CN102355185A - 抽水蓄能机组静止变频启动超低频阶段控制方法 - Google Patents

Abstract

转子绕组施加励磁电流，三相定子绕组会产生感应电动势；定子为零时，同步电机阻尼绕组q轴电流为0；阻尼绕组d轴电流为

。本发明所提出的抽水蓄能电站静止变频启动电机超低频转子位置确定算法，可以确保能够准确计算出超低频转子位置所处矢量区域，从而实现对变流器逆变侧的正确控制，确保电机能够按照最大电磁转矩快速启动。

Description

抽水蓄能机组静止变频启动超低频阶段控制方法

技术领域

本发明涉及一种抽水蓄能机组静止变频启动超低频（电机频率低于0.2Hz）控制的关键技术之一，属于抽水蓄能电站静止变频启动技术。

背景技术

目前，在世界各国，抽水蓄能电站一般都将静止变频启动作为首选的启动方式，在抽水蓄能电站自动控制系统及成套设备中，静止变频器为其中的关键启动设备，对于保证大型抽水蓄能机组的快速可靠启动和抽水蓄能电站的稳定运行具有重要意义。长期以来，我国大型抽水蓄能电站控制系统设备一般采用与主机捆绑招标的方式从国外引进，国内的研究单位和设备厂商参与甚少。因此，国内在此方面的研究很少，尤其在抽水蓄能电站静止变频启动低速阶段无位置传感器启动的控制这一核心技术方面，国内尚无文献对此进行深入研究。

抽水蓄能电站静止变频器为“交-直-交”电流源型，整流桥将交流电整流成直流电，逆变桥再将直流电逆变为频率可调的交流电，中间的平波电抗器用于整流桥输出后的平波和去耦，使变频器主回路的直流电流波形平直、脉动小，具有电流源特性。基本工作原理为：控制系统根据电机转速和位置信号，控制晶闸管静止变频装置对同步电机进行变频调速，从而产生从零到额定频率值的变频电源，同步地将机组拖动起来。

在抽水蓄能机组的变频器启动控制中，机组在超低频阶段的控制是能否成功启动的关键技术，也就是必须解决无位置传感器的超低频转子位置检测技术。目前已有的文献对抽水蓄能机组的静止变频启动控制原理进行了介绍，但没有对变频启动的超低频阶段控制进行深入研究的相关文献。变频启动超低频阶段控制难点：在电机频率低于0.2Hz时，机端电压很低且谐波含量很大，很难通过电压信号直接获取电机转子位置。

因此，超低频变频启动控制技术是变频器启动关键技术之一，也是我国抽水蓄能电站静止变频启动装置国产化的一个技术难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是电机超低频转子位置如何计算，主要解决难点：如何根据机端感应电压信号计算出超低频阶段的转子位置。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：抽水蓄能机组静止变频启动超低频阶段控制方法，其特征在于，转子绕组施加励磁电流，三相定子绕组会产生感应电动势；定子为零时，同步电机阻尼绕组q轴电流为0；阻尼绕组d轴电流为                                                

。

产生的定子三相感应电动势的磁链表达式如下： 

 （1）

--定转子之间的互感系数；

--定子与d轴阻尼绕组之间互感系数；--转子电流；

--转子轴线与A相轴之间夹角；

由（1）表达式可以推导出三相定子感应电动势：

（2）

由式（2）可得：

   (3)

从式（3）可知，通过机端线电压可以确定转子位置，附图2为三路线电压与转子位置之间关系图。在电机处于超低频阶段，没有必要计算出转子位置的准确位置，只需要确定转子位置所处的矢量区域即可确定逆变侧的控制脉冲。在启动过程中，转子位置处于不同位置，相应机端线电压的最大值也不同，利用这一点可以得出机端线电压与变流器逆变侧的控制脉冲关系，如表1；

