一种大型调相机启动并网控制方法技术

本发明专利技术提供一种大型调相机启动并网控制方法，属于电机控制技术领域。本发明专利技术针对大型调相机在启动时由SFC拖动至105％额定转速后，进入惰转状态升压并网导致的频率差、相角差不可控问题，提出了控制SFC切除角及励磁系统再投入时刻的控制策略，以最大限度减小调相机并网时对设备本体和系统造成的冲击。该方法能有效解决在机组惰转条件下，切换调相机启动励磁和自并励励磁方式导致的并网过程不可控问题，在确保成功率的同时提高了并网时频率差、相角差的可控性，大大减小了调相机并网造成的冲击问题,提高了大型调相机的安全稳定性和并网成功率，对大型调相机的安全、高效、可靠运行具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种大型调相机启动并网控制方法
本专利技术涉及电机控制
，具体是一种大型调相机启动并网控制方法。
技术介绍
高压直流、尤其是特高压直流输电中，无论是整流还是逆变运行，换流器都要消耗大量的无功功率。为保证换流器的安全可靠运行，需保证无功功率的供给，无功功率不足或过剩将直接造成交流电压的不稳定，严重时可能危及整个交、直流系统的安全稳定运行。因此灵活可控、响应快速的动态无功调节手段对特高压直流输电意义重大。大型调相机作为无功发生装置对提高受端交流电网短路比，提高直流输送极限功率，增强电网强度和灵活性有独特的优势。在交流电网近端出现故障或换流阀发生换相失败电压下降时，大容量调相机可进行强励支撑电压和系统稳定，为故障切除赢得宝贵时间；在直流系统因故障出现闭锁或突然甩有功负荷的情况下，可进入进相运行状态，吸收大量过剩无功，从而抑制系统电压升高；在直流系统稳态正常运行需要调节电压时，可在迟相或进相运行状态为交流电网提供连续可调的动态无功支持。启动并网环节作为调相机和常规汽轮发电机组的重要区别具有其鲜明的特点，根据设计要求和技术规范，大型调相机在启动并网过程中采用的是由变频启动装置配合启动励磁系统，将调相机拖至105％额定转速，断开变频启动装置，调相机进入惰转状态，切换启动励磁系统至自并励系统，投入同期装置实现调相机并网的控制。此种启动并网控制方式主要依靠调相机自身旋转状态储存的能量为升压并网提供电源，过程中受调相机的转动惯量、风摩损耗、主变压器空载损耗、励磁系统损耗等多种因素的制约，启动励磁和自并励系统切换至并网过程中存在一定的不确定性及安全隐患。如SFC断开的时刻、自并励系统投入的时刻等因素对并网时的相位差、频率差等条件会造成一定的影响，进而影响到并网成功率和调相机及电网收到的冲击水平。此种启动控制方式并没有类似的工程案例经验可供借鉴。因此，确定大型调相机启动并网的若干影响因素和控制方法对大型调相机的设计、运行、控制及保证其可靠、安全、稳定运行具有重要意义。
技术实现思路
针对上述大型调相机启动并网所存在问题，本专利技术提供了一种根据实测惰转曲线，计算并确定同期并网频率差允许值、SFC断开时间、自并励系统投入时刻的大型调相机启动并网控制方法，该方法能够在调相机启动并网过程中保证并网成功率的前提下，尽可能减少并网时对调相机设备和系统造成的冲击，确保设备和系统安全。一种大型调相机启动并网控制方法，包括如下步骤：(1)由静止变频器(staticfrequencyconvertor,SFC)将调相机拖至105％额定转速：启动励磁电源先为调相机转子施加励磁电流以确保调相机启动旋转方向的正确，SFC根据定子感应电压的相位检测转子的初始位置，并根据检测结果为调相机定子施加超前相位的电流以确保调相机转子正向启动，SFC电流闭环控制将调相机拖至105％额定转速，拖动过程中启动励磁装置的励磁调节器与SFC进行通信；(2)当调相机转速达到105％额定转速后，根据SFC计算出的断开SFC开关时刻主变高压侧电压相位断开SFC出口开关IPB，调相机进惰转状态，启动励磁装置的调节器控制转子灭磁并断开与转子绕组连接开关，自并励励磁装置灭磁开关合上，根据SFC计算出的自并励系统投入并升压时刻tq施加励磁电流起励，将调相机定子电压升至接近额定电压；(3)投入同期装置，由同期装置与自并励装置励磁调节器通信调节定子电压，达到并网条件后自动准同期并网。