CN107947186A - 高压直流输电逆变侧接入同步调相机的启动控制方法 - Google Patents

高压直流输电逆变侧接入同步调相机的启动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压直流输电逆变侧接入同步调相机的启动控制方法，该方法改变了同步调相机在启动瞬间时刻的励磁输入值，并在系统初次达到稳定后启用励磁机对同步调相机进行励磁输入，与传统同步调相机启动方法不同之处在于改变启动瞬间的励磁输入值。利用上述的启动控制方法可以有效减少同步调相机启动时端口的电压波动，并且能够降低同步调相机启动时消耗的有功与产生的无功，即可实现同步调相机的平滑启动。

Description

高压直流输电逆变侧接入同步调相机的启动控制方法
技术领域
本发明涉及一种高压直流输电逆变侧接入同步调相机的启动控制方法，属于同步调相机启动控制技术领域。
背景技术
随着远距离直流输电技术日益成熟，高压直流输电的经济性得到了广泛认可，国家目前大力支持和推进高压直流输电系统的建设项目，同时直流输电系统的容量也在飞速增长。直流输电系统的安全运行需要交流电网能够提供充足的无功功率，而相比于现有的静止无功补偿手段，使用同步调相机做无功补偿好处是其无功输出不受电网状态变化所影响，且其工作时一直处于旋转运动状态，具有较大的转动惯量，从而在维持电压稳定与调节平滑性方面比静止无功补偿器件更有优势。
同步调相机是处于无负载运行状态下的一种特殊的同步电动机，它可以从电网中吸收无功或者向电网提供无功功率。由于其处于无机械负载运行状态，也没有外界机械能输入，因此同步调相机与电网之间的有功交换基本为零。调相机的机端电压U和定子电流I之间的相位差为90°，转子励磁磁通Φ0经过励磁系统调节，当调相机定子内由转子旋转磁场所产生的空载反电势E0大于网侧电压U，定子电流I的相位超前于U，调相机表现为电容器，输出感性无功。当调相机转子励磁不足时，由于空载反电势小于网侧电压，调相机表现为电感器，吸收感性无功。由向量图可知，调相机输出的感性无功电流大小不仅取决于空载反电势E0，还决定于网侧电压U和电机定子电抗Xa。
调相机作为一种动态无功补偿装置，对高压直流输电逆变侧的作用如下：(1)有利于电网的无功电压调节，实现电网逆调压；(2)为局部电网提供有效的动态无功支撑，从而提高电网的动态电压稳定裕度；(3)减小交流电网故障时直流换相失败的范围和概率，从而简化高压直流送受端电网间的运行制约关系。
随着电力电子技术的成熟，电网的无功补偿装置逐渐转向了静止无功补偿设备。长时间的运行经验空白使得电力公司运维单位缺乏对大型旋转电机的运行维护经验。目前，国内外对同步调相机这一较为成熟的电机研究的较少，研究的中心放在调相机的参数辨识，暂态过程和暂态性能研究等方面。对于同步调相机对交直流输电系统的电压补偿还没有进行研究，特别是同步调相机进行电压补偿时的控制方法。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高压直流输电逆变侧接入同步调相机的启动控制方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种高压直流输电逆变侧接入同步调相机的启动控制方法，包括如下步骤：
步骤1、搭建同步调相机启动并网电路；
步骤2、励磁控制系统输出电动势Ef与时序控制器的A端口相连，初始电压发生器的输出端与时序控制器的B端口相连，Efc是时序控制器的时间控制函数，当Efc<t0时，时序控制器选择B端口为输入值；当Efc>t0时，时序控制器选择A端口为输入值；t0为开关动作的设定时间；即可改变输入到同步调相机转子励磁电压；
步骤3、当0～t0时，开关闭合到B端口，初始电压发生器输出值设定为X值，X值的取值区间为(1，2)，同步调相机启动励磁输入值为X值；当t0以后，开关闭合到A端口，同步调相机的输入励磁值由励磁控制系统提供，实现同步调相机的平滑启动；
