一种高压同步变频软起动设备及其起动方法技术

本发明专利技术涉及一种高压同步变频软起动设备及其起动方法，包括谐波滤波器、降压变压器、升压变压器、整流桥、逆变桥、控制盘、同步电动机和燃气轮机；谐波滤波器一端与高压电网并联，谐波滤波器另一端与降压变压器的高压侧连接，降压变压器的低压侧与整流桥的输入端电性连接，整流桥的输出端与逆变桥的输入端电性连接，逆变桥的输出端和升压变压器的低压侧电性连接，升压变压器的高压侧与高压电网并联；控制盘分别与降压变压器、整流桥和逆变桥电性连接；同步电动机、燃气轮机同轴安装，同步电动机带动燃气轮机起动。本发明专利技术采用无位置传感检测的方法，用同步电动机电枢绕组的反电动势间接检测转子的实际位置，实现电机同步转速跟踪转子转速的目的。子转速的目的。子转速的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种高压同步变频软起动设备及其起动方法


[0001]本专利技术涉及燃气轮机组控制
，尤其涉及一种高压同步变频软起动设备及其起动方法。

技术介绍

[0002]当前，发展和利用天然气是走向生态文明的必由之路，燃气轮机发电是清洁能源发电技术的重要组成部分，对于积极推进国家能源革命具有重要意义。
[0003]发电时燃气轮机、汽轮机和发电机是一个轴系，起动轴系的转矩大；燃气轮机本身无法自起动，天然气点火也需要一个基本的转速，因此，燃气轮机在起动时，须要有外部动力起动整个轴系转动，使燃气轮机按照起动程序旋转、点火、升速、完成燃气轮机的起动。随着燃气轮机容量的增大及电力电子技术的发展，目前已将静止变频起动作为燃气轮机起动的首选方式。作为燃气电站自动控制系统及成套装置中的关键起动装置的静止变频器(static frequency converter)，对于保证大型燃气轮机组的快速可靠起动和燃气电站或燃气蒸汽联合循环电站的稳定运行具有重要意义。
[0004]当前燃气机组的变频起动装置主要采用晶闸管器件，但是晶闸管器件的开通可控、关断不可控，在逆变桥中需要采取特殊的关断措施才能达到变频的目的，且由晶闸管组成的逆变桥要比自关断元件组成的逆变桥复杂得多，这种变频起动系统复杂、起动效率不高且不利于使用，但是如果把交－直－交晶闸管电流型逆变桥与同步电动机相结合，利用负载同步电动机的交流反电动势来关断逆变桥中的晶闸管，将省掉强迫换相装置，使逆变桥同样变得简单。高压同步电动机在变频软起动过程中，传统方式是设置机械式位置传感器得到电机转子位置后再控制逆变桥臂的开通状态，逆变桥的换相控制决定了同步电动机的输出转矩，安装机械式转子位置传感器不仅需要一定的空间位置，会增加系统成本和复杂性，降低系统的可靠性和抗干扰能力。因此采用无位置传感器位置判断并实现同步电动机软起动成为主流。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种无需采用位置传感器进行转子位置检测、在电源端实现同步电动机的控制、便于使用、起动效率高的高压同步变频软起动设备及其起动方法，来解决当前燃气机组的变频起动装置系统复杂、起动效率不高的技术问题。
[0006]一方面，本专利技术提供一种高压同步变频软起动设备，包括谐波滤波器、降压变压器、升压变压器、整流桥、逆变桥、控制盘、同步电动机和燃气轮机；
[0007]谐波滤波器的一端与高压电网并联，谐波滤波器的另一端与降压变压器的高压侧连接，降压变压器的低压侧与整流桥的输入端电性连接，整流桥的输出端与逆变桥的输入端电性连接，逆变桥的输出端和升压变压器的低压侧电性连接，升压变压器的高压侧与高压电网并联；控制盘分别与降压变压器、整流桥和逆变桥电性连接；
