一种大型调相机启动并网过程中的励磁控制方法与流程

本发明涉及一种大型调相机启动并网过程中的励磁控制方法，属于电机控制技术领域。

背景技术：

目前，动态无功补偿对于保障电网电压稳定和特高压直流安全运行至关重要。调相机具有动态无功支撑能力强、运行稳定可靠的优势，能够有效解决受端电网动态无功不足、弱送端电网短路容量支撑不足等问题。调相机的次暂态特性可以有效抑制直流系统发生换相失败的几率；暂态特性有助于系统电压在严重故障后迅速恢复至正常水平。

根据国家电网战略规划，将在酒泉—湖南、扎鲁特—青州、锡盟—泰州、雅中—江西、三峡—常州等多回特高压直流的送、受端加装调相机。为了降低调相机组整体建设的投资，减轻后期检修的维护工作量，提高运行过程中的可靠性，大型调相机组具有以下四个特点：

1.调相机无原动机拖动，启动方式为高低型式的启动系统/静止变频器（以下简称sfc）拖动。

2.为了降低成本，并网开关布置在主变压器的高压侧，调相机端不设并网开关，决定了调相机必须配置独立的它励励磁系统来配合sfc拖动。

3.为提高运行过程中的可靠性，调相机并网后采用自并励励磁方式，因而存在由它励方式到自并励方式的切换过程。

4.并网方式为惰转并网，短短20秒惰转时间内，需要先断开sfc，再由自并励励磁系统升压，最后实现并网，对励磁系统切换过程的快速性有极高要求。

励磁切换方案有交流侧切换与直流侧切换两种。若在交流侧切换励磁，需要先在它励方式下逆变停机，再以自并励方式重新起励升压，耗时较长，无法满足惰转并网对时间的极高要求。因此本发明采用了直流侧切换的方案。

综上，考虑到大型调相机的特殊性，迫切需要一种适用于大型调相机启动并网过程中的励磁控制方法。

技术实现要素：

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种大型调相机启动并网过程中的励磁控制方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种大型调相机启动并网过程中的励磁控制方法，包括如下步骤：

步骤1：调相机启动阶段，启动励磁接收静止变频起动装置sfc的4-20ma或者0-20ma电流信号作为电流给定值，通过电流闭环方式调节转子电流大小，配合sfc拖动调相机转速达到3000r/min以上；待转速到达后，调相机监控系统给sfc发送停机令，sfc执行停机流程，同时sfc向启动励磁发送sfc退出指令；

步骤2：待sfc完全退出后，调相机监控系统发出主励磁开机令，主励磁闭合磁场断路器qf11，检测到qf11处于合位后主励磁开机，控制整流装置的触发角，逐渐增大主励磁的输出电流，此时，启动励磁的输出电流逐渐减小；主励磁首先升压至25%调相机端额定电压，启动励磁检测到机端电压大于20%时停机，逐步分断qf01、qs02、qs01；

步骤3：主励磁在检测到qf01和qs02已分断的情况下，继续升压至电网侧系统电压的标幺值，待同期装置并网。

作为优选方案：所述步骤1中启动励磁接收静止变频起动装置sfc的4-20ma或者0-20ma电流信号作为电流给定值，通过电流闭环方式调节转子电流大小。

作为优选方案：所述步骤1中启动励磁配合sfc拖动调相机转速达到3150r/min。

作为优选方案：所述步骤1中在sfc整流回路闭锁脉冲、相应开关或断路器分断的停机过程中，启动励磁的电流给定值可维持5%空载额定励磁电流，保证调相机端电压小于sfc所能承受的调相机端电压。

一种大型调相机启动并网过程中的励磁系统，所述励磁系统包括：启动励磁、主励磁，启动励磁为它励励磁系统，取自厂用400v电源，启动励磁主回路由启动变压器、整流装置、磁场断路器qf01、电动隔离开关qs02依次连接组成；主励磁为自并励励磁系统，主励磁主回路由励磁变压器、整流装置、磁场断路器qf11依次连接组成；主励磁主回路和启动励磁主回路在直流侧并联，共用与调相机转子侧的灭磁及过压保护装置相连接，且主励磁主回路和启动励磁主回路的控制完全独立。

作为优选方案：还包括：交流隔离开关qs01，所述交流隔离开关qs01设置在厂用400v电源与启动变压器之间。

作为优选方案：所述电动隔离开关qs02与磁场断路器qf11的额定电压相同。

作为优选方案：所述电动隔离开关qs02与磁场断路器qf01可替换为与磁场断路器qf11额定电压相同的磁场断路器。

有益效果：本发明提供的一种大型调相机启动并网过程中的励磁控制方法，两套励磁系统的切换时间短，切换过程无扰动，调相机端的升压方式为两段式升压，无需先逆变再零起升压，励磁电流快速平滑的从一套励磁系统转移到另一套励磁系统，缩短了切换时间，实现快速切换。抑制了两套励磁系统切换过程中的扰动,实现了完善的保护功能，减小了大型调相机并网时因电压差导致的冲击，对大型调相机的安全、高效、可靠运行具有重要意义。

