CN115622118A - 一种基于低输出电压静止变频器调相机直接并网控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于低输出电压静止变频器调相机直接并网控制方法，通过分析并网前、后两种状态定子磁链的幅值、相角关系，使静止变频器控制系统发出封锁脉冲信号和并网接触器合闸命令，定子电流id和iq迅速衰减，定子磁链仅由if组成，定子磁链由并网前状态切换到并网所需的状态，使同步调相机端电压幅值与相角快速达到并网条件。该方法能快速有效的实现同步调相机端电压与电网电压同期并网条件，以最大限度减小同步调相机并网时对设备本体和电网造成的冲击，对同步调相机的安全、高效、可靠并网具有重要意义。

Description

一种基于低输出电压静止变频器调相机直接并网控制方法
技术领域
本发明属于电机控制领域，涉及同步调相机的并网技术，尤其是一种基于低输出电压的静止变频器调相机直接并网控制方法。
背景技术
电力系统中同步发电机是最常见的旋转设备，它在发出有功功率的同时，还可以发出无功功率，而且是性能最优越的无功电源。同步调相机是一种特殊运行状态下的同步发电机，当应用在电力系统时，能根据系统的需要，在电网侧电压下降时自动的增加无功输出、电网侧电压上升时自动吸收无功，让电压值维持稳定，进而提高电力系统的稳定性，改善系统供电质量。在现代电网调节过程中，同步调相机不仅能快速灵活地实现负荷动态变化跟踪、调峰填谷、调频、调相、事故备用等多种功能，并且环保节能。随着我国近年来对智能电网建设以及新能源发展的重视，同步调相机在我国的发展潜力越来越大。
同步调相机启动并网控制技术是调相机系统的难点之一，根据设计要求和技术规范，同步调相机在起动并网过程中采用变频起动装置配合励磁系统起动，变频起动装置将同步调相机拖至额定转速，使用同期装置捕捉满足并网条件时刻，断开变频起动装置，实现同步调相机的并网控制。启动过程中受调相机的转动惯量、风摩损耗、主变压器空载损耗、励磁系统损耗等多种因素的制约，并网过程中存在一定的不确定性及安全隐患。如SFC断开的时刻对并网时的电压幅值差、频率差等条件会造成一定的影响，进而影响到并网成功率和同步调相机及电网受到的冲击水平。因此，确定同步调相机起动并网的控制方法对同步调相机的设计、运行、控制及保证其可靠、安全、稳定运行具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种原理简单、可以快速使同步调相机端电压幅值达到同期并网条件的方法，提高了效率，解决了由于静止变频器输出电压低于电网电压，而无法直接并网的技术难题，该方法能够在调相机起动并网过程中保证并网成功率的前提下，尽可能减少并网时对调相机设备和系统造成的冲击，确保设备和系统安全。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于低输出电压静止变频器调相机直接并网控制方法，包括静止变频器模块，静止变频器控制系统，励磁系统以及励磁控制系统；其中同步调相机采用静止变频器启动方法，静止变频器由整流侧与逆变侧构成，对转速和电流进行双闭环控制，转速环调节定子q轴电流使同步调相机稳定在额定转速与电网同频，通过调节定子d轴电流去磁，使静止变频器工作在极限电压圆，并网前定子磁链由转子电流if、定子电流id和iq构成，定子电压为静止变频器输出电压，并网后定子磁链由转子电流if构成，定子电压为电网电压。
本发明通过理论分析并网前后两种状态定子磁链的幅值、相角关系，使静止变频器控制系统发出封锁脉冲信号和并网接触器合闸命令，定子电流id和iq迅速衰减，定子磁链仅由if组成，定子磁链由并网前状态切换到并网所需的状态，使同步调相机端电压幅值与相角快速达到并网条件。
进一步地，调相机并网系统不包含变压器或其他升压设备，可以实现调相机无冲击、快速并网。
进一步地，励磁系统在并网前后无需调节励磁电流，启动和运行过程可以采用一套励磁设备，降低控制的复杂性，增加系统并网的可靠性：
该方法的具体步骤如下：
(1)起动励磁系统，同步调相机转子通入与电网电压幅值ULe对应的空载励磁电流给定值
Figure BDA0003870687590000021
(2)起动SFC静止变频系统，将同步调相机拖动到额定转速。通过电流闭环的方式调节定子d轴电流去磁，使SFC静止变频器工作在极限电压圆状态，系统工作在稳定状态；
