一种交流励磁同步调相机及其控制方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种交流励磁同步调相机，包括连接在交流励磁电机的转子上的变惯量连接机构、全控交流励磁变换器、网侧变换器、控制器以及基座，基座上设置有安装交流励磁电机的上半端盖，转子的两端通过变惯量连接机构安装在基座上，转子的轴身上安装有风扇，变惯量连接机构包括带有进油口和出油口的外轴套，外轴套内部设置有涡扇和滚子轴承，位于转子两端的外轴套通过螺旋绕制在交流励磁电机的定子表面的散热管连接成闭合循环回路，散热管上连接有补压泵和油泵，补压泵和油泵电性连控制器，有效解决了交流励磁电机在启动过程中的温升和发散热平衡偏移以及的通过全控交流励磁变换器进行交流励磁电机的励磁控制中则会出现偏差的问题。

An AC excitation synchronous condenser and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种交流励磁同步调相机及其控制方法
本专利技术实施例涉及交流励磁同步电机
，具体涉及一种交流励磁同步调相机及其控制方法。
技术介绍
随着清洁能源发电呈现“大规模开发，远距离输送”的格局，更高比例的电力能源将由外部输电通道，尤其是直流输电通道，送入中东部地区，中东部负荷中心电网必将发展成为本地电源占比有限的典型弱受端电网。基于同步电机的同步调相机通过调节其励磁电压可以起到调节无功功率并支撑本地电网电压的作用。然而，由于其励磁绕组时间常数较大，交流励磁电机。交流励磁电机为核心电能变换装置，其定子和转子均为配置有接线端的交流绕组。控制器用于对交流励磁电机的电压、电流和定子转速信号进行采集处理，一方面生成所述全控交流励磁变换器的励磁电压指令，另一方面生成网侧变换器的控制电压指令；所述全控交流励磁变换器用于接收所述励磁电压指令，并实施对所述交流励磁电机的有功功率和无功功率的独立调节；所述网侧变换器用于接收所述控制电压指令，并对所述网侧变换器输入有功功率进行调节，以保障直流母线电压的稳定，进而保证所述全控交流励磁变换器具备充足的励磁控制能力。而在上述的交流励磁电机作为核心变换装置的运行过程中，交流励磁电机的实际运行功率以及功率因素偏低，导致励磁电流变小，进而使得控制器对于全控交流励磁变换器的励磁电压指令和网侧变换器的控制电压指令的实际数值偏低，励磁绕组的电流值减小时，绕组内的电流密度也相应的降低，导致励磁绕组的发热量下降，这一部分的发热反应在交流励磁电机中就是励磁损耗。当定转子的发热量都下降的时候，整个发电机的温升会显著下降，在同样转速及通风的情况下，并且在实际运行中，交流励磁电机的风冷却器两端的出风口温升不同，发电机的主励磁绕组的温升实际值将比设计的更低，主励磁线圈的温升降低的情况下，器励磁绕组的直流电阻也会比在额定功率运行的情况下的电阻值低，当励磁电流至一定的情况下，将进一步降低励磁电压，也就是全控交流励磁变换器的励磁电压指令和网侧变换器的控制电压指令的实际数值，在通过全控交流励磁变换器进行交流励磁电机的励磁控制中则会出现偏差。
技术实现思路
为此，本专利技术实施例提供一种交流励磁同步调相机及其控制方法，通过连接在交流励磁电机的转子上的变惯量连接机构解决了交流励磁电机在启动过程中的温升和发散热平衡偏移以及的通过全控交流励磁变换器进行交流励磁电机的励磁控制中则会出现偏差的问题。为了实现上述目的，本专利技术的实施方式提供如下技术方案：一种交流励磁同步调相机及其控制方法，包括连接在交流励磁电机的转子上的变惯量连接机构、全控交流励磁变换器、网侧变换器、控制器以及基座，所述基座上设置有安装交流励磁电机的上半端盖，所述全控交流励磁变换器连接至交流励磁电机，所述网侧变换器连接全控交流励磁变换器，所述转子的两端通过变惯量连接机构安装在基座上，位于所述变惯量连接机构内侧的转子的轴身上安装有风扇；所述变惯量连接机构包括带有进油口和出油口的外轴套，所述外轴套内部设置有套装在转子的轴身上的涡扇和滚子轴承，位于转子两端的外轴套通过螺旋绕制在交流励磁电机的定子表面的散热管连接成闭合循环回路，所述散热管上连接有补压泵和油泵，所述补压泵和油泵电性连控制器。作为本专利技术的一种优选方案，所述外轴套包括通过密封隔板分隔形成的循环腔和离合腔，且所述涡扇套装在循环腔内的转子的轴身上，所述进油口和出油口分别安装在循环腔的顶部和底部，所述涡扇通过活塞套管套装在转子的轴身上，所述活塞套管贯穿密封隔板延伸至离合腔中，所述活塞套管与位于离合腔中的转子的转轴活动键连接，所述活塞套管在驱动装置的驱动下沿转子的轴身轴向移动。