CN107612042A - 基于预接入大阻抗的同步调相机启动并网电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于预接入大阻抗的同步调相机启动并网电路及控制方法。该电路包括同步调相机、机端主交流断路器、交流三相变压器、电网和预接入电路，预接入线路包括依次连接的预接入交流断路器、预接入电阻和预接入电感，其中同步调相机交流出口端连接机端主交流断路器，机端主交流断路器的另一侧连接交流三相变压器，交流三相变压器的另一侧连接交流电网，预接入线路与机端主交流断路器并联连接。本发明减小了启动过程中产生的冲击电压和永磁电流，实现了同步调相机的平滑启动和并网。

Description

基于预接入大阻抗的同步调相机启动并网电路及控制方法

技术领域

本发明属于同步调相机启动控制技术，特别是涉及一种基于预接入大阻抗的同步调相机启动并网电路及控制方法。

背景技术

同步调相机可以向电网提供无功补偿，在高压直流输电领域有很高的应用价值。同步调相机是旋转电机，其运行及维护比静止无功补偿设备复杂，启动并网过程很可能会出现较大的励磁涌流和冲击电压，若启动控制方式不当，会对电网造成冲击。因此，针对同步调相机设计合适的启动并网电路和有效的时序启动并网控制方法很有意义。

针对同步调相机的启动并网控制问题，现有方案主要存在以下问题：1)未明确同步调相机转子侧励磁系统启动、定子侧加载电枢电压、转子侧加载励磁电压和解锁转子旋转的控制时序；2)励磁系统的电压设定值始终保持于额定值或于启动指令下达时从零突变到额定值，未明确励磁系统电压设定值的具体计算方法，这会造成启动过程出现明显的冲击电压和励磁涌流；3)同步调相机机端交流断路器闭合瞬间，并网点会出现明显的冲击电压和励磁涌流；4)没有明确限制并网点冲击电压和励磁涌流的具体方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于预接入大阻抗的同步调相机启动并网电路及控制方法，减小了启动过程中产生的冲击电压和永磁电流，实现了同步调相机的平滑启动和并网。

实现本发明目的的技术解决方案为：基于预接入大阻抗的同步调相机启动并网电路，包括同步调相机、机端主交流断路器、交流三相变压器、电网和预接入电路，预接入线路包括依次连接的预接入交流断路器、预接入电阻和预接入电感，其中同步调相机交流出口端连接机端主交流断路器，机端主交流断路器的另一侧连接交流三相变压器，交流三相变压器的另一侧连接交流电网，预接入线路与机端主交流断路器并联连接。

基于预接入大阻抗的同步调相机启动并网控制方法，步骤如下：

步骤1、搭建同步调相机启动并网电路；

步骤2、设置励磁系统初始电压，对同步调相机转子侧施加励磁系统初始电压，实现励磁系统初始电压启动，闭合同步调相机出口端含有大阻抗线路的预接入交流断路器，实现预接入大阻抗启动；

步骤3、当同步调相机的定子电枢绕组出口端电压达到稳定后，闭合同步调相机出口端线路主断路器，将大阻抗所在线路旁路，实现同步调相机与电网的正常连接；

步骤4、当定子电枢绕组出口端电压再次达到稳定后，改变励磁系统电压，使励磁系统电压匹配额定励磁电压；

步骤5、解除对同步调相机转子的闭锁，使之旋转至正常转速，完成并网过程，向电网提供无功功率。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的预接入大阻抗能够在启动同步调相机初始阶段吸收大量的冲击能量，包括励磁涌流和冲击电压，实现同步调相机的平滑启动和并网；2)本发明的控制方法复杂度低、易于实施，可适用于同步电动机和异步电动机启动控制。

附图说明

图1是同步调相机启动并网的电路示意图。

图2是基于预接入大阻抗的同步调相机启动控制方法的流程图。

图3是同步调相机定子部分、转子部分以及励磁控制系统的示意图。

图4是同步调相机励磁控制系统启动输出的初始电压示意图。

图5是同步调相机通过预接入大阻抗连接电网的示意图。

图6是同步调相机机端主交流断路器的闭合示意图。

图7是同步调相机励磁控制系统输出电压的匹配示意图。

图8是同步调相机解锁转子的示意图。

具体实施方式

如图1所示，基于预接入大阻抗的同步调相机启动并网电路，包括同步调相机Sync_Cond、机端主交流断路器CBM、交流三相变压器TF、电网PS和预接入电路，预接入线路包括依次连接的预接入交流断路器CBP、预接入电阻R_p和预接入电感L_p，其中同步调相机Sync_Cond交流出口端连接机端主交流断路器CBM，机端主交流断路器CBM的另一侧连接交流三相变压器TF，交流三相变压器的TF另一侧连接交流电网PS，预接入线路与机端主交流断路器CBM并联连接。

