整流装置的冗余配置的介绍

在某些应用中，要求公共直流母线的电源冗余，以此来增加多电动机驱动系统或共直流母线系统的可靠性。通过在公共直流母线上并行工作多个独立的整流装置，可以满足这个要求。如果一台进线整流装置发生故障，直流母线依然可由余下的整流装置供电，不会造成运行中断。根据进线整流装置的功率大小，直流母线能继续运行在半载或满载状态。上述功能取决于系统是否满足以下要求：

1）每个进线整流装置必须拥有独立的控制单元。

2）每个用于控制进线整流装置的控制单元必须仅控制分配的进线整流装置，不能再用于其它逆变单元。

3）连接于直流母线上的逆变单元必须采用独立控制单元的控制，而不能与进线整流装置共用控制单元。

进线整流装置的冗余运行模式和并联运行模式的本质区别在于控制单元的分配不同。冗余模式下，每个进线整流装置都由各自独立的控制单元控制。因此，每个进线整流装置都是完全独立的。在并联运行模式下，每个控制单元控制和同步所有并联配置的功率单元，就如同一个具有更大额定功率的整流单元。

注意

当使用多个独立的整流单元时，这个做法能大大提高直流母线的可靠性。但是，在实践中不可100%的无故障，因为某些故障依然会导致系统运行中断（比如直流母线短路）。即使这些故障在现实中极少发生，但是这些故障发生的风险无法被完全排除。

根据冗余系统的需求：有进线整流装置的冗余或供电变压器的冗余或供电系统的冗余，有图5-28所示的3种不同的配置方案。

图5-28 冗余配置方案

在型式1中，由单一供电系统通过双绕组变压器为额定功率相同的两个冗余的整流装置供电。由于两个冗余的整流装置的电源电压完全一致，正常运行时，即使为不可控的整流装置，其电流的分配也很均衡。因此，在设计时基本上可按总电流的一半来选择整流装置，还应考虑均流系数。如果一个整流装置故障，只能半载运行。如果在一个整流装置故障时仍需满载运行，则每个整流装置必须按总电流选择。

在型式2中，由单一供电系统通过三绕组变压器为额定功率相同的两个冗余的整流装置供电。依赖于变压器的特性，两个整流装置的输入侧电压会有约0.5%～1%的偏差。正常运行时，对于不可控的整流装置，其电流的均衡度稍低于型式1。此时，必须通过合适的电流均流系数进行补偿。如果在一个整流装置故障时仍需满载运行，每个整流装置必须按总电流选择。

在型式3中，由两个供电系统通过两个独立的双绕组变压器为额定功率相同的两个冗余的整流装置供电。由于两个独立的电源系统的电压偏差会很大，正常运行时，对于不可控的整流装置，其电流分配就可能会很不平衡。如果两个电源系统之间的电压偏差达5%～10%，选择不可控整流装置时，每个都必须按满载考虑。

下面介绍SINAMICS三种整流装置（基本整流装置、回馈整流装置、有源整流装置）能用的冗余型式（型式1～3）及必须遵守的限制条件。

1.基本整流装置的冗余配置

电网换相，不控整流的SINAMICS基本整流装置可使用所有这三种型式。

型式1，采用SINAMICS基本整流装置时，要遵守的限制条件如下：

1）每个基本整流装置，都需带有2%相对短路压降的输入电抗器。

2）其中一个基本整流装置故障时，如果允许公共直流母线半载运行，可同基本整流装置的6脉冲并联连接一样，按一半的供电电流并考虑7.5%的降流系数来选择每个单元。如果某一基本整流装置故障时公共直流母线仍需满载运行，则每个基本整流装置都必须按总电流选择。

3）每个基本整流装置都必须能完成对整个公共直流回路电容预充电。

型式2，采用SINAMICS基本整流装置时，要遵守的限制条件如下：

1）若所选的三绕组变压器符合《SINAMICS低压工程师手册》《三绕组变压器》章节中的技术规范，则不需要输入电抗器。

2）若所选的三绕组变压器符合《SINAMICS低压工程师手册》《三绕组变压器》章节中的技术规范，同时可以接受其中一个基本整流装置故障时，公共直流母线半载运行，可同基本整流装置的12脉冲并联连接一样，按一半的供电电流并考虑7.5%的降流系数来选择每个单元。如果某一基本整流装置故障时公共直流母线仍需满载运行，则每个基本整流装置都必须按总电流选择。

