CN108900115B - 抽水蓄能静止变频器自适应电流控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抽水蓄能静止变频器自适应电流控制方法，包括以下步骤：电流由电网侧经过变压器流入静止变频器，经过输入电抗器滤波后流入整流单元的整流桥，整流桥将交流电整成直流电，经直流电抗滤波后流入逆变单元的逆变桥，逆变桥将流入的直流电流逆变成交流电，输入至电机定子侧，从而实现电机频率变化的软启动。该方法可以解决抽水蓄能系统启动过程中电流控制不当导致启动超时，最终启动失败的问题，为提高抽水蓄能变频启动系统的启动成功率提供了理论基础，为启动静止变频器的国产化研发提供了保障。
Description
技术领域
本发明涉及机组控制方法，具体是一种抽水蓄能静止变频器自适应电流控制方法。
背景技术
抽水蓄能作为一种电力储能的最主要的方式，具有容量大、储能单位容量经济性高、使用寿命长等优点。抽水蓄能电站对于电力系统具有调峰、填谷、调频、调相、事故备用等多种用途。随着风能、太阳能等新能源大规模接入电力系统，抽水蓄能必将得到更大的发展空间，同时也对电力系统的安全稳定运行肩负更加重要的作用。
抽水蓄能静止启动静止变频器主要采用高压大功率晶闸管串并联技术、数字控制技术、矢量控制技术、无速度传感器转子位置测量技术，实现抽水蓄能机组的快速启动和转速的精确控制。
影响抽水蓄能静止变频器启动过程中转速特性的主要因素是转速调节器及电流调节器的参数。在某些情况下，水泵在启动的加速过程中会因为物理环境的变化而导致转速波动，此时处于内环的电流调节器应展开快速调节，并且快于外环的转速调节器。但在实际工况中，一般都采用恒电流控制，往往会因为各种原因导致水泵转速变化，启动时间会因为转速降低而增加，导致启动超时和启动失败。
另外，抽水蓄能静止启动静止变频器大多尚未实现国产化，厂家一般通过打捆招标方式，整体引进包括启动静止变频器在内的主机与控制设备。长期依靠进口存在产品供货周期长、技术资料开放程度低、自主维护困难、售后响应速度慢、价格居高不下等问题。随着国内抽水蓄能电站建设的快速发展、以及一批电站接近运行寿命末期，对自主研发变频启动系统的需求越来越迫切。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种抽水蓄能静止变频器自适应电流控制方法，该方法可以解决抽水蓄能系统启动过程中电流控制不当导致启动超时，最终启动失败的问题，为提高抽水蓄能变频启动系统的启动成功率提供了理论基础，为启动静止变频器的国产化研发提供了保障。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种抽水蓄能静止变频器自适应电流控制方法，包括以下步骤：电流由电网侧经过变压器流入静止变频器，经过输入电抗器滤波后流入整流单元的整流桥，整流桥将交流电整成直流电，经直流电抗滤波后流入逆变单元的逆变桥，逆变桥将流入的直流电流逆变成交流电，输入至电机定子侧，从而实现电机频率变化的软启动。
采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，有益效果是：
能够实现电机频率变化的软启动，解决了抽水蓄能系统启动过程中电流控制不当导致启动超时，最终启动失败的问题，为提高抽水蓄能变频启动系统的启动成功率提供了理论基础，为启动静止变频器的国产化研发提供了保障。
进一步的，本发明的优选方案是：
所述的抽水蓄能静止变频器自适应电流控制方法，包含以下步骤：
1）交流电流通过变压器进入整流单元，整流单元采集交流输入侧的CT采样电流作为控制电流信号；
