的整数倍进行加法计算，得到至少一个调整零点时间戳，并基于基准零点时间戳和调整零点时间戳，组成零点时间戳集；

34、其中，零点时刻预测模型包括：

35、输入层，用于接收预测参考电压序列，并对预测参考电压序列进行归一化，得到归一化电压序列，并将归一化电压序列传输至卷积特征提取层中；

36、卷积特征提取层，用于对归一化电压序列执行一维卷积操作，提取局部波形特征，得到局部特征图，并将局部特征图传输至池化层中；

37、池化层，用于对局部特征图进行下采样，得到降维特征向量，并将降维特征向量传输至全连接层中；

38、全连接层，用于对降维特征向量进行线性变换和非线性激活，得到基准零点时间戳。

39、进一步地，零点时刻预测模型是通过以下步骤得到的：

40、获取不同电网工况下的电压波形数据；并对电压波形数据进行滑窗采样，得到完整电压序列；

41、对完整电压序列进行截取，得到样本电压序列，并计算样本电压序列中最后一个采样时间戳到下一个电网电压过零点的时间间隔；以样本电压序列为输入特征向量，以样本电压序列对应的时间间隔为输入特征向量对应的预测目标值，构建得到模型训练数据集；

42、将输入层、卷积层、池化层、全连接层和输出层依次连接，得到初始预测模型架构，并对初始预测模型架构进行初始化，得到初始零点时刻模型；

43、将预设训练数量的输入特征向量输入至初始零点时刻模型中，得到输入特征向量对应的预测时间间隔值；

44、基于输入特征向量、输入特征向量对应的预测目标值和预测时间间隔值，计算得到模型损失值，模型损失值的表达式为：

45、；

46、式中，是预设训练数量，是任一输入特征向量的索引，是第个输入特征向量对应的预测时间间隔值，是第个输入特征向量对应的预测目标值，是模型损失值；

47、以最小化模型损失值为目标，对初始零点时刻模型进行迭代更新，直至满足预设的迭代终止条件，得到训练好的零点时刻预测模型。

48、进一步地，基于条件达标时间戳和零点时间戳集计算得到指令发出时间戳，包括：

49、计算基准零点时间戳和条件达标时间戳的差值，得到基准时间戳差值；计算调整零点时间戳和条件达标时间戳的差值，得到各调整零点时间戳的时间差值；

50、当基准时间戳差值大于预设的指令启动延迟时间参数时，对基准零点时间戳和指令启动延迟时间参数进行减法计算，得到指令发出时间戳；或，当基准时间戳差值小于等于指令启动延迟时间参数时，比较时间差值和指令启动延迟时间参数，得到各调整零点时间戳的差值比较结果；

51、选择比较结果为时间差值大于指令启动延迟时间参数的最早的调整零点时间戳，作为指令参考零点时间戳，并对指令参考零点时间戳和指令启动延迟时间参数进行减法计算，得到指令发出时间戳。

52、第二方面，本技术还提供了一种透平空冷风机变频器故障自动切换软启动器的控制系统，包括：

53、数据获取模块，用于获取当前控制周期内的变频器的故障代码和实时运行数据，并根据故障代码和实时运行数据进行故障分级判断，得到当前控制周期的故障等级；

54、变频器停止控制模块，用于当故障等级满足预设的切换要求时，生成变频器停止工作指令；变频器停止工作指令用于指示变频器停止输出并实时获取电机三相电压瞬时数据和电网侧三相电压瞬时数据；

55、电机残压计算模块，用于基于电机三相电压瞬时数据提取电机的残压变化特征，得到实时残压幅值；

56、指令发出时间计算模块，用于当实时残压幅值小于预设的安全阈值时，记录实时残压幅值对应的采样时间戳为条件达标时间戳，基于电网侧三相电压瞬时数据预测电网电压的零点时刻，得到零点时间戳集，并基于条件达标时间戳和零点时间戳集计算得到指令发出时间戳；

57、软启动指令发出模块，用于在指令发出时间戳下，生成软启动器启动指令；软启动器启动指令用于指示软启动器启动工作。

58、第三方面，本技术还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现本技术第一方面的任一一种透平空冷风机变频器故障自动切换软启动器的控制方法。

59、第四方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现本技术第一方面的任一一种透平空冷风机变频器故障自动切换软启动器的控制方法。

60、上述一种透平空冷风机变频器故障自动切换软启动器的控制方法及系统，通过获取当前控制周期内的变频器的故障代码和实时运行数据，并根据故障代码和实时运行数据进行故障分级判断，得到当前控制周期的故障等级；当故障等级满足预设的切换要求时，生成变频器停止工作指令；变频器停止工作指令用于指示变频器停止输出并实时获取电机三相电压瞬时数据和电网侧三相电压瞬时数据；基于电机三相电压瞬时数据提取电机的残压变化特征，得到实时残压幅值；当实时残压幅值小于预设的安全阈值时，记录实时残压幅值对应的采样时间戳为条件达标时间戳，基于电网侧三相电压瞬时数据预测电网电压的零点时刻，得到零点时间戳集，并基于条件达标时间戳和零点时间戳集计算得到指令发出时间戳；在指令发出时间戳下，生成软启动器启动指令；软启动器启动指令用于指示软启动器启动工作。提高了切换过程的电气安全性和成功率，保障了透平空冷风机在不同故障情况下的连续稳定运行。