[0008]谐波滤波器用于滤除电网谐波，并将高压电网电压输出至降压变压器；
[0009]降压变压器将高压电网电压降压后作为整流桥的输入电压；
[0010]整流桥对输入的电压进行整流，输出直流电压；
[0011]逆变桥将输入的直流电压逆变成交流信号，并送入升压变压器的低压端；
[0012]升压变压器将逆变桥输入的电压升压后选择性的输出至高压电网，作为同步电动机的起动信号；
[0013]控制盘用于选择性的向整流桥的触发端和逆变桥的触发端发出控制信号，并带动同步电动机由断续换相向自动换相切换；
[0014]同步电动机、燃气轮机同轴安装，同步电动机接收到起动信号后，同轴带动燃气轮机起动。
[0015]在上述方案的基础上，优选的，所述控制盘包括检测单元、FPGA和ARM控制器；
[0016]检测单元的输入端分别与降压变压器的低压侧、整流桥的输出端和逆变桥的输出端电性连接，检测单元的输出端与FPGA的通用输入输出端电性连接；检测单元分别采集降压变压器的低压侧的电压信号、整流桥的输出电流信号和逆变桥的输出电压信号，并将采集到的信号发送至FPGA中；
[0017]FPGA的输入端还与整流桥和逆变桥的反馈端电性连接，FPGA的输出端与整流桥和逆变桥的触发端电性连接，FPGA还与ARM控制器通信连接；
[0018]ARM控制器根据FPGA输入的整流桥和逆变桥的反馈端信号以及检测单元采集的信号，计算同步电动机转子的位置和转速，生成控制信号并发送至FPGA中，FPGA的输出端选择性的向整流桥的触发端和逆变桥的触发端发出ARM控制器的控制信号，并带动同步电动机由断续换相向自动换相切换。
[0019]在上述方案的基础上，优选的，所述升压变压器和降压变压器均采用双绕组变压器，降压变压器的高压侧和低压侧均采用DY11接法，升压变压器的高压侧和低压侧均采用DY11接法；
[0020]降压变压器的低压侧和升压变压器的低压侧之间设置有整流桥和逆变桥；
[0021]检测单元分别对降压变压器的低压侧的线电压、整流桥输出端的母线电流、逆变桥输出的线电压和相电流进行采样，并将采样的电压或者电流信号输入到FPGA中。
[0022]在上述方案的基础上，优选的，所述整流桥和逆变桥均由六个带续流二极管的晶闸管构成三路桥臂形成，每路桥臂的上桥臂和下桥臂分别设置有一个晶闸管；晶闸管上的续流二极管的电压信号作为整流反馈信号或者逆变反馈信号隔离输出至FPGA的输入端；晶闸管的栅极均与FPGA的输出端信号连接。
[0023]在上述方案的基础上，优选的，还包括平波电抗器；
[0024]所述平波电抗器串联设置于整流桥和逆变桥之间，用于对母线电流进行平波，使得整流桥的输出电流信号更加平稳。
[0025]在上述方案的基础上，优选的，同步电动机的转子转速根据公式n
’
＝60f/p计算，其中n
’
是同步电动机转速，f为频率，p是同步电动机极对数。
[0026]在上述方案的基础上，优选的，所述整流桥、平波电抗器和逆变桥组成6－6脉波拓扑结构的电流源型静止变频器。
[0027]另一方面，本专利技术还提供了一种高压同步变频软起动设备的起动方法，所述方法包括如下步骤：
[0028]S1.将高压同步变频软起动设备初始化，高压同步变频软起动设备为同步电动机提供励磁，逆变桥按电压频率给定值输出电机正向旋转磁场，使得同步电动机开始转动，燃气轮机和同步电动机同轴转动，此时电压给定频率不超过5Hz；
[0029]检测单元开始进行采样，给定整流延时角α，并判断同步电动机转子的初始位置；
[0030]S2.调整逆变桥频率给定值为5Hz，在电机转速n
’
