CN201312282Y - 静止变频器调速系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抽水蓄能机组用的静止变频器调速系统，包括静止变频器、分别连接所述静止变频器的输入断路器和输出断路器、并网开关、励磁装置、PT装置以及PG装置，其中，所述静止变频器为利用绝缘栅双极晶体管的高压变频器。本实用新型的静止变频器调速系统具有结构简化、体积小、成本低并且控制精度高、减少损耗的特点。

Description

静止变频器调速系统

技术领域

本实用新型涉及用于抽水蓄能机组水泵工况启动的SFC系统，具体地，涉及一种采用了基于IGBT方式的高压变频软启动系统的SFC系统。

背景技术

随着我国经济和电力事业的不断发展，社会用电水平的不断提高，抽水蓄能电站以其独特的填谷蓄能作用和快速、灵活的机组启停特性，使它成为系统中主要承担调峰、调频、调相、调压和备用作用的重要手段，同时它的黑启动能力(与常规大型水电不同点在于它通常位于负荷中心)可以保证在紧急事故情况下拉动系统的快速恢复。抽水蓄能电站特有的运行特性，决定了其对保障电网的安全优质运行和提高系统经济性方面具有重大作用。

就抽水蓄能机组水泵工况启动的SFC(静止变频装置)系统而言，现在抽水蓄能电厂所采用的大多是传统的可控硅变频装置，由于其高次谐波的含量较高与浪涌电压偏大，会对电网及电机产生不良影响，且采用可控硅方式不仅设备繁多复杂，易损耗，可靠性低，启动时间慢，还存在响应速度慢，控制性能差的缺点。图1公开了现有的抽水蓄能机组的系统示意图，由于采用可控硅方式，其装置前后需加装输入输出变压器实现升降电压的功能，在调速启动过程中，由于可控硅特性的原因，需采用开关开断的方式控制电流输出，故可控硅装置内部需加装高次谐波滤波装置，并且传统电机的脉冲发生器(PG)装置多采用机械式，容易损耗，定位困难。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简化、体积小、成本低并且控制精度高、低损耗的抽水蓄能机组用静止变频器调速系统。

为实现上述目的，本实用新型提供一种抽水蓄能机组用的静止变频器调速系统，包括静止变频器、分别连接所述静止变频器的输入断路器和输出断路器、并网开关、励磁装置、电压互感器(PT)装置以及脉冲发生器(PG)装置，其中所述静止变频器为利用绝缘栅双极晶体管(IGBT)的高压变频器。

采用本实用新型的静止变频器调速系统后，使得变频器的输出波形完美，无需担心电源高次谐波，无需担心低速转矩脉动，速度安定性好，不受共振等不良影响；效率高，由于减少了输入输出变压器，损耗大幅削减；并且简化了结构，减小了设备的体积，设备成本大幅降低。同时，与可控硅系统相比，新系统无须增加额外设备，无须变压器柜和变压器旁路柜；系统构成简单，稳定性高；响应速度快，并且由于高压变频器输出的是正弦波电流，无须滤波等设备就能满足电厂的谐波要求，无须进行高次谐波处理；直接驱动，力矩特性良好，没有力矩波动和速度波动，电机启动过程平稳；输出控制精度高，控制精度为0.03HZ，可控硅变频器的精度为0.1HZ。

进一步，本实用新型在一个较佳实施例中还包括分散控制系统，以控制所述静止变频器和励磁装置。

本实用新型的静止变频系统配置了分散控制系统(DCS)后，对整体设备的参数监视，操作都能一目了然，配合DCS系统能够对同期过程实现实时监控并干预，使启动成功率大大提高，并实现了真正无人看守，减少了维护成本。

在另一个较佳实施例中，本实用新型的PG装置为光电编码器PG装置，以将检测的电机磁极位置反馈给静止变频器。采用了光电编码器PG装置能够迅速查找磁极位置，减少了启动时间，从而使机组能够更快速的并网。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是现有技术的SFC调速系统的示意图；

图2是本实用新型的SFC调速系统的一个实施例的基础示意图；

图3是本实用新型的一个实施例的SFC调速系统的框图；

图4是单个IGBT在电机启动过程中进行开关整流动作时形成的波形图；

图5是单个IGBT在电机加速过程中进行开关整流动作时形成的波形图。

具体实施方式

本实用新型的静止变频器(SFC)调速系统的一个实施例的基础示意图如图2所示，系统与商用电源连接。采用了缘栅双极晶体管(IGBT)器件的高压变频软启动装置前后分别与输入、输出真空断路器电连接，以启动带有脉冲发生器(PG)装置的电机，并且PG装置将电机转子的速度信息反馈给高压变频软启动装置，以及时的控制电机启动。并且，高压变频软启动装置同时与并网开关并联。与传统的利用可控硅变频装置的SFC系统相比，由于本实用新型采用了图中所示的基于ICBT技术的高压变频器，可以直接与输入输出断路器分别连接，而减少了传统系统中用于升降电压的输入输出变压器。