2）电流调节器采集控制电流信号、启动时间计算值以及阈值转速调节，通过综合计算得出整流单元的电流控制信号，整流单元中的整流桥接受电流调节器信号，将输入的交流电整流成直流电，并调节直流侧电流大小；
3）实际转速通过一种阈值判断方法来进行调节，该阈值计算方法通过了分析实际工况运行的计算阈值数据样本来确定并动态调节其范围；当实际当转速超过阈值时候计算实际启动时间，将实际启动时间与计划启动时间进行对比，判断实际启动时间是否超时，如果超时，则反推时间来调节直流电流，增加转矩，从而实现在计划时间内完成变频启动；
4）逆变单元采集输出侧电压信号，经电压给定后计算触发角，形成电压闭环，对输出电压进行控制，逆变端电压信号经过电压调节器给励磁端，励磁调节器对根据电压信号对励磁电流进行控制。
通过设定水泵转速波动的阈值，转速波动超过阈值时候，控制根据当前转速重新计算实际启动时间，将实际启动时间与计划启动时间对比，并根据时间差来调节直流电流大小，使得启动时间调节到计划启动时间范围之内，防止机组因为启动超时而启动失败，从而提高抽水蓄能机组启动成功率。
所述的抽水蓄能静止变频器自适应电流控制方法，包括以下步骤：
（1）在机组处于静止状态时，励磁装置会在转子端突加励磁电压，机组处于静止状态，转子绕组上突加励磁电压后，定子上会感应出与转子的初始位置有关的三相机端电压，系统确定应该首先导通的晶闸管，当系统发出开始起动命令后，静止变频器解锁，整流桥工作，开始进入断续换相方式运行；
（2）为尽快建立机端电压，定子通以恒定的额定电流，励磁采用强励方式，电机以接近恒定加速度的方式运行，采用逆变桥控制方式，当机组转速加速到 10%额定转速，切换频率 5Hz时，开展换相方式切换，静止变频器由断续换相运行平滑过渡到自然换相运行；
（3）自然换相运行时，不仅要控制机组的输入电流，还要控制机组的转速，使得机组以一定的速率上升到额定转速，这个阶段采用超前角恒定控制方式，转子位置多采用检测过零点的方法获得，励磁控制采用恒磁通控制方式；
（4）机组达到接近额定转速后，控制系统发出同期指令，系统开始进入同期调整阶段；控制系统首先根据电网电压和机组端电压间的电压幅值偏差、相位偏差、频率偏差，调节电机的转速和励磁电流，使得三个偏差满足并网条件，完成机组从额定转速运行到与电网同期运行的过渡过程；
（5）当机组同时满足并网条件时，同期整定结束，静止变频器控制信号立即封锁，再将系统的同期断路器闭合，机组的并网过程结束。
所述的抽水蓄能静止变频器自适应电流控制方法，包括以下步骤：
（1）分析在各种工况下，需要设定阈值的数据样本，并确定需要阈值来区分转速的状态，通过初步观察求得样本阈值，计算初步的阈值范围；
（2）通过每次启动过程中转速变化和时间变化，来动态调节阈值的取值范围，通过多次启动模拟可以求得准确率较高的设置为最佳阈值，该阈值在应用于实际工况下，随着每次启动过程中转速变化和启动时间不同，进行微调，从而提高了阈值的精准度。
上述技术方案，给出了一种基于动态学习的阈值设定算法，用以解决转速的阈值设定问题。算法首先需要分析在各种工况下，需要设定阈值的数据样本，并确定需要阈值来区分转速状态。通过初步观察求得样本阈值计算初步的阈值范围，通过每次启动过程中转速变化和时间变化，来动态调节阈值的取值范围，通过多次启动模拟可以求得准确率较高的设置为最佳阈值。该阈值在应用于实际工况下，随着每次启动过程中转速变化和启动时间不同，进行微调，从而提高了阈值的精准度。
所述的抽水蓄能静止变频器自适应电流控制方法，包括以下步骤：
（1）当水泵转速由于外部原因导致转速突然变化导致机组转速突变超过阈值时候，按照当前直流电流，计算实际启动时间，将实际启动时间与计划启动时间进行对比，判断实际启动时间是否超时；