作为本专利技术的一种优选方案，所述滚子轴承的轴承外圈、滚子保持架以及轴承滚子嵌入离合腔，所述滚子轴承的轴承内圈突出离合腔且与转子间隙配合，所述滚子轴承的轴承内圈通过密封圈与离合腔的内壁连接。作为本专利技术的一种优选方案，所述上半端盖具体为汽端上半端盖和励端上半端盖，位于汽端上半端盖处的外轴套的出油口连接的散热管螺旋缠绕在远离汽端上半端盖的交流励磁电机的定子上，位于汽端上半端盖处的外轴套的出油口连接的散热管的另一端连接至励端上半端盖处的外轴套的进油口。本专利技术提供了一种交流励磁同步调相机控制方法，包括步骤：S100、通过控制器中的采样模块对交流励磁电机的电压、电流、转速信号进行采集并输送至微处理器中进行处理，微处理器将处理结果生成全控交流励磁变换器的励磁电压指令以及生成网侧变换器的控制电压指令；S200、微处理器根据程序计算的可控硅触发角通过脉冲模块形成触发脉冲，再通过将触发脉冲转换为补压泵和油泵以及驱动装置介入的触发信号；S300、采样模块在全控交流励磁变换器的励磁电压指令以及生成网侧变换器的控制电压指令的指令执行周期后，对变惯量连接机构作为负载介入后，交流励磁电机的电压、电流、转速信号进行二次采样，微处理将二次采样信号传输至PID调节电路。S400、PID调节电路以恒无功调节为外环，以恒电流调节为内环，无功功率调节环迅速反应，调整全控交流励磁变换器的励磁电流补偿值，从而改变励磁电流值，最终维持无功功率恒定。作为本专利技术的一种优选方案，所述控制器包括微处理器、采样模块、脉冲模块以及PID调节电路，采样模块将交流励磁电机的定子和转子运行状态信息输送至微处理器，微处理器根据程序计算可控硅触发角，再通过脉冲模块形成触发脉冲，再通过将触发脉冲转换为补压泵和油泵以及驱动装置介入的触发信号。作为本专利技术的一种优选方案，所述微处理器通过采样模块将补压泵和油泵以及驱动装置介入工作后的交流励磁电机转子负载运行状态信息再次进行采样，并通过PID调节电路调节交流励磁电机的励磁电流。作为本专利技术的一种优选方案，PID调节电路以恒无功调节为外环，以恒电流调节为内环，无功功率调节环迅速反应，调整励磁电流补偿值，从而改变励磁电流值，最终维持无功功率恒定。作为本专利技术的一种优选方案，当变惯量连接机构作为负载不工作时，励磁电源电压变化时，全控交流励磁变换器中的励磁电流调节器迅速反应，维持励磁电流不变。作为本专利技术的一种优选方案，在S100中，网侧变换器用于接收控制电压指令，并对所述网侧变换器输入有功功率进行调节。本专利技术的实施方式具有如下优点：本专利技术在交流励磁同步调相机启动和同步，在加速过程中，控制器输出触发信号至油泵，通过油泵的工作驱动外轴套和散热管中的介质油体对涡扇进行驱动，从而对转子进行驱动力的介入，直至110％的额定转速，从而对励磁驱动过程进行了优化。本专利技术通过汽端上半端盖处的外轴套内的出油口连接的散热管螺旋绕制在较低温处的定子的表面，将励端上半端盖的外轴套内的出油口连接的散热管绕制在较高温处的定子表面，从而保证定子的运行的过程快速温升，并保持温升一致。另一方面，通过空冷系统的定子以及液冷系统进行转子的散热与发热相等，使得交流励磁电机的温升稳定在一个水平上，避免发热增加和散热减少时破坏交流励磁电机内部的发热散热平衡，减少交流励磁电机的故障率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交流励磁同步调相机，包括连接在交流励磁电机(3)的转子(4)上的变惯量连接机构(5)、全控交流励磁变换器、网侧变换器、控制器以及基座(1)，所述基座(1)上设置有安装交流励磁电机的上半端盖(2)，所述全控交流励磁变换器连接至交流励磁电机(3)，所述网侧变换器连接全控交流励磁变换器，其特征在于，所述转子(4)的两端通过变惯量连接机构(5)安装在基座(1)上，位于所述变惯量连接机构(5)内侧的转子(4)的轴身上安装有风扇(6)；/n所述变惯量连接机构(5)包括带有进油口(7)和出油口(8)的外轴套(9)，所述外轴套(9)内部设置有套装在转子(4)的轴身上的涡扇(10)和滚子轴承(11)，位于转子(4)两端的外轴套(9)通过螺旋绕制在交流励磁电机(3)的定子表面的散热管(12)连接成闭合循环回路，所述散热管(12)上连接有补压泵(13)和油泵(14)，所述补压泵(13)和油泵(14)电性连控制器。/n

