一种具有自启动功能的双馈式抽水蓄能系统的制作方法
【专利摘要】一种具有自启动功能的双馈式抽水蓄能系统，包括有水轮机、齿轮箱、双馈电机、电网侧变流器、电网侧变流控制器、滤波电感、直流母线电容、转子侧变流器、转子侧变流控制器、并网开关、自启动开关、自启动电阻和相关的电压、电流、转速传感器，其特征在于：通过自启动开关、自启动电阻、转子侧变流器、转子侧变流控制器的配合控制，双馈电机可自行加速至1.3倍同步转速，不需要专门设置原动机来解决双馈电机的零速启动问题，有助于降低系统的总成本。
【专利说明】一种具有自启动功能的双馈式抽水蓄能系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种双馈式抽水蓄能系统，特别涉及一种具有自启动功能的双馈式抽水蓄能系统。
【背景技术】
[0002]目前，我国电力系统建设正处于快速发展阶段，用电高峰时的供电紧张、有功无功储备不足、输配电容量利用率不高和输电效率低等问题都有不同程度的存在。随着我国的电网规模不断扩大，抽水蓄能系统具有的削峰填谷、调频、调相和事故备用等特点，对电力系统安全、稳定和经济运行具有重要作用。
[0003]抽水蓄能机组通常采用传统的同步电机，只能在额定同步转速下运转，其运行工况受水头和负荷的影响；当水轮机转速偏离最优转速时效率降低，气蚀系数加大，磨蚀和机组振动增加，使机组运行工况恶化。利用双馈电机代替传统的电动-发电机组，可有效解决传统抽水蓄能系统调速和变速问题，双馈电机具有良好转速适应能力，独立调节有功、无功能力；能够实现能量双向流动，改善功率因数；可以调节电机励磁电流和转速，使水轮机始终运行于最优转速附近，实现电机负荷优化调节，延长水轮机的寿命，提高系统运行效率，将双馈电机应用于抽水蓄能机组中具有十分良好的应用前景。
[0004]抽水蓄能机组启动方式通常有同步启动、异步启动、静止变频器启动和同轴小电机启动四种方式，静止变频器启动是利用可控硅变频装置，输出频率由零至额定值的交流电，定子电流所产生的旋转磁场与已励磁的转子相互作用而产生加速力矩，使机组转速上升，其他三种方式则利用电气相互连接的它组电动机带动机组从静止状态拖动至亚同步状态，在投入励磁并网后，产生同步转距进入同步电机运行状态。
[0005]综上所述，采用同步电机机组的抽水蓄能系统，易受水头和负载的影响，且需专用启动设备拖动机组从静止启动，启动设备复杂、成本高，不利于有功功率、无功功率的调节。
【发明内容】
[0006]为了克服上述问题，本实用新型提供一种具有自启动功能的双馈式抽水蓄能系统，该系统不仅能自启动，而且能实现无冲击并网和功率解耦控制，节省启动设备成本和提高经济效益。
[0007]为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案:
[0008]一种具有自启动功能的双馈式抽水蓄能系统，包括有水轮机、齿轮箱、双馈电机、电网侧变流器、电网侧变流控制器、滤波电感、直流母线电容、转子侧变流器、转子侧变流控制器、并网开关、自启动开关、自启动电阻和相关的电压、电流、转速传感器，其特征在于:通过自启动开关、自启动电阻、转子侧变流器、转子侧变流控制器的配合控制，双馈电机可自行加速至1.3倍同步转速，不需要专门设置原动机来解决双馈电机的零速启动问题。
[0009]所述的具有自启动功能的双馈式抽水蓄能系统，双馈电机的定子绕组通过启动开关和启动电阻短接，双馈电机的转子绕组由转子侧变流器励磁，转子侧变流控制器采用矢量控制方法，控制双馈电机的转速上升到1.3倍同步转速，实现抽水蓄能系统的自启动。
[0010]所述的具有自启动功能的双馈式抽水蓄能系统，双馈电机的转速达到1.3倍同步转速后，首先转子侧变流器灭磁，之后转子侧变流器退出运行，之后启动电阻断开，之后转子侧变流器再次投入运行，转子侧变流控制器采用双馈电机空载并网控制方法，使双馈电机定子绕组电压实现对电网电压的跟踪，从而实现双馈电机定子绕组的无冲击并网。
[0011]所述的具有自启动功能的双馈式抽水蓄能系统，双馈电机定子绕组并网后，转子侧变流控制器采用功率解耦控制方法，当水轮机抽水储能时转子侧变流控制器控制双馈电机定子绕组从电网吸收有功功率，当水轮机作为原动机时转子侧变流控制器控制双馈电机定子绕组向电网发出有功功率。
[0012]本实用新型的有益效果在于:
[0013]1、转子侧变流控制器控制转子励磁电流实现零速空载启动，节约启动设备成本，减小占地面积；
