CN108880353A - 基于电压源型静止变频器的大型同步调相机起动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电压源型静止变频器的大型同步调相机起动控制方法，包括以下步骤，步骤1、引入转速闭环控制、电流闭环控制和电压前馈控制形成完整的逆变部分控制策略；步骤2、引入机端电压幅值控制、励磁电流闭环控制形成完整的励磁部分控制策略。本发明避免了现有的基于电流型静止变频器的大型同步电机起动控制系统的不足之处，比如对网侧、电机侧造成高次谐波污染，存在换相失败隐患等问题；本发明不仅大大提高了大型同步调相机的起动成功率，而且在电机起动过程中，转子转速加速时间短、系统冲击电流小，具有较好的发展潜力和推广空间。

Description

基于电压源型静止变频器的大型同步调相机起动控制方法

技术领域

本发明涉及电机与电力电子领域，具体是一种基于电压源型静止变频器(StaticFrequency Converter，SFC)的大型同步调相机起动控制方法。

背景技术

随着特高压直流输电技术的不断发展，其对于无功电压补偿的要求越来越高。面对电网电压的大幅跌落问题，以静止无功补偿器为代表的电力电子无功补偿装置无法快速为系统提供无功缺额。根据特高压直流输电系统的要求，无功补偿装置要能够解决区域性电压凹陷、换相失败引起的暂态电压升高等问题，而大型同步调相机的强励作用能够很好的解决这些问题。

目前大型同步电机的起动基本借助电流型SFC，但是电流型SFC是以晶闸管为基础实现的。在实际的应用中，电流型SFC不仅会对网侧、电机侧造成高次谐波污染，引起电机转矩脉动、绝缘损耗等问题，而且还存在着换相失败的隐患，严重时会导致晶闸管损毁、输入输出变压器损坏等问题。具体的，目前基于晶闸管的变频器存在如下弊端：1)晶闸管无法自行关断，影响系统的可靠性；2)起动过程中需要断续换流和负载换流的自然切换，存在换相失败的隐患，导致起动成功率低；3)网侧谐波污染很大；4)对电机侧造成高次谐波污染，引起电机转矩脉动、绝缘损耗等问题。

发明内容

本发明为克服上述的电流源型SFC的诸多弊端，实现大型同步调相机的平稳有效的起动，提出一种基于电压源型静止变频器(Static Frequency Converter，SFC)的大型同步调相机起动控制方法。

本发明采用的技术方案为：

一种基于电压源型SFC的大型同步调相机起动控制系统，其特征在于：包括：

步骤1，引入转速闭环控制、电流闭环控制和电压前馈控制形成完整的逆变部分控制策略，使得逆变交流侧的功率因数为1，保证同步调相机以最大的电磁转矩起动，同时还可以抑制电机转矩的脉动；

步骤2，引入机端电压幅值控制、励磁电流闭环控制形成完整的励磁部分控制策略，保证在起动过程中机端电压的稳定，保证同步调相机的平稳起动。

进一步的，所述步骤1具体包括以下子步骤：

步骤1.1：引入转速闭环控制，将同步调相机转子实际转速ω_r与同步调相机转子转速指令ω^* _ref进行比较，差值经PI控制器后生成同步调相机定子电流指令的幅值I_m；

步骤1.2：引入电流闭环控制，利用三相锁相环获取同步调相机机端电压u_abc的角频率ω和相位ψ，将其与步骤1中的I_m合成同步调相机定子电流指令将同步调相机定子电流i_abc与同步调相机定子电流指令比较，差值经重复控制器后生成同步调相机机端电压指令该步骤实现了功率因数为1的控制；

步骤1.3：引入电压前馈控制，将同步调相机机端电压u_abc与步骤2中生成的同步调相机机端电压指令叠加生成调制信号，经电压空间矢量调制得到IGBT的触发信号，前馈控制可以抑制同步调相机转矩的脉动。

进一步的，所述步骤2具体包括以下子步骤：

步骤2.1：引入同步调相机机端电压幅值控制，将同步调相机机端电压幅值U_abc与同步调相机机端电压幅值指令值U_ref比较，差值经PI控制器生成同步调相机励磁电流指令值

步骤2.2：引入同步调相机励磁电流闭环控制，将同步调相机励磁电流i_f与步骤1中生成的同步调相机励磁电流指令值比较，差值经PI控制器生成调制信号，经PWM调制得到IGBT的触发信号。

本发明采用电压源型SFC，避免了现有的基于电流型静止变频器的大型同步电机起动控制系统的不足之处，比如对网侧、电机侧造成高次谐波污染，存在换相失败隐患等问题；本发明实现了逆变交流侧功率因数为1，保证了同步调相机的转子在最大转矩的作用下加速至额定转速，具有较好的发展潜力和推广空间。