其中，预接入电阻R_p为纯阻性负载，阻值为：

预接入电感L_p为阻感性负载，电感值为：

式中，V_sc为同步调相机额定电压值，S_sc为同步调相机额定容量。

如图2所示，基于预接入大阻抗的同步调相机启动并网控制方法，步骤如下：

步骤1、搭建同步调相机Sync_Cond启动并网电路；

步骤2、设置励磁系统初始电压，对同步调相机Sync_Cond转子侧施加励磁系统初始电压，实现励磁系统初始电压启动。如图3所示，同步调相机Sync_Cond的基本组成部分为定子侧的电枢绕组、转子侧的励磁绕组和励磁控制系统，其中励磁控制系统的信号包括交流电压参考值V_ref、交流电压测量值V_abc、励磁控制系统输出电动势E_f、励磁绕组电压V_f、反馈励磁电流I_f。励磁控制系统根据输入的V_ref和V_abc信号，控制产生励磁电压输出电动势指令E_f，并发送给转子励磁绕组电压V_f。初始状态下，励磁电压输出电动势指令E_f与转子励磁绕组电压V_f直接相连。如图4所示，同步调相机发出启动指令，转子励磁绕组电压选择器选择于V_ref0处，励磁系统电压V_f以初始电压V_ref0启动，根据公式V_ref0＝V_ef0得到所需初始电压值V_ref0，其中

式中，V_ef0为励磁系统初始电压预设值、V_ef为励磁系统初始电压额定值、K为初始化比例系数。

保持转子励磁绕组电压选择器位于V_ref0处，励磁绕组电压V_f获得初始电压V_ref0，励磁绕组中产生励磁电流I_f0，测试此时同步调相机转子励磁电压电流动态特性和定子电枢出口端电压变化，确定励磁系统初始启动完成；

闭合同步调相机出口端含有大阻抗线路的预接入交流断路器CBP，实现预接入大阻抗启动，如图5所示；

步骤3、同步调相机的定子电枢绕组出口端电压达到稳定后，闭合同步调相机出口端线路主断路器，如图6所示，将大阻抗所在线路旁路，实现同步调相机Sync_Cond与电网PS的正常连接；

步骤4、当定子电枢绕组出口端电压再次达到稳定后，改变转子励磁绕组电压选择器位置，使励磁电压输出电动势指令E_f与转子励磁绕组电压V_f直接相连，如图7所示，使转子励磁绕组电压V_f从初始电压上升至额定值E_f，励磁系统电压匹配，励磁绕组电流增大并逐渐稳定；

步骤5、解除对同步调相机转子的闭锁，使之旋转至正常转速ω，励磁绕组电流在气隙定子磁场受到力的作用，不断加速并最终以同步速旋转，完成同步调相机的并网启动过程并正常运行，向电网提供无功功率。

Claims (4)

1.基于预接入大阻抗的同步调相机启动并网电路，其特征在于，包括同步调相机(Sync_Cond)、机端主交流断路器(CBM)、交流三相变压器(TF)、电网(PS)和预接入电路，预接入线路包括依次连接的预接入交流断路器(CBP)、预接入电阻(R_p)和预接入电感(L_p)，其中同步调相机(Sync_Cond)交流出口端连接机端主交流断路器(CBM)，机端主交流断路器(CBM)的另一侧连接交流三相变压器(TF)，交流三相变压器的(TF)另一侧连接交流电网(PS)，预接入线路与机端主交流断路器(CBM)并联连接。

2.根据权利要求1所述的基于预接入大阻抗的同步调相机启动并网电路，其特征在于，预接入电阻(R_p)为纯阻性负载，阻值为：

<mrow> <msub> <mi>R</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msubsup> <mi>V</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>c</mi> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow>

预接入电感(L_p)为阻感性负载，电感值为：

<mrow> <msub> <mi>X</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msubsup> <mi>V</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>c</mi> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow>

式中，V_sc为同步调相机额定电压值，S_sc为同步调相机额定容量。

3.基于预接入大阻抗的同步调相机启动并网控制方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1、搭建同步调相机(Sync_Cond)启动并网电路；

步骤2、设置励磁系统初始电压，对同步调相机(Sync_Cond)转子侧施加励磁系统初始电压，实现励磁系统初始电压启动，闭合同步调相机出口端含有大阻抗线路的预接入交流断路器(CBP)，实现预接入大阻抗启动；

步骤3、当同步调相机的定子电枢绕组出口端电压达到稳定后，闭合同步调相机出口端线路主断路器(CBM)，将大阻抗所在线路旁路，实现同步调相机(Sync_Cond)与电网的正常连接；

步骤4、当定子电枢绕组出口端电压再次达到稳定后，改变励磁系统电压，使励磁系统电压匹配额定励磁电压；

步骤5、解除对同步调相机转子的闭锁，使之旋转至正常转速，完成并网过程，向电网提供无功功率。

4.根据权利要求3所述的基于预接入大阻抗的同步调相机启动并网控制方法，其特征在于，步骤2根据励磁系统稳态电压设置励磁系统初始电压，公式为：

<mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msub> <mi>K</mi> </mfrac> </mrow>

式中，V_ef0为励磁系统初始电压预设值、V_ef为励磁系统初始电压额定值、K为初始化比例系数。