一种晶闸管电流源型变频器输出变压器的控制方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种晶闸管电流源型变频器输出变压器的控制方法与系统，在确定变频器高压侧输出回路电阻的基础上，确定高压侧直流电流的输出幅值与最大持续时间的关系，进一步确定变频器启动力矩与最大持续时间的关系，最后计算出变频器带输出变压器直接运行时可拖动机组旋转的最大角度，确定变频器输出侧旁路刀闸的运行模式；本发明专利技术将变压器交流额定参数用在直流电流传变上，并在此基础上判断变频器在变压器饱和前可拖动机组的旋转角度，以此来判断是否需要采用旁路输出变压器的模式来启动机组，大大降低了旁路刀闸分合的次数，有效避免了变频器启动机组时因旁路刀闸异常造成的启机失败，提升了机组启动的成功率。提升了机组启动的成功率。提升了机组启动的成功率。

【技术实现步骤摘要】
一种晶闸管电流源型变频器输出变压器的控制方法与系统


[0001]本专利技术涉及一种晶闸管电流源型变频器输出变压器的控制方法与系统，属于电力系统的晶闸管电流源型变频器


技术介绍

[0002]抽水蓄能是技术最成熟、经济性最优、最具大规模开发条件的储能方式，是电力系统绿色、低碳、清洁的灵活调节电源，具有调峰、调频、调相、储能、系统备用和黑启动等功能，以及容量大、工况多、速度快、可靠性高、经济性好等技术经济优势，在保障大电网安全、促进新能源消纳、提升全系统性能中发挥着基础作用。双碳背景下，加快发展抽水蓄能，是构建新型电力系统的迫切要求，是保障电力系统安全稳定运行的重要支撑，是可再生能源大规模发展的重要保障。
[0003]晶闸管电流源型变频器(SFC)是抽水蓄能机组抽水工况下的首选启动设备，且多采用带有输入变压器、输出变压器的高低高电压拓扑结构。低频(小于3～6Hz)输出状态下，为防止输出变压器饱和，需通过旁路刀闸将输出变压器旁路，SFC机桥侧阀组直接与机组连接；当频率升高后(大于3～6Hz)，旁路刀闸切换至带输出变压器运行模式，SFC由直接拖动机组方式转为通过输出变压器拖动机组方式运行。抽蓄机组每次启机均需要旁路刀闸投切一次，旁路刀闸的偶发性故障已成为影响抽水蓄能机组启动成功率的一个重要因素，如SFC能直接带变压器启动，或者减少投切旁路刀闸的次数，将大大提升抽水蓄能机组启动的成功率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种晶闸管电流源型变频器输出变压器的控制方法与系统。
[0005]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种晶闸管电流源型变频器输出变压器的控制方法，包括：
[0007]获取输出变压器高压侧绕组电阻、发电机定子绕组电阻以及二者之间线路的电阻，计算获取晶闸管电流源型变频器SFC高压侧输出回路的电阻；
[0008]通过SFC高压侧输出回路的电阻，以及预先在SFC低压侧施加的设定幅值的直流电流，计算获取输出变压器高压侧直流电流与最大持续时间的关系；
[0009]通过变压器高压侧直流电流，获取SFC低频运行时的启动力矩，计算获取SFC启动力矩与最大持续时间的关系；
[0010]获取机组从静止状态下启机的启动力矩、阻力矩参数，基于力矩拖动公式，在设定启动力矩及其对应的最大持续时间内，计算出SFC可拖动机组旋转的最大角度；
[0011]根据所述SFC可拖动机组旋转的最大角度以及预先获取的机桥侧的脉冲数、机组的极对数，确定SFC输出侧旁路刀闸的运行模式。
[0012]进一步的，所述SFC高压侧输出回路的电阻参数R2是输出变压器高压侧绕组电阻R
T1
、发电机定子电阻R
G
、输出回路电缆或封闭母线电阻R
L
、输出断路器接触电阻R
DL
之和的2倍。
[0013]进一步的，所述通过SFC高压侧输出回路的电阻，以及预先在SFC低压侧施加的设定幅值的直流电流，计算获取输出变压器高压侧直流电流与最大持续时间的关系，包括：
[0014]在输出变压器的低压侧输入电流I
d1
时，高压侧传变一定比值的I
d2
，此时高压侧电压为：
[0015][0016]其中：U2为输出变压器高压侧电压；N1、N2是输出变压器低压侧、高压侧的匝数；
[0017]在输出变压器低压侧的施加直流电流I
d1
，变压器饱和前，高压侧的感应电势为：
[0018][0019]其中：是输出变压器可运行的最大磁通值，t
m
是通过直流时的最大运行时间；
[0020]因已将输出变压器高压侧绕组内阻等效至输出回路电阻R2内，所以U2＝e2，则：
[0021][0022]根据输出变压器设计：
[0023][0024]其中：U
2N
是输出变压器高压侧额定电压，f
N
是输出变压器额定频率，由式(4)得：
[0025][0026]将式(5)代入式(3)得：
[0027][0028]公式(6)确定输出变压器高压侧传变直流电流I
d2
与最大持续时间的关系t
m
成反比，且唯一对应。
[0029]进一步的，所述通过变压器高压侧直流电流，获取SFC低频运行时的启动力矩，计算获取SFC启动力矩与最大持续时间的关系，包括：
[0030]根据SFC拖动力矩公式，变频拖动力矩的平均值为：
[0031][0032]其中：ρ
m
为机组极对数，Ψ为机组磁链，γ0为换相冗余角、μ为换相重叠角；