【技术特征摘要】
1.一种交流励磁同步调相机，包括连接在交流励磁电机(3)的转子(4)上的变惯量连接机构(5)、全控交流励磁变换器、网侧变换器、控制器以及基座(1)，所述基座(1)上设置有安装交流励磁电机的上半端盖(2)，所述全控交流励磁变换器连接至交流励磁电机(3)，所述网侧变换器连接全控交流励磁变换器，其特征在于，所述转子(4)的两端通过变惯量连接机构(5)安装在基座(1)上，位于所述变惯量连接机构(5)内侧的转子(4)的轴身上安装有风扇(6)；
所述变惯量连接机构(5)包括带有进油口(7)和出油口(8)的外轴套(9)，所述外轴套(9)内部设置有套装在转子(4)的轴身上的涡扇(10)和滚子轴承(11)，位于转子(4)两端的外轴套(9)通过螺旋绕制在交流励磁电机(3)的定子表面的散热管(12)连接成闭合循环回路，所述散热管(12)上连接有补压泵(13)和油泵(14)，所述补压泵(13)和油泵(14)电性连控制器。


2.根据权利要求1所述的一种交流励磁同步调相机，其特征在于，所述外轴套(9)包括通过密封隔板(901)分隔形成的循环腔(902)和离合腔(903)，且所述涡扇(10)套装在循环腔(902)内的转子(4)的轴身上，所述进油口(7)和出油口(8)分别安装在循环腔(902)的顶部和底部，所述涡扇(10)通过活塞套管(15)套装在转子(4)的轴身上，所述活塞套管(15)贯穿密封隔板(901)延伸至离合腔(903)中，所述活塞套管(15)与位于离合腔(903)中的转子(4)的转轴活动键连接，所述活塞套管(15)在驱动装置的驱动下沿转子(4)的轴身轴向移动。


3.根据权利要求1所述的一种交流励磁同步调相机，其特征在于，所述滚子轴承(11)的轴承外圈、滚子保持架以及轴承滚子嵌入离合腔(903)，所述滚子轴承(11)的轴承内圈突出离合腔(903)且与转子间隙配合，所述滚子轴承(11)的轴承内圈通过密封圈与离合腔(903)的内壁连接。


4.根据权利要求1所述的一种交流励磁同步调相机，其特征在于，所述上半端盖(2)具体为汽端上半端盖(201)和励端上半端盖(202)，位于汽端上半端(201)盖处的外轴套(9)的出油口(8)连接的散热管(12)螺旋缠绕在远离汽端上半端盖(201)的交流励磁电机(3)的定子(16)上，位于汽端上半端盖(201)处的外轴套(9)的出油口(8)连接的散热管(12)的另一端连接至励端上半端盖(20...

【专利技术属性】
技术研发人员：王维庆，程静，何山，袁至，程志江，董宁，白云长，吕聪，王喜泉，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65