静止变频器系统及断续换流到自然换流的切换方法与流程

本发明属于静止变频器启动过程控制技术领域，具体涉及一种静止变频器系统及断续换流到自然换流的切换方法。

背景技术：

电机(即机组)在整个启动过程中分为两个阶段，其中一个是断续换流阶段，另一个是自然换流阶段。

在确定电机转子初始位置后，触发机侧换流器特定的晶闸管，在磁场力的作用下使转子转动起来，在电机转速较低时电机定子电压也非常小，因此无法依靠定子端电压使机侧换流器完成换流，此时采用断续换流的方法进行启动，该启动阶段为断续换流阶段，即依靠网侧换流器在特定时刻进入逆变状态使机侧换流器的电流降为零以完成换流的阶段。

在电机转速较高时，定子端电压已经足够使机侧换流器完成换流，此时采用自然换流的方法进行启动，该启动阶段为自然换流阶段。

因此，在电机的启动过程中存在一个断续换流阶段向自然换流阶段切换的过程。现有技术电机启动过程中断续换流阶段到自然换流阶段进行切换时只是简单粗放地进行切换，所以切换操作很容易失败，导致电机不能够成功启动。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种静止变频器系统及断续换流到自然换流的切换方法，用于解决电机启动过程中断续换流阶段到自然换流阶段进行切换时由于切换操作失败而导致电机启动失败的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种静止变频器断续换流到自然换流的切换方法，包括如下步骤：

(1)当电机定子频率达到设定的切换频率阈值时，闭锁变频器中的机侧逆变模块并控制网侧整流模块工作在逆变状态；

(2)检测电机定子电流，当设定时间段内电机定子电流始终小于或者等于设定的电流下限阈值时闭锁网侧整流模块，直至网侧整流模块中的晶闸管关断；

(3)控制网侧整流模块工作在整流状态，控制机侧逆变模块工作在自然换流模式。

本发明提供的技术方案，能够使电机由断续换流阶段平滑切换至自然换流阶段，切换过程中不会出现换流失败。

进一步的，所述步骤(2)中当网侧整流模块中的晶闸管关断后，控制投入机侧逆变模块与电机之间的机侧变压器。

进一步的，控制机侧逆变模块工作在自然换流模式的控制过程为：机侧逆变器根据电机转子位置信息，按照自然换流模式下的触发原则触发相应的晶闸管。

一种静止变频器系统，包括静止变频器以及用于控制静止变频器从断续换流切换到自然换流的切换装置，静止变频器包括用于连接电网的网侧整流模块和用于连接电机的机侧逆变模块及平波电感，网侧整流模块的直流侧与机侧逆变模块的直流侧连接；所述切换装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现的控制过程包括：

(1)当电机定子频率达到设定的切换频率阈值时，闭锁变频器中的机侧逆变模块并控制网侧整流模块工作在逆变状态；

(2)检测电机定子电流，当设定时间段内电机定子电流始终小于或者等于设定的电流下限阈值时闭锁网侧整流模块，直至网侧整流模块中的晶闸管关断；

(3)控制静止变频器由断续换流阶段切换到自然换流阶段；

(4)控制网侧整流模块工作在整流状态，控制机侧逆变模块工作在自然换流模式。

进一步的，所述机侧逆变模块与电机之间的连接线路上设置有变压器投入电路，所述变压器投入电路包括并联设置的变压器投入支路和短路支路，所述变压器投入支路上设置有投入开关和机侧变压器，所述短路支路上串设有短路开关；断续换流阶段中，投入开关断开，短路开关闭合；控制静止变频器由断续换流阶段切换到自然换流阶段为：网侧整流模块中的晶闸管关断后，控制投入开关闭合，短路开关断开，投入机侧逆变模块与电机之间的机侧变压器。

进一步的，控制机侧逆变模块工作在自然换流模式的控制过程为：机侧逆变器根据电机转子位置信息，按照自然换流模式下的触发原则触发相应的晶闸管。

附图说明

图1为本发明系统实施例中静止变频器的结构示意图；

图2为本发明系统实施例中抽水蓄能机组由断续换流阶段切换到自然换流阶段时的波形图；

图3为本发明系统实施例中抽水蓄能机组由断续换流阶段到自然换流阶段切换过程网侧整流模块u1和机侧逆变模块u2的触发脉冲波形；

图4为本发明系统实施例中机侧逆变模块和网侧整流模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

系统实施例：

本实施例提供一种静止变频器系统，用于对电机的启动过程进行控制，实现由断续换流阶段向自然换流阶段的平滑切换。

本实施例提供的静止变频器系统，包括静止变频器以及用于控制静止变频器从断续换流切换到自然换流的切换装置；静止变频器如图1所示，包括用于连接电网的网侧整流模块u1和用于连接电机的机侧逆变模块u2；网侧整流模块u1采用的是12脉波整流电路，其直流侧与机侧逆变模块u2的直流侧连接，并且在网侧整流模块u1直流侧连接机侧逆变模块u2直流侧的线路上设置有平波电感l。图1中u1为网侧整流模块的示意，u2为机侧逆变模块的示意，并不表示其真实结构。

