协调控制方法、变频器、励磁设备及静止变频启动系统技术方案

本发明专利技术提供了一种协调控制方法、变频器、励磁设备及静止变频启动系统，静止变频启动系统包括变频器、励磁设备、监控系统以及同期并网设备，能够实现变频器与励磁设备的协调控制，且可以根据同步电机不同运行工况选择不同的运行方式，运行方式灵活，运行范围广，运行可靠性高；本发明专利技术中同步电机在第一临界切换点之前，变频器与励磁设备各自独立控制，可以有效减小谐波等外部杂波对模拟量信号的干扰，提高励磁控制的准确性，进而提高变频器在脉冲换相阶段的换相成功率，且本发明专利技术控制过程简单清晰，利于控制，可提高同步电机在自然换相阶段的启动速率和稳定性。

Coordinated control method, frequency converter, excitation equipment and static frequency conversion starting system.

The invention provides a coordinated control method, a frequency converter, an excitation device and a static frequency conversion startup system. The static frequency conversion startup system includes a frequency converter, an excitation device, a monitoring system and a synchronous grid-connected device, which can realize the coordinated control of the frequency converter and the excitation device, and can be selected according to the different operating conditions of the synchronous motor. In the present invention, before the first critical switching point of the synchronous motor, the frequency converter and the excitation equipment are controlled independently, which can effectively reduce the interference of external clutter such as harmonics to analog signals, improve the accuracy of excitation control, and further improve the accuracy of excitation control. The invention improves the commutation success rate of the frequency converter in the pulse commutation phase, and the control process of the invention is simple and clear, which is advantageous to control, and can improve the starting speed and stability of the synchronous motor in the natural commutation phase.