(3)同步定子电压矢量与电网电压矢量的相位关系。封锁SFC静止变频器时刻，定子电压矢量超前q轴(电网电压矢量)一定角度，用于抵消并网前后两种稳态过度过程时，SFC静止变频器封锁后电机惰速引起的角度差值；
(4)同步调相机端电压频率、幅值、相位满足并网条件，同期装置发出并网信号，同步调相机并网。
进一步地，依据电机出厂报告或测量同步调相机空载反电势—励磁电流关系曲线，得到调相机空载反电势幅值与电网电压幅值
Figure BDA0003870687590000022
相等时的励磁电流给定值
Figure BDA0003870687590000023
进一步地，SFC向同步调相机定子注入电流，对定子d轴电流以及同步调相机转速进行闭环控制。
进一步地，转速环调节定子q轴电流使同步调相机升速并稳定在同步转速与电网同频，同时通过调节定子d轴电流，使静止变频器工作在极限电压圆。
进一步地，封锁SFC脉冲，定子电流id和iq迅速衰减，定子磁链仅由转子电流if构成，定子电压为电网电压。
进一步地，观测定子电压矢量与电网电压矢量相位关系，定子电压矢量与电网电压矢量相位完全一致时，两者满足同频、同幅值、同相位条件。
本发明的优点和积极效果是：
1.与传统方法相比，本发明并网方法，可以保障并网时刻同步调相机端电压与电网电压同频、同幅值、同相位，实现无冲击并网，且并网快速、可靠性高，降低并网失败的风险。
2.与传统方法相比，本方法不包含变压器或其他升压设备，降低了成本。
附图说明
图1为同步调相机静止变频起动并网系统图；
图2为同步调相机并网调节原理图；
图3同步调相机相位调节示意图；
图4为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详细说明，以下实施只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种同步调相机快速达到与电网电压同频、同幅值、同相位的并网方法，包括静止变频器模块，静止变频器控制系统，励磁系统以及励磁控制系统；其中同步调相机采用静止变频器启动直接并网方法，静止变频器由整流侧与逆变侧构成，励磁系统由一台可控直流电源构成，如附图1所示。
静止变频器与励磁系统分别为同步调相机定子与转子注入起动所需电流。对转速和电流进行双闭环控制，参见附图2，转速环调节定子q轴电流使同步调相机稳定在同步转速与电网同频，通过调节定子d轴电流去磁，使静止变频器工作在极限电压圆(低于电网电压)，并网前定子磁链由转子电流if、定子电流id和iq构成，定子电压为静止变频器输出电压。并网后定子磁链由转子电流if构成，定子电压为电网电压。本发明通过理论分析并网前后两种状态定子磁链的幅值、相角关系，使静止变频器控制系统发出封锁脉冲信号和并网接触器合闸命令，定子电流id和iq迅速衰减，定子磁链仅由if组成，定子磁链由并网前状态切换到并网所需的状态，使同步调相机端电压幅值与相角快速达到并网条件，如图4所示。
而且调相机并网系统不包含变压器或其他升压设备，静止变频器输出最高电压低于电网电压，可以实现调相机无冲击、快速并网。励磁系统在并网前后无需调节励磁电流，启动和运行过程可以采用一套励磁设备，降低控制的复杂性，增加系统并网的可靠性。同步定子电压矢量与电网电压矢量的相位同步过程中，封锁SFC静止变频器时刻，定子电压矢量超前q轴(电网电压矢量)一定角度，用于抵消并网前后两种稳态过度过程时，SFC静止变频器封锁后电机惰速引起的角度差值；在同步调相机端电压频率、幅值、相位满足并网条件，同期装置发出并网信号，同步调相机实现快速、无冲击并网。
具体地，同步调相机并网方法步骤如下，参见附图4：
(1)依据电机出厂报告或测量同步调相机空载反电势—励磁电流关系曲线，得到调相机空载反电势幅值与电网电压幅值
Figure BDA0003870687590000041
相等时的励磁电流给定值
Figure BDA0003870687590000042
(2)起动励磁系统，同步调相机转子通入与电网电压幅值ULe对应的励磁电流给定值
Figure BDA0003870687590000043
(3)起动SFC静止变频系统，如图3所示，SFC向同步调相机定子注入电流，对定子d轴电流以及同步调相机转速进行闭环控制。
Figure BDA0003870687590000044