（2）如果超时，则按照当前转速重新计算实际启动时间，将实际启动时间与计划启动时间对比，并根据时间差反推直流电流大小的方式计算增大直流，再次计算实际启动时间判断启动时间是否超时，如果没有超时，则按照该电流值进行电流闭环控制。
该方法可以有效改善机组转速变化导致启动超时这一问题，可以有效提高抽水蓄能机组的启动成功率。
附图说明
图1 是本发明实施例中抽水蓄能启动过程的曲线；
图2 是本发明实施例中静止变频器电流自适应控制策略；
图3 是本发明实施例中同步电机理论启动曲线；
图4是本发明实施例中同步电机测启动曲线；
图5 是本发明实例中同步电机实测vf控制曲线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，进一步说明本发明。
实施例1：
参见图1，一种抽水蓄能静止变频器自适应电流控制方法，包括以下步骤：
1）抽水蓄能静止启动变频器由输入电抗器、整流桥、直流电抗和逆变桥组成，同时配合励磁系统和控制保护系统完成对整个抽水蓄能机组的变频器软启动。
2）电流由电网侧经过变压器流入静止变频器，经过输入电抗器滤波后流入整流桥，整流桥将交流电整成直流电，经直流电抗滤波后流入逆变桥，逆变桥将流入的直流电流逆变成交流电，输入至电机定子侧，从而实现频率变化软启动的功能。
实施例2：
参见图1、图2，一种抽水蓄能静止变频器自适应电流控制方法，其静止变频器启动控制策略，包括以下步骤：
1）整流单元接受电流控制器信号，调节直流电流大小。
2）电流控制器信号来自交流输入侧CT采样电流、启动时间计算值、以及超过阈值的转速调节器综合计算得出。
3）实际转速经过阈值判断，当转速超过阈值时候计算实际启动时间，将实际启动时间与计划启动时间进行对比，判断实际启动时间是否超时。如果超时，则反推时间来调节直流电流，增加转矩，从而实现在计划时间内完成变频启动。
3）逆变单元采集输出侧电压信号，经电压给定后计算触发角，形成电压闭环，对输出电压进行控制，逆变端电压信号经过电压调节器给励磁端，励磁调节器对根据电压信号对励磁电流进行控制。
实施例3：
参见图3、图4，通过理论启动曲线和实测启动曲线对比，采用该方法在抽水蓄能机组启动时，机组转速在启动过程中能够保持均匀上升，基本可以不受外部物理因素影响而存在波动，因此该方法可以有效提高抽水蓄能机组的启动成功率。
参见图5，启动过程中的v/f曲线，曲线显示在启动过程中，电压和频率比保持较平稳的状态，波动较少。表明机组启动稳定性能较好。
与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：
1） 该方法不但可用于大型抽水蓄能机组的静止变频启动，也可推广至相关大型同步电机的变频启动，如燃气轮机的静止变频启动或大型泵站的静止变频启动，适合范围广。
2）本实施例详细分析了抽水蓄能静止变频器启动过程中的控制策略，并对自然换向阶段的控制方式进行的开展了研究，发现并分析了变频器一种启动失败原因：在自然换向阶段，机组转速由于外部原因导致转速巨大变化，从而降低了启动转矩，使得实际启动时间超过了计划启动时间，从而导致启动超时和启动失败。
3）本实施例提供一种自然换向阶段启动电流自适应控制方法，该方法可以有效改善机组转速变化导致启动超时这一问题，可以有效提高抽水蓄能机组的启动成功率。
4）本实施例针对机组转速变化的阈值计算提供了一种方法，为了避免阈值判定的错误导致启动电流盲目变化，使得转矩盲目波动导致启动失败这一个过程，提供了一种阈值的计算方法，该方法可以更准确地提供实际工况下正确的动作阈值，避免控制电流盲目波动。
以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。