【技术实现步骤摘要】
协调控制方法、变频器、励磁设备及静止变频启动系统
本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种协调控制方法、变频器、励磁设备及静止变频启动系统。
技术介绍
大型交流同步电机因其功率因数可调、电机效率高等优点，被广泛应用于燃气发电、抽水蓄能、大型油气输送等工业大功率场合，其运行功率一般都在几十至几百兆瓦。同步电机因启动困难引起的大量能源消耗问题一直广受关注。同步电机的启动方式可分为机械式和电气式，机械式启动方式主要是采用同轴外加启动电机来拖动整个机组的启动，电气式启动方式则主要采用变频调速方式来实现整个机组的启动。相比机械式启动方式电气式启动方式则具有机械应力小、方便一拖多、可满足频繁启动等优点。在高压大功率变频领域，电流源型交-直-交负载换流变频器(以下简称变频器)因其结构简单、容量大、可靠性高、成本低、技术成熟等优点，是目前同步电机变频启动装置的主流技术。变频器在启动同步电机过程中，为使转子获得最大的启动转矩，其控制系统需根据同步电机转子的位置判定通电的定子绕组相别，从而确定应该导通的晶闸管。但是在无位置传感器的同步电机启动过程中，由于无法直接获取电机转子位置，因此需要变频器与励磁设备协调控制，在同步电机转子绕子施加励磁电流后，通过定子侧的感应电动势计算转子位置，进而使变频器的相应晶闸管触发导通。现有技术中变频器与励磁设备之间接口主要纯模拟量接口或纯数字量接口两种接口。在纯模拟量信号接口控制中，变频器与励磁设备通过0～20mA模拟量信号实现协调控制，即在同步电机的整个启动过程中，变频器根据同步电机转速输出0～20mA模拟控制信号给励磁设备，励磁设备按照该模拟量控制信号输出对应的直流电流给同步电机的转子绕组，这种模拟量控制方式可以通过动态的调节励磁电流实现变频器启动力矩的实时调节，但是在单台变频器启动多台同步电机的情况下，该0～20mA模拟量信号需要通过中间继电器转接至多台同步电机对应的励磁设备，且需要在0～20mA与0～10V之间多次转换，该0～20mA模拟量信号在长距离的电缆传输及转换中易受到外部信号的干扰导致励磁电流异常，严重时将导致同步电机变频启动失败。在纯数字量信号接口控制中，变频器与励磁设备之间通过高低电平信号实现协调控制，即在同步电机启动时，变频器输出高电平信号给励磁设备，励磁设备根据内置的电流控制曲线输出直流电流给同步电机的转子绕组，这种数字量控制方式可以有效的避免长距离传输过程中信号被干扰的问题，但是在同步电机的整个启动过程中，励磁设备与变频器各自独立运行，励磁设备与变频器之间没有实时的控制信号通讯，如果励磁电流控制信号出现异常，则无法实时调节和校准；并且在同步电机同期并网阶段需要同期并网设备、励磁设备和变频器相配合，由于变频器与励磁设备之间接口主要纯模拟量接口或纯数字量接口，导致同期并网设备、励磁设备和变频器之间的协调控制过程过于复杂，不利于控制且控制效果差。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中同期并网设备、励磁设备和变频器之间的协调控制过程过于复杂，不利于控制且控制效果差的不足，本专利技术提供一种协调控制方法、变频器、励磁设备及静止变频启动系统，静止变频启动系统包括变频器、励磁设备、监控系统以及同期并网设备，监控系统用于向变频器和励磁设备提供选择指令和电动工况启动指令并接收变频器和励磁设备返回的确认信息和电动工况启动就绪信号，同期并网设备用于接收变频器发送的并网请求指令并分别发送励磁调节信号和转速调节信号给励磁设备和变频器进而实现同步电机并网，实现变频器与励磁设备的协调控制，且控制过程简单清晰，利于控制。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：一方面，本专利技术提供一种变频器与励磁设备的协调控制方法，包括：变频器接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统；变频器通过数字量通道向同步电机对应的励磁设备下发高电平请求指令，并在收到励磁设备返回的第二确认信息后开始启动并进入脉冲换相阶段；变频器进入自然换相阶段后，其将向励磁设备发送高电平请求指令转换为低电平请求指令，同时通过模拟量通道将模拟量信号发送给励磁设备，并根据同步电机的预设转速及预设启动力矩实时调节励磁电流给定值；变频器进入同期并网调节阶段后，其向同期并网设备发送并网请求指令，并根据同期并网设备返回的调速指令将同步电机转速调节到预设转速；变频器在接收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，停止运行。所述变频器接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统之后，还包括：变频器接收监控系统下发的第一电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第一电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。所述在收到励磁设备返回的第二确认信息时开始启动并进入脉冲换相阶段，包括：所述变频器在励磁设备返回第二确认信息时，其通过同步电机的实时电压检测转子位置，并通过脉冲换相控方式产生启动电流，并将电流发送给同步电机，使同步电机开始启动并进入脉冲换相阶段。所述脉冲换相阶段与自然换相阶段以第一切换临界点分界，所述第一切换临界点为8％额定转速～12％额定转速；所述自然换相阶段与同期并网调节阶段以第二临界点分界，所述第二临界点为93％额定转速～98％额定转速。再一方面，本专利技术提供一种变频器，包括：第一收发模块，用于接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统；第二收发模块，用于通过数字量通道向同步电机对应的励磁设备下发高电平请求指令，并在收到励磁设备返回的第二确认信息后开始启动并进入脉冲换相阶段；电流调节模块，用于在变频器进入自然换相阶段后，将向励磁设备发送高电平请求指令转换为低电平请求指令，同时通过模拟量通道将模拟量信号发送给励磁设备，并根据同步电机的预设转速及预设启动力矩实时调节励磁电流给定值；转速调节模块，用于在进入同期并网调节阶段后，其向同期并网设备发送并网请求指令，并根据同期并网设备返回的调速指令将同步电机转速调节到预设转速；第一接收模块，用于在接收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，停止运行。所述变频器还包括：第一自检模块，用于接收监控系统下发的第一电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第一电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。所述第二收发模块包括启动模块，所述启动模块具体用于：在励磁设备返回第二确认信息时，其通过同步电机的实时电压检测转子位置，并通过脉冲换相控方式产生启动电流，并将电流发送给同步电机，使同步电机开始启动并进入脉冲换相阶段。所述脉冲换相阶段与自然换相阶段以第一切换临界点分界，所述第一切换临界点为8％额定转速～12％额定转速；所述自然换相阶段与同期并网调节阶段以第二临界点分界，所述第二临界点为93％额定转速～98％额定转速。再一方面，本专利技术提供一种变频器与励磁设备的协调控制方法，包括：励磁设备接收监控系统下发的第二同步电机选择指令，并返回第二确认信息给监控系统；励磁设备接收变频器通过数字量通道下发高电平信号请求指令后，返回第二确认信息给变频器，开始进入独立励磁控制模式；励磁设备接收变频器发送的低电平请求指令后，进入模拟量通道控制模式，并接收变频器通过模拟量通道发送的模拟量信号；励磁设备在同期并网设备接收到变频器发送的同期并网指令后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变频器与励磁设备的协调控制方法，其特征在于，包括：变频器接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统；变频器通过数字量通道向同步电机对应的励磁设备下发高电平请求指令，并在收到励磁设备返回的第二确认信息后开始启动并进入脉冲换相阶段；变频器进入自然换相阶段后，其将向励磁设备发送高电平请求指令转换为低电平请求指令，同时通过模拟量通道将模拟量信号发送给励磁设备，并根据同步电机的预设转速及预设启动力矩实时调节励磁电流给定值；变频器进入同期并网调节阶段后，其向同期并网设备发送并网请求指令，并根据同期并网设备返回的调速指令将同步电机转速调节到预设转速；变频器在接收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，停止运行。