3）每个基本整流装置都必须能完成对整个公共直流回路电容预充电。

型式3，采用SINAMICS基本整流装置时，要遵守的限制条件如下：

1）不需要2%相对短路压降的输入电抗器。

2）由于两个电源系统之间可能存在较大的电压偏差，每个基本整流装置都必须按照公共直流母线满载选择。

3）每个基本整流装置都必须能完成对整个公共直流回路电容预充电。

2.回馈整流装置的冗余配置(www.xing528.com)

对于电网换相不控整流的SINAMICS回馈整流装置，仅有形式2可以使用。

型式2，使用SINAMICS回馈整流装置时，要遵守的限制条件如下：

1）每个SLM必须配置一个相对短路压降为4%的进线电抗器。

2）若所选的三绕组变压器符合《SINAMICS低压工程师手册》《三绕组变压器》章节中的技术规范，同时可以接受其中一个回馈整流装置SLM故障时，公共直流母线半载运行，可同回馈整流装置的12脉冲并联连接一样，按一半的供电电流并考虑7.5%的降流系数来选择每个单元。如果某一回馈整流装置故障时公共直流母线仍需满载运行，则每个回馈整流装置都必须按总电流选择。

3.有源整流装置的冗余配置（主-从方式）

SINAMICS有源整流装置允许型式2和型式3两种冗余配置。每个有源整流系统包含一个有源滤波装置AIM模块和一个有源整流装置ALM模块且需要独立配置和设定，以保证其完全自主运行。有源整流装置须配置为主-从模式。独立含义是：

1）每个有源整流装置必须有其自己的控制单元。

2）每个有源整流装置的控制单元仅允许控制此有源整流装置，而不能控制其它任何额外的逆变单元。

3）基于冗余运行的需要，连接在共直流母线结构上的逆变单元必须由一个或多个与有源整流装置控制单元完全独立的控制单元控制。

有源整流主装置运行在电压方式下控制直流母线电压V_DC，同时从装置运行于电流控制方式下。一个主装置允许最多同时连接3个从装置。

从装置的电流设定值，在有上位控制系统时，可以通过PROFIBUS-DP V2 slave-to-slave通信从主装置获取，也可以通过TM31上的模拟量通道从主装置获取。

若一台从装置故障，主装置和其它从装置仍能正常运行。若主装置故障，一台从装置须由电流控制方式切换至电压控制方式。此功能可以在运行时完成，无需停机。

型式2，SINAMICS有源整流装置（主-从方式），要遵守的限制条件如下：

1）两个有源整流装置（主机和从机）必须保证进线电源侧的电气隔离以防止由于两个控制单元运行不同步而导致环流。在此类应用中，由三绕组变压器来保证电气隔离。根据供电电网类型（TN系统或IT系统），连接主装置星形绕组的星形联结点可以接地（TN系统）也可以悬空（IT系统）。推荐接不接地的IT系统。从装置必须确保为不接地系统。型式2的有源整流装置主从配置如图5-29所示。

2）若一台有源整流装置故障，可以允许系统半载运行，则每个有源整流装置均需要按照一半的进线电流选型，且需考虑并联时5%的降容系数。若一台设备故障后，系统仍需要满载运行，那么每个有源整流设备及其对应的变压器绕组均需要按照直流侧满载选型。

3）每个有源整流设备均须具备为整个直流母线电容进行预充电的能力。

型式3，SINAMICS有源整流装置（主从运行），要遵守的限制条件如下：

1）两个有源整流装置（主机和从机）必须保证进线电源侧的电气隔离，以防止由于两个控制单元运行不同步而导致环流。

2）根据有源整流装置是由同一个低压电网供电还有由不同的中压电网供电，可以分为如下两种配置方案：

①由同一个低压电网供电。主装置直接接入低压电网，此电网可以是接地的TN系统或非接地的IT系统。推荐使用IT供电系统。

图5-29 型式2的有源整流装置主从配置

从装置必须由其各自的隔离变压器供电，且变压器的二次侧绕组中性点不能接地。型式3的有源整流装置主从配置a如图5-30所示。

②由不同的中压系统供电。主装置由隔离变压器1供电，其二次绕组可以是接地的TN系统或非接地的IT系统。推荐使用IT供电系统。

图5-30 型式3的有源整流装置主从配置a

从装置必须由其各自的隔离变压器供电，且变压器的二次侧绕组中性点不能接地。型式3的有源整流装置主从配置b如图5-31所示。