表1 机端电压与逆变侧的控制脉冲关系

线电压

Uab最大

Uac最大

Ubc最大

Uba最大

Uca最大

Ucb最大

控制脉冲

TA+ TB-

TA+ TC-

TB+ TC-

TB+ TA-

TC+ TA-

TC+ TB-

(TC+表示C相上桥臂导通，TB-表示B相下桥臂导通，其余依次类推)

在超低频阶段机端电压低且含有大量谐波，因而不能通过机端电压直接计算出转子位置。本发明采用如下方法获取超低频的转子位置：（1）定时使变流器整流侧进入逆变状态，机端电流降为零，避免机端电压出现大量谐波影响转子位置判断；（2）在电压采样电路中加入低通频滤波电路，实现对机端电压信号的滤波处理；（3）在计算转子位置所处矢量区域中，对多次采样值进行软件滤波处理。

本发明所提出的抽水蓄能电站静止变频启动电机超低频转子位置确定算法，具有以下明显优点：通过采取上述3种措施，可以确保能够准确计算出超低频转子位置所处矢量区域，从而实现对变流器逆变侧的正确控制，确保电机能够按照最大电磁转矩快速启动。

附图说明

图1抽水蓄能机组静止变频启动系统结构图；

图2 三相线电压Uab、Ubc、Uca以及转子位置关系图；

图3 RTDS仿真机组启动过程，机端电压波形图；

图4 RTDS仿真机组启动过程，电网侧A、C相电流波形图；

图5 RTDS仿真机组启动过程，直流电流波形图；

图6 RTDS仿真机组启动过程，电机频率形图；

图7 90MW机组变频启动机端电压与逆变侧控制脉冲图；

图8 90MW机组变频启动网侧电流与逆变侧控制脉冲图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。

第一步，通过初始位置检测技术确定变频启动的第一组逆变器控制脉冲；

第二步，如图3-5，图7-8，第一组逆变控制脉冲发出150ms以后，通过将整流侧控制角设定为120度，使机端电流降为0，通过对电网侧电流进行AD采样，在电流确认降为0（连续3次电流采样均小于额定电流5%）后，对机端3路线电压进行连续5次采样，对每次采样值的最大值进行记数；按照表1，5次采样中线电压次数最多的线电压对应控制脉冲即为下一组逆变控制脉冲；

第三步，整流侧恢复电流闭环控制，按照第二步发出逆变侧控制脉冲；

第四步，逆变控制脉冲发出150ms后，循环至二步，将整流侧控制角设定为120度，计算出下一组逆变侧控制脉冲。以此循环控制，直到电机频率大于0.2Hz。

图3-图6为通过RTDS半实物仿真结果，模拟机组启动过程中，机端电压，网侧A、C相电流、直流电流、电机频率主要参数的波形图。从以上仿真波形图表明，采用定时使网侧进入逆变状态，大大减小了机端电压的谐波含量；在经过软件滤波处理，确保转子位置区域判断的准确性；图7，图8为在潘家口抽水蓄能电站90MW机组变频启动试验录波；图3表明了机端电压与逆变控制脉冲之间关系是正确的，否则电机就不能成功启动；图4表明中网侧脉冲型电流表明，通过定时使整流侧进入逆变状态，将电机三相电流降为0，使机端电压谐波减小，有助于正确计算出转子位置，确定逆变控制脉冲。

通过RTDS仿真结果以及潘家口抽水蓄能电站90MW机组连续成功启动试验，表明本发明提出的抽水蓄能机组静止变频启动超低频阶段控制方法是正确可行的。

Claims (1)

1.抽水蓄能机组静止变频启动超低频阶段控制方法，其特征在于，包括以下步骤：定子为零时，同步电机阻尼绕组q轴电流为0；阻尼绕组d轴电流为                                                ；产生的定子三相感应电动势的磁链表达式如下： 

 （1）

--定转子之间的互感系数；

--定子与d轴阻尼绕组之间互感系数；

--转子电流；

--转子轴线与A相轴之间夹角；

由（1）表达式可以推导出三相定子感应电动势：

（2）

由式（2）可得：

   (3)

从式（3）可知，通过机端线电压可以确定转子位置。

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