步骤4、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，向高压直流输电逆变侧提供无功功率。
作为优选方案，所述同步调相机启动并网电路包括：同步调相机、励磁控制系统、初始电压发生器、时序控制器、交流三相变压器、高压直流输电逆变侧，其中同步调相机交流出口端与交流三相变压器相连，交流三相变压器另一侧与高压直流输电逆变侧连接；同步调相机转子侧与时序控制器相连，时序控制器的另一侧通过选择开关与初始电压发生器或励磁控制系统相连，用于向时序控制器提供可供选择的励磁输入值。
作为优选方案，所述Efc的表达式为：
Efc＝k·t
其中，k为Efc的上升斜率，k的取值区间为(0.5，1.5)；t为时间，t的取值区间为(0，+∞)。
作为优选方案，所述t0时间的计算公式为：
式中，ttotal为开关总动作时间，N为动作次数。
作为优选方案，所述励磁控制系统根据输入的交流电压参考值Vref和交流电压实际测量值Vabc，采用交流电压实际测量值Vabc追踪交流电压参考值Vref的方法，输出电动势Ef。
一种高压直流输电逆变侧接入同步调相机的启动并网电路，包括：同步调相机、励磁控制系统、初始电压发生器、时序控制器、交流三相变压器、高压直流输电逆变侧，其中同步调相机交流出口端与交流三相变压器相连，交流三相变压器另一侧与高压直流输电逆变侧连接；同步调相机转子侧与时序控制器相连，时序控制器的另一侧通过选择开关与初始电压发生器或励磁控制系统相连，用于向时序控制器提供可供选择的励磁输入值。
有益效果：本发明提供的高压直流输电逆变侧接入同步调相机的启动控制方法，其显著优点为：1)同步调相机启动时状态平稳，包括有较为稳定的有功无功功率，较为稳定端口电压，实现了同步调相机的平滑启动；2)本发明的控制方法复杂度低，可操作性强，适用于不同容量的同步调相机实现平滑启动。
附图说明
图1是高压直流输电逆变侧接入同步调相机启动整体示意图。
图2是同步调相机工作原理向量图。
图3是同步调相机内部结构图。
图4是励磁控制系统结构图。
图5是0～t0时同步调相机启动示意图。
图6是t0之后同步调相机启动示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明涉及一种高压直流输电逆变侧接入同步调相机的启动控制方法，步骤如下：
步骤1、搭建同步调相机启动并网电路。如图1所示，所述同步调相机启动并网电路，包括：同步调相机(Sync_Cond)、励磁控制系统、初始电压发生器、时序控制器、交流三相变压器(TF)、高压直流输电逆变侧，其中同步调相机交流出口端与交流三相变压器相连，交流三相变压器另一侧与高压直流输电逆变侧连接。同步调相机转子侧与时序控制器相连，时序控制器的另一侧通过选择开关与初始电压发生器或励磁控制系统相连，用于向时序控制器提供可供选择的励磁输入值。如图2所示，调相机的机端电压U和定子电流I之间的相位差为90°，转子励磁磁通Φ0经过励磁系统调节，当调相机定子内由转子旋转磁场所产生的空载反电势E0大于网侧电压U，定子电流I的相位超前于U，调相机表现为电容器，输出感性无功。
步骤2、如图3所示，在同步调相机转子侧输入励磁电压Vf，实现同步调相机的启动，同步调相机由转子侧励磁绕组和定子侧电枢绕组组成，定子侧电枢绕组与变压器连接，转子侧励磁绕组输入励磁电压Vf和输出励磁电流If。如图4所示，励磁控制系统参数包括交流电压参考值Vref、交流电压实际测量值Vabc、励磁控制系统输出电动势Ef、励磁电流If。励磁控制系统根据输入的交流电压参考值Vref和交流电压实际测量值Vabc，采用交流电压实际测量值Vabc追踪交流电压参考值Vref的方法，输出电动势Ef。励磁控制系统输出电动势Ef与时序控制器的A端口相连，初始电压发生器的输出端与时序控制器的B端口相连，Efc是时序控制器的时间控制函数，当Efc<t0时，时序控制器选择B端口为输入值；当Efc>t0时，时序控制器选择A端口为输入值；t0为开关动作的设定时间；即可改变输入到同步调相机转子励磁电压，Efc的表达式为：