<10％n时，采用强制换相，将逆变桥输出端的电流降为零，关断所有导通的逆变桥晶闸管，改由ARM控制器和FPGA向逆变桥的晶闸管的栅极提供触发信号实现强制的断续换相，使逆变桥的晶闸管导通，整流桥的晶闸管导通重新恢复整流电压输出，保证同步电动机低速运行时的可靠换相，同步电动机带动燃气轮机同轴转动；
[0031]S3.在电机转速n
’
＝10％n时，停止逆变桥的晶闸管的强制换相，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压同步变频软起动设备，其特征在于，包括谐波滤波器、降压变压器、升压变压器、整流桥、逆变桥、控制盘、同步电动机和燃气轮机；谐波滤波器的一端与高压电网并联，谐波滤波器的另一端与降压变压器的高压侧连接，降压变压器的低压侧与整流桥的输入端电性连接，整流桥的输出端与逆变桥的输入端电性连接，逆变桥的输出端和升压变压器的低压侧电性连接，升压变压器的高压侧与高压电网并联；控制盘分别与降压变压器、整流桥和逆变桥电性连接；谐波滤波器用于滤除电网谐波，并将高压电网电压输出至降压变压器；降压变压器将高压电网电压降压后作为整流桥的输入电压；整流桥对输入的电压进行整流，输出直流电压；逆变桥将输入的直流电压逆变成交流信号，并送入升压变压器的低压端；升压变压器将逆变桥输入的电压升压后选择性的输出至高压电网，作为同步电动机的起动信号；控制盘用于选择性的向整流桥的触发端和逆变桥的触发端发出控制信号，并带动同步电动机由断续换相向自动换相切换；同步电动机、燃气轮机同轴安装，同步电动机接收到起动信号后，同轴带动燃气轮机起动。2.如权利要求1所述的一种高压同步变频软起动设备，其特征在于：所述控制盘包括检测单元、FPGA和ARM控制器；检测单元的输入端分别与降压变压器的低压侧、整流桥的输出端和逆变桥的输出端电性连接，检测单元的输出端与FPGA的通用输入输出端电性连接；检测单元分别采集降压变压器的低压侧的电压信号、整流桥的输出电流信号和逆变桥的输出电压信号，并将采集到的信号发送至FPGA中；FPGA的输入端还与整流桥和逆变桥的反馈端电性连接，FPGA的输出端与整流桥和逆变桥的触发端电性连接，FPGA还与ARM控制器通信连接；ARM控制器根据FPGA输入的整流桥和逆变桥的反馈端信号以及检测单元采集的信号，计算同步电动机转子的位置和转速，生成控制信号并发送至FPGA中，FPGA的输出端选择性的向整流桥的触发端和逆变桥的触发端发出ARM控制器的控制信号，并带动同步电动机由断续换相向自动换相切换。3.如权利要求1所述的一种高压同步变频软起动设备，其特征在于：所述升压变压器和降压变压器均采用双绕组变压器，降压变压器的高压侧和低压侧均采用DY11接法，升压变压器的高压侧和低压侧均采用DY11接法；降压变压器的低压侧和升压变压器的低压侧之间设置有整流桥和逆变桥；检测单元分别对降压变压器的低压侧的线电压、整流桥输出端的母线电流、逆变桥输出的线电压和相电流进行采样，并将采样的电压或者电流信号输入到FPGA中。4.如权利要求3所述的一种高压同步变频软起动设备，其特征在于：所述整流桥和逆变桥均由六个带续流二极管的晶闸管构成三路桥臂形成，每路桥臂的上桥臂和下桥臂分别设置有一个晶闸管；晶闸管上的续流二极管的电压信号作为整流反馈信号或者逆变反馈信号隔离输出至FPGA的输入端；晶闸管的栅极均与FPGA的输出端信号连接。5.如权利要求4所述的一种高压同步变频软起动设备，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁业庭，师光辉，邓双，肖钧，吴思思，史红燕，
申请(专利权)人：大力电工襄阳股份有限公司，
类型：发明
国别省市：