Claims (1)
1.一种抽水蓄能静止变频器自适应电流控制方法，包括以下步骤：电流由电网侧经过变压器流入静止变频器，经过输入电抗器滤波后流入整流单元的整流桥，整流桥将交流电整成直流电，经直流电抗滤波后流入逆变单元的逆变桥，逆变桥将流入的直流电流逆变成交流电，输入至电机定子侧，从而实现电机频率变化的软启动；其特征在于：
1）交流电流通过变压器进入整流单元，整流单元采集交流输入侧的CT采样电流作为控制电流信号；
2）电流调节器采集控制电流信号、启动时间计算值以及阈值转速调节，通过综合计算得出整流单元的电流控制信号，整流单元中的整流桥接受电流调节器信号，将输入的交流电整流成直流电，并调节直流侧电流大小；
3）实际转速通过一种阈值判断方法来进行调节，该阈值计算方法通过了分析实际工况运行的计算阈值数据样本来确定并动态调节其范围；当实际转速超过阈值时计算实际启动时间，将实际启动时间与计划启动时间进行对比，判断实际启动时间是否超时，如果超时，则反推时间来调节直流电流，增加转矩，从而实现在计划时间内完成变频启动；
4）逆变单元采集输出侧电压信号，经电压给定后计算触发角，形成电压闭环，对输出电压进行控制，逆变端电压信号经过电压调节器给励磁端，励磁调节器根据电压信号对励磁电流进行控制；
具体的：
（1）在机组处于静止状态时，励磁装置会在转子端突加励磁电压，机组处于静止状态，转子绕组上突加励磁电压后，定子上会感应出与转子的初始位置有关的三相机端电压，系统确定应该首先导通的晶闸管，当系统发出开始起动命令后，静止变频器解锁，整流桥工作，开始进入断续换相方式运行；
（2）为尽快建立机端电压，定子通以恒定的额定电流，励磁采用强励方式，电机以接近恒定加速度的方式运行，采用逆变桥控制方式，当机组转速加速到 10%额定转速，切换频率5Hz时，开展换相方式切换，静止变频器由断续换相运行平滑过渡到自然换相运行；
（3）自然换相运行时，不仅要控制机组的输入电流，还要控制机组的转速，使得机组以一定的速率上升到额定转速，这个阶段采用超前角恒定控制方式，转子位置多采用检测过零点的方法获得，励磁控制采用恒磁通控制方式；
（4）机组达到接近额定转速后，控制系统发出同期指令，系统开始进入同期调整阶段；控制系统首先根据电网电压和机组端电压间的电压幅值偏差、相位偏差、频率偏差，调节电机的转速和励磁电流，使得三个偏差满足并网条件，完成机组从额定转速运行到与电网同期运行的过渡过程；
（5）当机组同时满足并网条件时，同期整定结束，静止变频器控制信号立即封锁，再将系统的同期断路器闭合，机组的并网过程结束；
（6）分析在各种工况下，需要设定阈值的数据样本，并确定需要阈值来区分转速的状态，通过初步观察求得样本阈值，计算初步的阈值范围；
（7）通过每次启动过程中转速变化和时间变化，来动态调节阈值的取值范围，通过多次启动模拟可以求得准确率较高的设置为最佳阈值，该阈值在实际工况下，随着每次启动过程中转速变化和启动时间不同，进行微调，从而提高了阈值的精准度；
（8）当水泵转速由于外部原因导致转速突然变化导致机组转速突变超过阈值时，按照当前直流电流，计算实际启动时间，将实际启动时间与计划启动时间进行对比，判断实际启动时间是否超时；
（9）如果超时，则按照当前转速重新计算实际启动时间，将实际启动时间与计划启动时间对比，并根据时间差反推直流电流大小的方式计算增大直流，再次计算实际启动时间判断启动时间是否超时，如果没有超时，则按照该电流值进行电流闭环控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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