附图说明

图1是本发明基于电压源型静止变频器的大型同步调相机起动控制方法所采用的系统主电路的拓扑结构图；

图2为本发明中起动系统的控制框图。

图中：ω_r——同步调相机转子实际转速，ω^* _ref——同步调相机转子转速指令，I_m——同步调相机定子电流指令的幅值，u_abc——同步调相机机端电压，ω——同步调相机机端电压的角频率，ψ——同步调相机机端电压的相位，——同步调相机定子电流指令，i_abc——同步调相机定子电流，——同步调相机机端电压指令，U_abc——同步调相机机端电压，U_ref——同步调相机机端电压幅值指令值，——同步调相机励磁电流指令值，i_f——同步调相机励磁电流。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

本发明通过引入转速闭环控制、电流闭环控制、电压前馈控制等。该起动系统具有稳定可靠的特性，保证了大型同步调相机高成功率的平稳起动。系统主电路的拓扑结构如图1所示，包含了整流部分和逆变部分；其中，起动系统的控制框图如图2所示。

本发明提供一种基于电压源型静止变频器的大型同步调相机起动控制方法，包括如下步骤：

第一步：引入转速闭环控制、电流闭环控制和电压前馈控制形成完整的逆变部分控制策略，如图2所示，包括以下步骤：

步骤1：引入转速闭环控制，将同步调相机转子实际转速ω_r与同步调相机转子转速指令ω^* _ref进行比较，差值经PI控制器后生成同步调相机定子电流指令的幅值I_m；

步骤2：引入电流闭环控制，利用三相锁相环获取同步调相机机端电压u_abc的角频率ω和相位ψ，将其与步骤1中的I_m合成同步调相机定子电流指令将同步调相机定子电流i_abc与同步调相机定子电流指令比较，差值经重复控制器后生成同步调相机机端电压指令该步骤实现了功率因数为1的控制；

步骤3：引入电压前馈控制，将同步调相机机端电压u_abc与步骤2中生成的同步调相机机端电压指令叠加生成调制信号，经电压空间矢量调制得到IGBT的触发信号，前馈控制可以抑制同步调相机转矩的脉动；

第二步：引入机端电压幅值控制、励磁电流闭环控制形成完整的励磁部分控制策略。如图2所示，包括以下步骤：

步骤1：引入同步调相机机端电压幅值控制，将同步调相机机端电压幅值U_abc与同步调相机机端电压幅值指令值U_ref比较，差值经PI控制器生成同步调相机励磁电流指令值

步骤2：引入同步调相机励磁电流闭环控制，将同步调相机励磁电流i_f与步骤1中生成的同步调相机励磁电流指令值比较，差值经PI控制器生成调制信号，经PWM调制得到IGBT的触发信号。

本发明采用电压源型SFC，避免了现有的基于电流型静止变频器的大型同步电机起动控制系统的不足之处，比如对网侧、电机侧造成高次谐波污染，存在换相失败隐患等问题；本发明不仅大大提高了大型同步调相机的起动成功率，而且在电机起动过程中，转子转速加速时间短、系统冲击电流小，具有较好的发展潜力和推广空间。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于电压源型静止变频器的大型同步调相机起动控制方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、引入转速闭环控制、电流闭环控制和电压前馈控制形成完整的逆变部分控制策略，使得逆变交流侧的功率因数为1，保证同步调相机以最大的电磁转矩起动，同时还可以抑制电机转矩的脉动；

步骤2、引入机端电压幅值控制、励磁电流闭环控制形成完整的励磁部分控制策略，保证在起动过程中机端电压的稳定，保证同步调相机的平稳起动。

2.如权利要求1所述的基于电压源型静止变频器的大型同步调相机起动控制方法，其特征在于步骤1具体包括：

步骤1.1：引入转速闭环控制，将同步调相机转子实际转速ω_r与同步调相机转子转速指令ω^* _ref进行比较，差值经PI控制器后生成同步调相机定子电流指令的幅值I_m；

步骤1.2：引入电流闭环控制，利用三相锁相环获取同步调相机机端电压u_abc的角频率ω和相位ψ，将其与步骤1中的I_m合成同步调相机定子电流指令将同步调相机定子电流i_abc与同步调相机定子电流指令比较，差值经重复控制器后生成同步调相机机端电压指令该步骤实现了功率因数为1的控制；

步骤1.3：引入电压前馈控制，将同步调相机机端电压u_abc与步骤2中生成的同步调相机机端电压指令叠加生成调制信号，经电压空间矢量调制得到IGBT的触发信号，前馈控制可以抑制同步调相机转矩的脉动。

3.如权利要求1所述的基于电压源型静止变频器的大型同步调相机起动控制方法，其特征在于：步骤2具体包括：

步骤2.1：引入同步调相机机端电压幅值控制，将同步调相机机端电压幅值U_abc与同步调相机机端电压幅值指令值U_ref比较，差值经PI控制器生成同步调相机励磁电流指令值

步骤2.2：引入同步调相机励磁电流闭环控制，将同步调相机励磁电流i_f与步骤1中生成的同步调相机励磁电流指令值比较，差值经PI控制器生成调制信号，经PWM调制得到IGBT的触发信号。