升压时间短，主励磁系统具有系统电压跟踪功能，可在升压过程中自动跟踪网侧系统电压标幺值，节省了同期装置调整压差的时间，进一步节约并网前切换升压的时间。给调相机惰转并网提供最优化的先决条件。

启动励磁系统的直流侧可采用磁场断路器和隔离开关串联的方式，实现与主励磁系统直流侧电压等级保持一致，减少了励磁系统成本，实现了减少建设调相机组投资成本的目的。

附图说明

图1为本发明的励磁系统结构示意图；

图2是本发明的控制方法流程图；

图3为本发明两段式升压的波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明的励磁系统由启动励磁和主励磁组成，启动励磁为它励励磁系统，取自厂用400v电源，启动励磁主回路由交流隔离开关qs01、启动变压器、整流装置、磁场断路器qf01、电动隔离开关qs02依次连接组成；主励磁为自并励励磁系统，主励磁主回路由励磁变压器、整流装置、磁场断路器qf11依次连接组成。主励磁主回路和启动励磁主回路在直流侧并联，共用与调相机转子侧相连接的灭磁及过压保护装置，且主励磁主回路和启动励磁主回路的控制完全独立。其中，电动隔离开关qs02与磁场断路器qf11的额定电压相同。

如图2-3所示，一种大型调相机启动并网过程中的励磁控制方法，包括如下步骤：

步骤1：调相机启动阶段，启动励磁接收静止变频起动装置（sfc）的4-20ma或者0-20ma电流信号作为电流给定值，通过电流闭环方式调节转子电流大小，配合sfc拖动调相机转速达到3150r/min。待转速到达后，调相机监控系统给sfc发送停机令，sfc执行停机流程，同时sfc向启动励磁发送sfc退出指令。sfc在停机过程中需要操作其整流回路闭锁脉冲、相应开关或断路器分断，dcs需要分断sfc与调相机端直接相连的隔离开关，在隔离开关没有分断的情况下，如果此时调相机端电压大于额定调相机端电压的20%，容易损坏其整流器件。因此，此时启动励磁的电流给定值可维持5%空载额定励磁电流，保证调相机端电压小于sfc所能承受的调相机端电压。

步骤2：待sfc完全退出后，调相机监控系统发出主励磁开机令，主励磁闭合磁场断路器qf11，检测到qf11处于合位后主励磁开机，控制整流装置的触发角，逐渐增大主励磁的输出电流，此时启动励磁的输出电流逐渐减小。主励磁首先升压至25%调相机端额定电压，启动励磁检测到机端电压大于20%时停机，逐步分断qf01、qs02、qs01。

步骤3：主励磁在检测到qf01和qs02已分断的情况下，继续升压至电网侧系统电压的标幺值，保证压差在同期装置并网能够允许的压差范围内，待同期装置并网。由于励磁系统的调节并网两端的电压相等，因此可实现零无功并网，减少了因压差引起的并网冲击。

本发明即是为满足无原动机拖动的大型调相机的启动并网而提出的，整套励磁系统由两套交流侧以及整流单元互相独立，直流侧相并联，共用灭磁及过压保护装置的励磁系统组成。励磁系统称之为启动励磁和主励磁。

启动励磁为它励励磁系统，只在调相机启动阶段运行，配合sfc拖动调相机转速达到大于3000r/min的目标转速。其容量较小，控制模式可以是电流闭环或是定角度，给定值由sfc来控制，sfc通过接收实际励磁电流来实现其转矩或功率的闭环控制。由于sfc退出后去磁效应消失，机端电压将会升高；启动励磁调节器需要减小励磁电流以保证机端电压低于sfc能够承受的调相机端电压值，确保sfc设备的安全。同时也保证了切换过程能够实现无扰动。

主励磁为自并励励磁系统，主要运行在调相机并网后，为电网提供无功支撑。

启动励磁和主励磁在直流侧并联，直流侧的电压等级需保持一致。根据启动励磁和主励磁的运行工况可知，主励磁的磁场断路器电压高，电流大，启动励磁无需高电压大电流的磁场断路器，满足启动阶段的需求即可。为保证主励磁运行期间的高电压不影响到启动励磁回路，可采用电压等级一致，电流等级不同的磁场断路器，也可考虑降低励磁系统的成本，减小启动励磁设备的空间，采用在启动励磁的磁场断路器后串联隔离开关的方式实现直流侧并联电压等级的一致性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。