绝缘栅双极晶体管(IGBT)具有将MOSFET(金属氧化物场效应管)和GTR(大功率晶闸管)的优点集于一身的特点，即具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单的特点，又具有通态电压低、耐压高和承受电流大等优点，本实用新型正是利用了IGBT的上述特点。

图3为本实用新型一个具体较佳实施例的抽水蓄能机组水泵工况启动用的静止变频器调速系统的系统框图。本实施例为一拖二方式，即利用一套SFC调速系统可以分别启动两台电机M1、M2，M1、M2为同步电机。整个系统由采用IGBT技术的最新高频变压器一台，分散控制系统(DCS系统)一套，输入输出真空断路器，光电编码器PG组成。原有系统并网开关、励磁装置、PT装置留用。

利用了高压变频启动装置的静止变频器调速系统在水泵工况启动中的工作原理如下所述。

在电机启动时，励磁装置使同步电机产生激磁从而产生转子磁场。在磁场建立之后，高压变频器向电机的定子侧提供电流形成电枢磁场带动转子磁场。为克服启动初期电动机较大的转动惯量，高压变频器向电机输入频率很低近似方波的直流电，如图3所示，然后根据电机段感应电量计算出转子装置以跟踪启动。启动期间，变频器以特有的矢量控制技术输出恒定力矩，使其加速运行。由于静止变频器采用了具有自关断能力和高速开关性能的绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件，所以在电机启动初期不用像由普通可控硅构成的传统变频器那样需强迫换相方式，这样就大大提高了系统的稳定性和电机启动成功率。

在电机加速过程中，通过加快IGBT的开关动作，如图4所示，改变脉冲间距，使得变频器的输出电压的幅值和频率不断提高，从而带动电动机加速运行。加速期间由于IGBT的开关频率不断升高，使得功率单元输出的电流波形几乎接近于正弦波，输出波形几乎不含高次谐波，这样就使得电动机的运行比较平稳，减少了高次谐波对电动机的损害，并减少了对周围环境的谐波干扰，这是传统静止变频器所无法比拟的。

作为一个优选方案，在此较佳实施例中，还设置有分散控制系统(DCS系统)与静止变频器(SFC)连接。在电机并网过程中，基于IGBT的变频装置由于其输出控制精度为0.03HZ，要远优于传统变频装置0.1HZ的精度，因而其并网时间较短且并网成功率较高，所以可在电动机转速加速到额定转速的99％时由变频器给同期发出运行指令。外部DCS系统接收到指令后开始进行同期调整，并不断发出脉动调节指令给变频器及励磁装置，分别使得机端电压的频率、相角和幅值与电网电压同步。

在判定同步条件确定的前提下，通过DCS系统发出“同期完成可并网指令”。可靠并网后，变频器根据并网成功反馈信号进行自锁退出运行，完成整个起动过程，并通过断路器操作断开变频器与电机的连接。在电机并网且变频器未退出的瞬间，变频器可以通过自身调节来进行自我保护，以防止变频器受到反向电流冲击。

并且，水泵工况启动的整个过程由DCS系统全程监控跟踪，实现一键顺控起动，对任一环节设备都能进行实时监视，可以随时查看故障历史记录，由于设备均实现远方操控，启动过程步骤在操作员站一览无余，若启动过程失败可自动复位，真正实现了无人值守。同期并网过程一直是抽水蓄能电站机组启动最核心问题，传统起动方式只能实现一次同期(同期点只有一个)，本系统采用DCS装置在同期并网过程中能对频率电压进行微调，大大增加了并网的成功率。

本实用新型的实施例，由于采用了IGBT多重串联叠加技术，大大抑制了输出电流的高次谐波，其谐波含量远低于国际标准；在结构上减少了输入输出变压器，使设备简化，大大减少了设备的体积，减少了设备成本而且损耗大幅降低。

并且，系统配置的DCS控制系统，对整体设备的参数监视，操作都能一目了然，配合DCS系统能够对同期过程实现。

相比传统的机械式PG装置，采用光电编码器定位能够迅速查找磁极位置，减少了启动时间，从而使机组能够更快速的并网。

应该理解，本实用新型公开的静止变频器调速系统利用了高压变频软启动系统，该高压变频软启动系统不只用于抽水蓄能机组水泵工况启动的SFC系统，还可用于，例如炼铁厂等。

综上所述，本说明书中所述的只是本实用新型的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1、一种抽水蓄能机组用的静止变频器调速系统，包括静止变频器、分别连接所述静止变频器的输入断路器和输出断路器、并网开关、励磁装置、电压互感器装置以及脉冲发生器装置，其特征在于：所述静止变频器为利用绝缘栅双极晶体管的高压变频器。

2、如权利要求1所述的静止变频器调速系统，还包括分散控制系统，以控制所述静止变频器和励磁装置。

3、如权利要求1所述的静止变频器调速系统，其中所述脉冲发生器装置为光电编码器，以将检测的电机磁极位置反馈给所述静止变频器。

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