一種火電廠輔機(jī)變頻器控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施方式設(shè)及變頻器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明的實(shí)施方式設(shè)及一種 火電廠輔機(jī)變頻器控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 本部分旨在為權(quán)利要求書中陳述的本發(fā)明的實(shí)施方式提供背景或上下文。此處的 描述不因?yàn)榘ㄔ诒静糠种芯统姓J(rèn)是現(xiàn)有技術(shù)。
[0003] 近年來，隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展和火電廠節(jié)能需求的日益增強(qiáng)，火電機(jī)組 的輔機(jī)設(shè)計(jì)開始逐步轉(zhuǎn)向變頻技術(shù)，基于變頻器在輔機(jī)的軟啟動、變頻調(diào)速、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方 面的優(yōu)勢，目前變頻器已在火力發(fā)電領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，約95%的輔機(jī)已改用變頻驅(qū)動 方式運(yùn)行。然而，變頻器對于其電源的波動極為敏感，實(shí)際中輔機(jī)變頻器的動力電源和控制 電源往往均取自廠用電源，當(dāng)廠用電源因諸如電網(wǎng)故障、大型設(shè)備的啟停等原因發(fā)生電壓 跌落時，變頻器會因低壓而閉鎖輸出。對于火電機(jī)組而言，當(dāng)其重要輔機(jī)（如給煤機(jī)、空預(yù) 器等）因變頻器低壓閉鎖而發(fā)生大規(guī)模停運(yùn)時會觸發(fā)全爐膛滅火保護(hù)（MFT)動作而跳機(jī)， 運(yùn)將嚴(yán)重影響到局部電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0004] 鑒于近年來因重要輔機(jī)低壓跳閩所引起的火電機(jī)組非停事故頻發(fā)，全國各級電網(wǎng) 公司已先后開展了火電機(jī)組重要輔機(jī)變頻器的低電壓穿越整改工作，并明確出臺了相關(guān)的 技術(shù)規(guī)范。所謂變頻器低電壓穿越，是指當(dāng)外部故障或擾動引起的變頻器進(jìn)線電壓跌落幅 值和持續(xù)時間在規(guī)定的低電壓穿越區(qū)內(nèi)時，變頻器應(yīng)能夠可靠供電并保障供電對象的安全 運(yùn)行，即要求變頻器在發(fā)生電壓跌落時能保持不間斷連續(xù)運(yùn)行進(jìn)而保障重要輔機(jī)在低壓期 間的持續(xù)穩(wěn)定工作。
[0005] 因此，如何對現(xiàn)有的火電廠輔機(jī)變頻器進(jìn)行改造W滿足電網(wǎng)低電壓穿越的要求， 不僅關(guān)乎火電機(jī)組自身的安全可靠性，更對保證整個電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有 重大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 目前已有的火電廠輔機(jī)變頻器低電壓穿越改造措施主要可分為兩個層面，即：硬 件層面和軟件層面，W下分別介紹。
[0007] 1、硬件層面
[0008] 硬件層面，又可劃分為對火電廠輔機(jī)變頻器自身的功能進(jìn)行改造和增加額外輔助 穿越裝置運(yùn)兩大類。
[0009] 對火電廠輔機(jī)變頻器自身的功能進(jìn)行改造：
[0010] 1)選擇能夠在小幅電壓跌落條件下正常工作的變頻器，如施耐德ATV71變頻器， 但目前絕大多數(shù)的變頻器正常工作電壓范圍為-15%~10%，因而無法滿足低電壓穿越的 電壓跌落深度要求；
[0011] 2)選擇具有失電再啟動功能的變頻器，如ABB-ACS510變頻器，其能在廠用電瞬時 失電后3s內(nèi)重新自啟動，然而，多臺輔機(jī)（如給煤機(jī)）變頻器的失電重啟會造成爐膛負(fù)壓 的劇烈波動，對機(jī)組的安全運(yùn)行造成極大的危害。同時，失電再啟動也并非真正意義上的不 間斷連續(xù)運(yùn)行，因而無法實(shí)現(xiàn)低電壓穿越。