进一步的，所述步骤(1)具体过程如下：1-1)合上SFC出口至调相机定子出口开关，启动励磁电源为调相机转子注入电流，用基于电压过零检测的控制方法，根据电机励磁电流建立过程中检测到的三相定子电压，计算出转子的初始位置；1-2)根据计算出的转子初始位置设定SFC给定子施加的启动电流相位，SFC向定子施加启动电流，启动励磁系统给转子施加初始电流，控制其产生最大正向加速力矩，调相机转子正向旋转启动；1-3)调相机启动过程中启动励磁系统采用电流闭环控制，根据设定的启动曲线达到105％额定转速，最高定子电压约为额定电压的10％，启动过程中应在调相机最大允许电流和转矩受限制的条件下，加速过程中电流在限幅范围内调节；在调相机低速运行时(低于10％)，由于反电动势低，不能保证晶闸管可靠换相，需采取强迫换相控制，通过将整流器拉逆变，使整流电压变负，调相机主回路电流降为零，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。进一步的，所述步骤(2)具体过程如下：调相机正式并网前，进行两次惰转曲线测量：第一次在SFC将调相机拖至105％额定转速后，在机端电压与系统电压的角差为0时断开SFC与调相机的连接开关，调相机进入惰转状态，测量记录调相机由105％额定转速惰转至0转速过程中的相角、频率、时间变化曲线；第二次在SFC将调相机拖至105％额定转速后，在机端电压与系统电压的角差为0时断开SFC与调相机的连接开关，完成启动励磁系统与自并励系统切换并由自并励系统将调相机定子电压升至额定，并维持励磁电流不变直至调相机转速降至90％额定转速，测量记录此过程中的相角、频率、时间变化曲线；根据测得数据计算得出满足条件的最小并网允许频率差Δf值，并同时确定断开SFC开关时刻主变高压侧电压相位和自并励系统投入并升压时刻tq，将Δf保留一定裕度后的定值反馈给同期装置，将和tq值反馈给SFC和励磁控制系统，如果没有满足条件的Δf值则给出报警信号。进一步的，在测量记录下两次惰转曲线数据后，可根据下式计算并确定Δf、tq的值:为主变高压侧电压相位；fm(t)＝(f1-k·t)为调相机电压频率；f1为断开SFC开关时刻调相机电压频率，其值是额定电压频率的1.05倍；k为调相机转速下降的速率；为断开SFC开关时刻主变高压侧电压相位；为t时刻主变高压侧电压与系统电压相位差；f0为系统频率；为系统电压相位；考虑tq时刻启动励磁切换至自并励励磁系统并施加励磁电流；其中：k1为第一次测得的频率下降速率；k2为第二次测得的频率下降速率；tq为自并励系统投入并升压时刻；fq为自并励系统投入并升压时刻的调相机频率；为自并励系统投入并升压时刻的调相机电压相位；Δf为自动同期装置并网允许频率差定值；根据上式，可计算得出满足条件的最小Δf值，并同时得出和tq的取值。此处使用计算机穷举法，取不同值的和tq，算出满足条件的Δf最小值，考虑断开IPB后到自并励系统升压的需要的时间和预留切换后升压的时间得到最小Δf后，即可确定相应的和tq。tq取值应注意校核与SFC出口开关断开时刻的配合，应确保间隔时间内完成各切换动作并保留适当裕度。进一步的，所述步骤(3)具体过程如下：待调相机定子电压达到设定值后，投入同期装置，由同期装置与自并励装置励磁调节器通信调节定子电压，检测主变高压侧电压满足与系统电压相位差小于电压差小于5％，频率差小于Δf的并网条件后，自动准同期并网。