转速环调节定子q轴电流使同步调相机稳定在同步转速与电网同频，
Figure BDA0003870687590000045
通过调节定子d轴电流去磁，使静止变频器工作在极限电压圆(低于电网电压)。
(4)调节定子电压矢量与电网电压矢量相位关系，定子电压矢量超前电网电压矢量一定角度。
(5)封锁SFC脉冲，调相机端电压与电网电压同幅值；定子电流id和iq迅速衰减，定子磁链仅由转子电流if构成，定子电压为电网电压。
(6)封锁SFC脉冲后，观测定子电压矢量与电网电压矢量相位；
(7)同步调相机端电压频率、幅值、相位满足并网条件，同期装置发出并网信号，同步调相机并网。
综上所述，本发明所提的方法，解决静止变频器输出电压与电网电压不匹配导致无法直接并网启动的问题，通过减小静止变频器容量、略去升压变压器或其他辅助升压设备节约了设备成本，同时克服了传统惰速并网策略导致的并网失败风险。
尽管为详细说明本专利可行性和有效性，公开了本发明的实施方法和附图。但是在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (7)

1.一种基于低输出电压静止变频器调相机直接并网控制方法，其特征在于：包括静止变频器以及静止变频器控制系统，励磁系统以及励磁控制系统；其中同步调相机采用静止变频器启动方法，静止变频器由整流侧与逆变侧构成，对转速和电流进行双闭环控制，转速环调节定子q轴电流使同步调相机稳定在额定转速与电网同频，通过调节定子d轴电流去磁，使静止变频器工作在极限电压圆，并网前定子磁链由转子电流if、定子电流id和iq构成，定子电压为静止变频器输出电压，并网后定子磁链由转子电流if构成，定子电压为电网电压，通过分析并网前、后两种状态定子磁链的幅值、相角关系，使静止变频器控制系统发出封锁脉冲信号和并网接触器合闸命令，定子电流id和iq迅速衰减，定子磁链仅由if组成，定子磁链由并网前状态切换到并网所需的状态，使同步调相机端电压幅值与相角快速达到并网条件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤如下：
(1)起动励磁系统，同步调相机转子通入与电网电压幅值ULe对应的空载励磁电流给定值
Figure FDA0003870687580000011
(2)起动SFC静止变频系统，将同步调相机拖动到额定转速，通过电流闭环的方式调节定子d轴电流去磁，使SFC静止变频器工作在极限电压圆状态，系统工作在稳定状态；
(3)同步定子电压矢量与电网电压矢量的相位关系，封锁SFC静止变频器时刻，定子电压矢量超前q轴一定角度，用于抵消并网前后两种稳态过度过程时，SFC静止变频器封锁后电机惰速引起的角度差值；
(4)同步调相机端电压频率、幅值、相位满足并网条件，同期装置发出并网信号，同步调相机并网。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤如下：依据电机出厂报告或测量同步调相机空载反电势—励磁电流关系曲线，得到调相机空载反电势幅值与电网电压幅值
Figure FDA0003870687580000012
相等时的励磁电流给定值
Figure FDA0003870687580000013
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，SFC向同步调相机定子注入电流，对定子d轴电流以及同步调相机转速进行闭环控制。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，转速环调节定子q轴电流使同步调相机升速并稳定在同步转速与电网同频，同时通过调节定子d轴电流，使静止变频器工作在极限电压圆。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，封锁SFC脉冲，定子电流id和iq迅速衰减，定子磁链仅由转子电流if构成，定子电压为电网电压。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，观测定子电压矢量与电网电压矢量相位关系，定子电压矢量与电网电压矢量相位完全一致时，两者满足同频、同幅值、同相位条件。
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