Efc＝k·t
其中，k为Efc的上升斜率，k的取值区间为(0.5，1.5)；t为时间，t的取值区间为(0，+∞)。
步骤3、如图5所示，当0～t0时，开关闭合到B端口，初始电压发生器输出值设定为X值，X值的取值区间为(1，2)，这时同步调相机启动励磁输入值为X值；如图6所示，当t0以后，开关闭合到A端口，这时同步调相机的输入励磁值由励磁控制系统提供，实现同步调相机的平滑启动。
t0时间的计算公式为：
式中，ttotal为开关总动作时间，N为动作次数。
步骤4、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，向高压直流输电逆变侧提供无功功率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高压直流输电逆变侧接入同步调相机的启动控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、搭建同步调相机启动并网电路；
步骤2、励磁控制系统输出电动势Ef与时序控制器的A端口相连，初始电压发生器的输出端与时序控制器的B端口相连，Efc是时序控制器的时间控制函数，当Efc<t0时，时序控制器选择B端口为输入值；当Efc>t0时，时序控制器选择A端口为输入值；t0为开关动作的设定时间；即可改变输入到同步调相机转子励磁电压；
步骤3、当0～t0时，开关闭合到B端口，初始电压发生器输出值设定为X值，X值的取值区间为(1，2)，同步调相机启动励磁输入值为X值；当t0以后，开关闭合到A端口，同步调相机的输入励磁值由励磁控制系统提供，实现同步调相机的平滑启动；
步骤4、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，向高压直流输电逆变侧提供无功功率。
2.根据权利要求1所述的高压直流输电逆变侧接入同步调相机的启动控制方法，其特征在于：所述同步调相机启动并网电路包括：同步调相机、励磁控制系统、初始电压发生器、时序控制器、交流三相变压器、高压直流输电逆变侧，其中同步调相机交流出口端与交流三相变压器相连，交流三相变压器另一侧与高压直流输电逆变侧连接；同步调相机转子侧与时序控制器相连，时序控制器的另一侧通过选择开关与初始电压发生器或励磁控制系统相连，用于向时序控制器提供可供选择的励磁输入值。
3.根据权利要求1所述的高压直流输电逆变侧接入同步调相机的启动控制方法，其特征在于：所述Efc的表达式为：
Efc＝k·t
其中，k为Efc的上升斜率，k的取值区间为(0.5，1.5)；t为时间，t的取值区间为(0，+∞)。
4.根据权利要求1所述的高压直流输电逆变侧接入同步调相机的启动控制方法，其特征在于：所述t0时间的计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>o</mi> <mi>t</mi> <mi>a</mi> <mi>l</mi> </mrow> </msub> <mi>N</mi> </mfrac> </mrow>
式中，ttotal为开关总动作时间，N为动作次数。
5.根据权利要求1所述的高压直流输电逆变侧接入同步调相机的，其特征在于：所述励磁控制系统根据输入的交流电压参考值Vref和交流电压实际测量值Vabc，采用交流电压实际测量值Vabc追踪交流电压参考值Vref的方法，输出电动势Ef。
6.一种高压直流输电逆变侧接入同步调相机的启动并网电路，其特征在于：包括：同步调相机、励磁控制系统、初始电压发生器、时序控制器、交流三相变压器、高压直流输电逆变侧，其中同步调相机交流出口端与交流三相变压器相连，交流三相变压器另一侧与高压直流输电逆变侧连接；同步调相机转子侧与时序控制器相连，时序控制器的另一侧通过选择开关与初始电压发生器或励磁控制系统相连，用于向时序控制器提供可供选择的励磁输入值。
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