【技术特征摘要】
1.一种变频器与励磁设备的协调控制方法，其特征在于，包括：变频器接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统；变频器通过数字量通道向同步电机对应的励磁设备下发高电平请求指令，并在收到励磁设备返回的第二确认信息后开始启动并进入脉冲换相阶段；变频器进入自然换相阶段后，其将向励磁设备发送高电平请求指令转换为低电平请求指令，同时通过模拟量通道将模拟量信号发送给励磁设备，并根据同步电机的预设转速及预设启动力矩实时调节励磁电流给定值；变频器进入同期并网调节阶段后，其向同期并网设备发送并网请求指令，并根据同期并网设备返回的调速指令将同步电机转速调节到预设转速；变频器在接收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，停止运行。2.根据权利要求1所述的变频器与励磁设备的协调控制方法，其特征在于，所述变频器接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统之后，还包括：变频器接收监控系统下发的第一电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第一电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。3.根据权利要求1所述的变频器与励磁设备的协调控制方法，其特征在于，所述在收到励磁设备返回的第二确认信息时开始启动并进入脉冲换相阶段，包括：所述变频器在励磁设备返回第二确认信息时，其通过同步电机的实时电压检测转子位置，并通过脉冲换相控方式产生启动电流，并将电流发送给同步电机，使同步电机开始启动并进入脉冲换相阶段。4.根据权利要求1所述的变频器与励磁设备的协调控制方法，其特征在于，所述脉冲换相阶段与自然换相阶段以第一切换临界点分界，所述第一切换临界点为8％额定转速～12％额定转速；所述自然换相阶段与同期并网调节阶段以第二临界点分界，所述第二临界点为93％额定转速～98％额定转速。5.一种变频器，其特征在于，包括：第一收发模块，用于接收监控系统下发的第一同步电机选择指令，并返回第一确认信息给监控系统；第二收发模块，用于通过数字量通道向同步电机对应的励磁设备下发高电平请求指令，并在收到励磁设备返回的第二确认信息后开始启动并进入脉冲换相阶段；电流调节模块，用于在变频器进入自然换相阶段后，将向励磁设备发送高电平请求指令转换为低电平请求指令，同时通过模拟量通道将模拟量信号发送给励磁设备，并根据同步电机的预设转速及预设启动力矩实时调节励磁电流给定值；转速调节模块，用于在进入同期并网调节阶段后，其向同期并网设备发送并网请求指令，并根据同期并网设备返回的调速指令将同步电机转速调节到预设转速；第一接收模块，用于在接收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，停止运行。6.根据权利要求5所述的变频器，其特征在于，所述变频器还包括：第一自检模块，用于接收监控系统下发的第一电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控系统返回第一电动工况启动就绪信号并进入就绪状态。7.根据权利要求5所述的变频器，其特征在于，所述第二收发模块包括启动模块，所述启动模块具体用于：在励磁设备返回第二确认信息时，其通过同步电机的实时电压检测转子位置，并通过脉冲换相控方式产生启动电流，并将电流发送给同步电机，使同步电机开始启动并进入脉冲换相阶段。8.根据权利要求5所述的变频器，其特征在于，所述脉冲换相阶段与自然换相阶段以第一切换临界点分界，所述第一切换临界点为8％额定转速～12％额定转速；所述自然换相阶段与同期并网调节阶段以第二临界点分界，所述第二临界点为93％额定转速～98％额定转速。9.一种变频器与励磁设备的协调控制方法，其特征在于，包括：励磁设备接收监控系统下发的第二同步电机选择指令，并返回第二确认信息给监控系统；励磁设备接收变频器通过数字量通道下发高电平信号请求指令后，返回第二确认信息给变频器，开始进入独立励磁控制模式；励磁设备接收变频器发送的低电平请求指令后，进入模拟量通道控制模式，并接收变频器通过模拟量通道发送的模拟量信号；励磁设备在同期并网设备接收到变频器发送的同期并网指令后，进入数字量通道控制模式，并在接收同期并网设备发送励磁调节信号后，其根据励磁调节信号调节同步电机的励磁电流；励磁设备收到同期并网设备发送的同步电机并网成功信号后，进入恒压控制模式。10.根据权利要求9所述的变频器与励磁设备的协调控制方法，其特征在于，所述励磁设备接收监控系统下发的第二同步电机选择指令，并返回第二确认信息给监控系统之后，还包括：励磁设备接收监控系统下发的第二电动工况启动指令后开始自检，在自检无故障时向监控...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬联涛，付建忠，王德顺，孟德霞，俞斌，梁国辉，杨波，赵上林，薛金花，韩桂刚，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国网新源控股有限公司潘家口蓄能电厂，
类型：发明
国别省市：江苏,32