[0012] 增加額外輔助穿越裝置：
[0013] 1)交流補(bǔ)償方式：將動態(tài)電壓恢復(fù)器值VR)串入輔機(jī)變頻器的動力電源與交流進(jìn) 線端之間，當(dāng)發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落時，通過控制DVR快速地輸出相應(yīng)的電壓幅值和相位來對 變頻器交流進(jìn)線端的電壓進(jìn)行補(bǔ)償，從而將變頻器與電網(wǎng)電壓跌落故障"隔離"開來W實(shí)現(xiàn) 故障期間的不間斷連續(xù)運(yùn)行；
[0014] 。直流補(bǔ)償方式：變頻器自身的控制及其功率輸出均來源于其直流母線，在電網(wǎng) 電壓跌落發(fā)生時對變頻器的直流母線進(jìn)行補(bǔ)償供電確保其母線電壓穩(wěn)定即可實(shí)現(xiàn)低電壓 穿越。目前的直流補(bǔ)償裝置可分為有源和無源兩大類，有源裝置一般采用直流蓄電池或不 間斷電源OJP巧而無源裝置一般采用的是不控整流加升壓電路的補(bǔ)償原理（即AC/DC+DC/ DC)。
[001引 2、軟件層面
[0016] 軟件層面，即通過改進(jìn)控制方法來實(shí)現(xiàn)低電壓穿越，可劃分為DCS控制邏輯改進(jìn) 和輔機(jī)變頻器控制改進(jìn)運(yùn)兩大類。
[0017] DCS控制邏輯改進(jìn)：
[0018] 此方案的前提是輔機(jī)變頻器具有失電再啟動功能，W給煤機(jī)為例，通過對鍋爐爐 膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSS巧中的給煤機(jī)全停邏輯加W延時W避免電網(wǎng)電壓跌落導(dǎo)致給煤機(jī)變 頻器全停時觸發(fā)MFT信號，待電網(wǎng)電壓恢復(fù)后變頻器再跟蹤當(dāng)前的電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速再啟動。 然而，此方案在本質(zhì)上僅是人為地讓DCS控制系統(tǒng)屏蔽掉故障信號，對于低壓期間輔機(jī)變 頻器跳閩所帶來的各種系統(tǒng)安全隱患并無任何改善作用，甚至?xí)夯鹿实挠绊?。因此，?方案治標(biāo)不治本，實(shí)際可行性不大。
[0019] 輔機(jī)變頻器控制改進(jìn)：
[0020] 在電壓跌落期間輔機(jī)變頻器采用降轉(zhuǎn)速恒磁通v/f控制方式，即當(dāng)電壓下降時降 低變頻器的控制頻率W保持電機(jī)磁通不變，同時在負(fù)載允許的范圍內(nèi)降低轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn) 變頻器和電機(jī)兩者在電網(wǎng)電壓跌落期間的不間斷安全連續(xù)運(yùn)行。然而，v/f控制策略是基 于電機(jī)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型而建立，其在電網(wǎng)電壓波動運(yùn)種較快的動態(tài)過程中控制性能較差， 而且v/f控制策略僅適用于50%~85%的低電壓范圍，因而無法完全滿足低電壓穿越的電 壓跌落深度要求。另外，v/f控制僅適用于電網(wǎng)電壓對稱跌落的情況，對于電網(wǎng)電壓不對稱 跌落所帶來的變頻器母線電壓波動及電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動等負(fù)面影響其無法克服。
[0021] 綜上所述，目前已有的火電廠輔機(jī)變頻器低電壓穿越改造措施中僅有增加額外輔 助穿越裝置運(yùn)一方案可滿足電網(wǎng)低電壓穿越的要求，然而，對于火電廠中眾多的輔機(jī)變頻 器而言增加額外輔助穿越裝置會大幅增加電廠的運(yùn)行成本，且輔助裝置與輔機(jī)變頻器之間 的協(xié)調(diào)控制問題也較為復(fù)雜，運(yùn)些都制約了此種方案的推廣應(yīng)用。
[0022] 為此，非常需要一種改進(jìn)的火電廠輔機(jī)變頻器低電壓穿越改造措施，W滿足電網(wǎng) 低電壓穿越的要求。