[0014]2、转子侧变流控制器控制转子励磁电流实现无冲击并网和功率解耦控制，简化了控制设备，降低了系统成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的结构原理框图；
【具体实施方式】
[0016]本实用新型是一种具有自启动功能的双馈式抽水蓄能系统，包括有水轮机、齿轮箱、双馈电机、电网侧变流器、电网侧变流控制器、滤波电感、直流母线电容、转子侧变流器、转子侧变流控制器、并网开关、自启动开关、自启动电阻和相关的电压、电流、转速传感器，其中齿轮箱的输入轴与水轮机的输出轴连接，双馈电机输入轴与齿轮箱)的输出轴连接，且双馈电机的转子与编码器同轴连接，双馈电机的转子绕组经转子侧变流器与直流母线电容连接，双馈电机的定子绕组连接自启动开关，直流母线电容经电网侧变流器及滤波电感与电网连接。电网侧变流控制器用于稳定直流母线电压，转子侧变流控制器用于双馈电机的自启动、无冲击并网和功率解耦控制，具体实施步骤如下:
[0017]1、双馈电机的定子绕组通过启动开关和启动电阻短接，双馈电机的转子绕组由转子侧变流器励磁，转子侧变流控制器采样转子电流和检测电机转速，采用矢量控制方法，控制双馈电机转子励磁电流使电机的转速上升到1.3倍同步转速，实现双馈式抽水蓄能系统的平滑自启动。
[0018]2、双馈电机的转速达到1.3倍同步转速后，首先转子侧变流器灭磁，转子侧变流器退出运行，然后启动电阻断开，转子侧变流器再次投入运行，转子侧变流控制器采样电网电压、定子电压、转子电流以及电机转速，采用双馈电机空载并网控制方法，使双馈电机定子绕组电压幅值、相位、频率与电网相同，闭合并网开关，实现双馈电机定子绕组的无冲击并网。
[0019]3、双馈电机定子绕组并网后，电机定子绕组与电网连接，定子电压等于电网电压，转子侧变流控制器采样定子电压、定子电流、转子电流和转速，采用功率解耦控制方法实现对双馈电机有功、无功功率的控制:当水轮机抽水储能时，设置发电机惯例下的有功功率参考值为负值，使双馈电机定子绕组从电网吸收有功功率；当水轮机作为原动机时，设置发电机惯例下的有功功率参考值为正值，使双馈电机定子绕组向电网发出有功功率；双馈电机定子绕组输出的无功功率可根据电网的需要自由调节。
【权利要求】
1.一种具有自启动功能的双馈式抽水蓄能系统，包括有水轮机、齿轮箱、双馈电机、电网侧变流器、电网侧变流控制器、滤波电感、直流母线电容、转子侧变流器、转子侧变流控制器、并网开关、自启动开关、自启动电阻和相关的电压、电流、转速传感器，该系统可通过自启动开关、转子侧变流器及其控制器的配合控制，实现零速启动和正常运行方式间的切换，无需为双馈电机的零速启动设置专门的变流器或原动机，其特征在于:水轮机主轴通过齿轮箱与双馈电机转子实现机械联接；双馈电机的定子绕组接到启动开关，因此可根据启动开关的状态选择接到启动电阻或经过并网开关接到电网；双馈电机的转子绕组由转子侧变流器驱动，转子侧变流器的直流侧经直流母线电容和网侧变流器接到交流电网，转子侧变流器和网侧变流器分别由各自的控制器独立控制。
2.根据权利要求1所述的具有自启动功能的双馈式抽水蓄能系统，其特征在于:双馈电机的定子绕组通过启动开关和启动电阻短接，双馈电机的转子绕组由转子侧变流器励磁，转子侧变流控制器采用矢量控制方法，控制双馈电机的转速上升到1.3倍同步转速，实现抽水畜能系统的自启动。
3.根据权利要求1所述的具有自启动功能的双馈式抽水蓄能系统，其特征在于:双馈电机的转速达到1.3倍同步转速后，首先转子侧变流器灭磁，之后转子侧变流器退出运行，之后启动电阻断开，转子侧变流器再次投入运行，转子侧变流控制器采用双馈电机空载并网控制方法，使双馈电机定子绕组电压实现对电网电压的跟踪，从而实现双馈电机定子绕组的无冲击并网。
4.根据权利要求1所述的具有自启动功能的双馈式抽水蓄能系统，其特征在于:双馈电机定子绕组并网后，转子侧变流控制器采用功率解耦控制方法，当水轮机抽水储能时转子侧变流控制器控制双馈电机定子绕组从电网吸收有功功率，当水轮机作为原动机时转子侧变流控制器控制双馈电机定子绕组向电网发出有功功率。
【文档编号】H02P21/00GK204156533SQ201420216857
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】张淼, 周春平, 陈思哲, 唐雄民 申请人:广东工业大学