网侧变压器的一次侧连接电网，并且在网侧变压器一次侧连接电网的线路上设置有第一输入断路器vcb11和第二输入断路器vcb12。

机侧逆变模块u2交流侧连接机侧变压器t的一次侧，机侧变压器t的二次侧连接电机，在机侧变压器t二次侧连接电机的线路上设置有输出断路器vcb2。

在机侧变压器t处设置有变压器投入控制电路。变压器投入控制电路包括第一开关s1、第二开关s2和接地开关st，接地开关st的一端接地，另一端连接机侧逆变模块u2的交流侧；第一开关s1串联设置在机侧逆变模块u2交流侧连接机侧变压器t一次侧的线路上，第二开关s2与第一开关s1和机侧变压器t并联设置。

用于控制静止变频器从断续换流切换到自然换流的切换装置包括存储器和处理器，存储器上存储有计算机程序，处理器通过执行该计算机程序控制静止变频器从断续换流阶段切换到自然换流阶段，控制的具体方法为：

(1)检测电机定子的频率，当电机定子频率达到设定的切换频率阈值时，控制闭锁变频器中的机侧逆变模块u2，控制网侧整流模块u1工作在逆变状态；

本实施例中设定的切换频率阈值为6hz，网侧整流模块u1工作在逆变状态，即将网侧整流模块u1的触发角设置为135°；当机侧逆变模块u2的电流降到维持电流以下时，机侧逆变模块u2中的晶闸管就会关断；

(2)检测电机定子电流，当设定时间段内电机定子电流始终小于或者等于设定的电流下限阈值时，控制闭锁网侧整流模块u1，直至网侧整流模块u1中的晶闸管关断；

本实施例中设定时间段为5ms，设定的电流下限阈值为0.05pu；

当网侧整流模块u1中的晶闸管关断后，静止变频器为闭锁状态，控制第一开关s1闭合，第二开关s2断开；

(3)当第一开关s1闭合且第二开关s2断开后，解除静止变频器的闭锁，即控制网侧整流模块u1工作在整流状态，控制机侧逆变模块u2工作在自然换流模式，至此完成断续换流到自然换流的切换；

自然换流阶段，是指根据电机转子的位置信息，按照自然换流方式下的触发原则触发机侧逆变模块u2中的晶闸管。

按照上述控制方法对抽水蓄能机组进行控制时，抽水蓄能机组由断续换流阶段切换到自然换流阶段的波形如图2所示，图2中从上至下依次为抽水蓄能机组的定子电流、抽水蓄能机组的定子电压、抽水蓄能机组的电磁转矩、抽水蓄能机组的转速、网侧整流模块u1直流侧的电流和网侧整流模块u1的触发角；从图2中可以看出，在抽水蓄能机组由断续换流阶段切换到自然换流阶段的过程中网侧整流模块u1直流侧的电流、抽水蓄能机组的定子电流和抽水蓄能机组的电磁转矩均为零，抽水蓄能机组靠惯性继续旋转，转速基本不变。

本实施例中，在机侧设置有机侧变压器t，所以在网侧整流模块中的晶闸管关断后控制机侧变压器t投入；当机侧没有设置机侧变压器t时可以不设置投入机侧变压器t的步骤。

图3为断续换流阶段到自然换流阶段切换过程网侧整流模块u1和机侧逆变模块u2的触发脉冲波形，由上至下依次为网侧整流模块u1和机侧逆变模块u2，图3表明网侧整流模块u1和机侧逆变模块u2在切换过程中处于闭锁状态。

网侧整流模块采用的是12脉波整流电路，即两个三相整流电路串联，将其分别设为第一网侧整流模块和第二网侧整流模块，如图4所示，其中晶闸管v11至v16分别为第一网侧整流模块的第1至6号晶闸管，晶闸管v21至v26分别为第二网侧整流模块的第1至6号晶闸管，晶闸管v31至v36分别为机侧逆变模块的第1至6号晶闸管，则在图3中：

nb1_pulse(1,3,5)为第一网侧整流模块中第1、3、5号晶闸管的触发脉冲；

nb1_pulse(4,6,2)为第一网侧整流模块中第4、6、2号晶闸管的触发脉冲；

nb2_pulse(1,3,5)为第二网侧整流模块中第1、3、5号晶闸管的触发脉冲；

nb2_pulse(4,6,2)为第二网侧整流模块中的第4、6、2号晶闸管的触发脉冲；

mb_pulse(1,3,5)为机侧逆变模块中第1、3、5号晶闸管的触发脉冲；

mb_pulse(4,6,2)为机侧逆变模块中第4、6、2号晶闸管的触发脉冲。

方法实施例：

本实施例提供一种静止变频器断续换流到自然换流的切换方法，与上述系统实施例中切换装置控制静止变频器从断续换流阶段切换到自然换流阶段的控制方法相同，该控制方法已在上述系统实施例中做了详细介绍，这里不多做说明。