[0023] 在本上下文中，本發(fā)明的實(shí)施方式期望提供一種火電廠輔機(jī)變頻器控制系統(tǒng)及方 法。
[0024]在本發(fā)明實(shí)施方式的第一方面中，提供了一種火電廠輔機(jī)變頻器控制系統(tǒng)，包括： 變頻器、整流檢測單元、整流控制單元、逆變檢測單元、逆變控制單元；
[00巧]所述變頻器包括：
[0026] 整流單元，為由絕緣柵雙極型晶體管IGBT組成的S相橋式全控整流電路；
[0027] 逆變單元，為由IGBT組成的S相橋式全控逆變電路；W及，
[002引直流母線；
[0029] 所述整流單元的輸入端連接=相交流電源，輸出端連接所述直流母線；
[0030] 所述逆變單元的輸入端連接所述直流母線，輸出端連接電動機(jī)；
[003。 所述整流檢測單元用于實(shí)時測量所述整流單元的S相進(jìn)線電流ig。，igb，ig。，所述 S相交流電源的電壓Vg。，Vgb，Vg。，W及所述直流母線的實(shí)際電壓Vd。；
[003引所述整流控制單元用于根據(jù)所述整流單元的S相進(jìn)線電流ig。，igb，ig。、所述S相 交流電源的電壓Vg。，Vgb，Vw、所述直流母線的實(shí)際電壓Vd。，W及所述整流單元的額定電流 Igf。,。、所述直流母線的電壓設(shè)定值Vd。^^，控制所述整流單元中的IGBT打開或關(guān)斷，W實(shí)現(xiàn) 對所述整流單元的S相進(jìn)線電流ig。，igb，ig。進(jìn)行比例諧振PR閉環(huán)控制，進(jìn)而使所述直流母 線的實(shí)際電壓Vd。保持在與其電壓設(shè)定值V 的差值小于一預(yù)設(shè)闊值的水平，同時輸出一 降速信號至所述逆變控制單元；
[0033] 所述逆變檢測單元用于實(shí)時測量所述整流單元的負(fù)載電流所述直流母線的實(shí) 際電壓Vd。、所述電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩
[0034] 所述逆變控制單元根據(jù)所述整流單元的負(fù)載電流所述電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩町、所 述直流母線的實(shí)際電壓Vd。W及所述降速信號，設(shè)定轉(zhuǎn)速值，并依據(jù)所述轉(zhuǎn)速值調(diào)整所述逆 變單元的輸出電壓W使所述電動機(jī)按照所述轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)動，W使所述變頻器實(shí)現(xiàn)低電壓穿越。
[0035] 在本發(fā)明實(shí)施方式的第二方面中，提供了一種火電廠輔機(jī)變頻器控制方法，用于 對一變頻器進(jìn)行控制，所述變頻器包括：整流單元、逆變單元和直流母線；所述整流單元為 由絕緣柵雙極型晶體管IGBT組成的=相橋式全控整流電路；所述逆變單元為由IGBT組成 的=相橋式全控逆變電路；所述整流單元的輸入端連接=相交流電源，輸出端連接所述直 流母線；所述逆變單元的輸入端連接所述直流母線，輸出端連接電動機(jī)；所述火電廠輔機(jī) 變頻器控制方法，包括：
[003引步驟A，實(shí)時測量所述整流單元的S相進(jìn)線電流ig。，igb,ig。，所述S相交流電源的 電壓V.。，Vgb,Vg。，W及所述直流母線的實(shí)際電壓Vd。；
[0037] 步驟B，根據(jù)所述整流單元的S相進(jìn)線電流ig。，igb，ig。、所述S相交流電源的電壓Vs。，Vgb,Vg。、所述直流母線的實(shí)際電壓Vd。，W及所述整流單元的額定電流Ut。、所述直流母 線的電壓設(shè)定值￥4。_^，控制所述整流單元中的1681'打開或關(guān)斷，^實(shí)現(xiàn)對所述整流單元的 S相進(jìn)線電流ig。，igb，ig。進(jìn)行比例諧振PR閉環(huán)控制，進(jìn)而使所述直流母線的實(shí)際電壓Vd。保 持在與其電壓設(shè)定值Vd。^^的差值小于一預(yù)設(shè)闊值的水平，同時輸出一降速信號；
[003引步驟C，實(shí)時測量所述整流單元的負(fù)載電流心所述直流母線的實(shí)際電壓Vd。、所述 電動機(jī)