如果Δf最终计算结果偏大，可考虑减小并网时主变高压侧电压与系统电压的电压差和相位差的允许值，计算公式中的设置值也要相应减小。本专利技术的有益效果如下：在同步电机同期并网时，需满足电压相等、电压相位一致、频率相等三个条件。如果电压不等，将在电机和电网之间出现无功性质的冲击环流，该环流对电机绕组产生冲击电磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型调相机启动并网控制方法，其特征在于包括如下步骤：(1)由SFC将调相机拖至105％额定转速：启动励磁电源先为调相机转子施加励磁电流以确保调相机启动旋转方向的正确，SFC根据定子感应电压的相位检测转子的初始位置，并根据检测结果为调相机定子施加超前相位的电流以确保调相机转子正向启动，SFC电流闭环控制将调相机拖至105％额定转速，拖动过程中启动励磁装置的励磁调节器与SFC进行通信；(2)启动励磁装置与自并励励磁装置完成切换并升压：当调相机转速达到105％额定转速后，根据SFC计算出的断开SFC开关时刻主变高压侧电压相位

【技术特征摘要】
1.一种大型调相机启动并网控制方法，其特征在于包括如下步骤：(1)由SFC将调相机拖至105％额定转速：启动励磁电源先为调相机转子施加励磁电流以确保调相机启动旋转方向的正确，SFC根据定子感应电压的相位检测转子的初始位置，并根据检测结果为调相机定子施加超前相位的电流以确保调相机转子正向启动，SFC电流闭环控制将调相机拖至105％额定转速，拖动过程中启动励磁装置的励磁调节器与SFC进行通信；(2)启动励磁装置与自并励励磁装置完成切换并升压：当调相机转速达到105％额定转速后，根据SFC计算出的断开SFC开关时刻主变高压侧电压相位断开SFC出口开关IPB，调相机进惰转状态，启动励磁装置的调节器控制转子灭磁并断开与转子绕组连接开关，自并励励磁装置灭磁开关合上，根据SFC计算出的自并励系统投入并升压时刻tq施加励磁电流起励，将调相机定子电压升至接近额定电压；(3)投入同期装置，由同期装置与自并励励磁装置的励磁调节器通信调节定子电压，达到并网条件后自动准同期并网。2.如权利要求1所述的大型调相机启动并网控制方法，其特征在于：所述步骤(1)具体过程如下：1-1)合上SFC出口至调相机定子出口开关，启动励磁电源为调相机转子注入电流，用基于电压过零检测的控制方法，根据电机励磁电流建立过程中检测到的三相定子电压，计算出转子的初始位置；1-2)根据计算出的转子初始位置设定SFC给定子施加的启动电流相位，SFC向定子施加启动电流，启动励磁系统给转子施加初始电流，控制其产生最大正向加速力矩，调相机转子正向旋转启动；1-3)调相机启动过程中启动励磁系统采用电流闭环控制，根据设定的启动曲线调相机达到105％额定转速，最高定子电压约为额定电压的10％，启动过程中应在调相机最大允许电流和转矩受限制的条件下，加速过程中电流在限幅范围内调节。3.如权利要求1所述的大型调相机启动并网控制方法，其特征在于：所述步骤(2)具体过程如下：调相机正式并网前，进行两次惰转曲线测量，第一次在SFC将调相机拖至105％额定转速后，在机端电压与系统电压的角差为0时断开SFC与调相机的连接开关，调相机进入惰转状态，测量记录调相机由105％额定转速惰转至0转速过程中的相角、频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔一铂，王庆，杜晓磊，阮羚，陶骞，凌在汛，蔡万里，陈文，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖北省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11