[0033]在低频阶段，SFC采用脉冲换相模式，此时则式(7)可简化为：
[0034][0035]其中：在机组启动初期，机组磁链通过励磁电流控制，恒定不变，所以k
T
为固定值，将式(8)代入式(6)得：
[0036][0037]公式(9)确定变频器启动力矩T
d
与最大持续时间t
m
成反比关系，且唯一对应。
[0038]进一步的，所述基于力矩拖动公式，在设定启动力矩及其对应的最大持续时间内，计算出SFC可拖动机组旋转的最大角度，包括：
[0039]根据力矩拖动原理：
[0040][0041][0042]其中：T
d
为启动力矩，T
r
为阻力矩，Ω为旋转角速度，θ为旋转角度；
[0043]机组从静止状态开始启动，整个拖动过程中启动力矩T
d
、阻力矩T
r
近似不变，机组旋转加速度Ω为恒定值，基于公式(10)、(11)，可得：
[0044][0045]θ
m
为输出变饱和前SFC可拖动机组旋转的最大角度。
[0046]进一步的，所述根据所述SFC可拖动机组旋转的最大角度以及预先获取的机桥侧的脉冲数、机组的极对数，确定SFC输出侧旁路刀闸的运行模式，包括：
[0047]SFC系统换相一次，机组所需要旋转的角度为：
[0048][0049]式中p为机组的极对数；n为机桥侧的脉冲数；
[0050]当θ
m
≥θ
c
时，SFC采用无旁路刀闸模式启动，将旁路刀闸切换至带输出变压器模式；当θ
m
＜θ
c
时，只有输出变压器在前2个换相间隔均不能出现饱和时，才可以采用无旁路刀闸模式启动；
[0051]第一次换相机组需旋转角度为(θ
c
‑
θ0)，用时为t1，基于式(12)，可得：
[0052][0053]第二次换相时，机组共计旋转角度为(2θ
c
‑
θ0)，用时为t2，基于式(12)，可得：
[0054][0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶闸管电流源型变频器输出变压器的控制方法，其特征在于，包括：获取输出变压器高压侧绕组电阻、发电机定子绕组电阻以及二者之间线路的电阻，计算获取晶闸管电流源型变频器SFC高压侧输出回路的电阻；通过SFC高压侧输出回路的电阻，以及预先在SFC低压侧施加的设定幅值的直流电流，计算获取输出变压器高压侧直流电流与最大持续时间的关系；通过变压器高压侧直流电流，获取SFC低频运行时的启动力矩，计算获取SFC启动力矩与最大持续时间的关系；获取机组从静止状态下启机的启动力矩、阻力矩参数，基于力矩拖动公式，在设定启动力矩及其对应的最大持续时间内，计算出SFC可拖动机组旋转的最大角度；根据所述SFC可拖动机组旋转的最大角度以及预先获取的机桥侧的脉冲数、机组的极对数，确定SFC输出侧旁路刀闸的运行模式。2.根据权利要求1所述的晶闸管电流源型变频器输出变压器的控制方法，其特征在于，所述SFC高压侧输出回路的电阻参数R2是输出变压器高压侧绕组电阻R
T1
、发电机定子电阻R
G
、输出回路电缆或封闭母线电阻R
L
、输出断路器接触电阻R
DL
之和的2倍。3.根据权利要求2所述的晶闸管电流源型变频器输出变压器的控制方法，其特征在于，所述通过SFC高压侧输出回路的电阻，以及预先在SFC低压侧施加的设定幅值的直流电流，计算获取输出变压器高压侧直流电流与最大持续时间的关系，包括：在输出变压器的低压侧输入电流I
d1
时，高压侧传变一定比值的I
d2
，此时高压侧电压为：其中：U2为输出变压器高压侧电压；N1、N2是输出变压器低压侧、高压侧的匝数；在输出变压器低压侧的施加直流电流I
d1
，变压器饱和前，高压侧的感应电势为：其中：是输出变压器可运行的最大磁通值，t
m
是通过直流时的最大运行时间；因已将输出变压器高压侧绕组内阻等效至输出回路电阻R2内，所以U2＝e2，则：根据输出变压器设计：其中：U
2N
是输出变压器高压侧额定电压，f
N
是输出变压器额定频率，由式(4)得：将式(5)代入式(3)得：公式(6)确定输出变压器高压侧传变直流电流I
d2
与最大持续时间的关系t
m
成反比，且唯一对应。
4.根据权利要求3所述的晶闸管电流源型变频器输出变压器的控制方法，其特征在于，所述通过变压器高压侧直流电流，获取SFC低频运行时的启动力矩，计算获取SFC启动力矩与最大持续时间的关系，包括：根据SFC拖动力矩公式，变频拖动力矩的平均值为：其中：ρ
m
为机组极对数，Ψ为机组磁链，γ0为换相冗余角、μ为换相重叠角；在低频阶段，SFC采用脉冲换相模式，此时则式(7)可简化为：其中：在机组启动初期，机组磁链通过励磁电流控制，恒定不变，所以k
T
为固定值，将式(8)代入式(6)得：公式(9)确定变频器启动力矩T
d
与最大持续时间t
m
成反比关系，且唯一对应。5.根据权利要求4所述的晶闸管电流源型变频器输出变压器的控制方法，其特征在于，所述基于力矩拖动公式，在设定启动力矩及其对应的最大持续时间内，计算出SFC可拖动机组旋转的最大角度，包括：根据力矩拖动原理：根据力矩拖动原理：其中：T
d
为启动力矩，T
r
为阻力矩，Ω为旋转角速度，θ为旋转角度；机组从静止状态开始启动，整个拖动过程中启动力矩T
d<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小红，杨合民，滕贤亮，胡静，简优宗，原晓琦，郭海山，霍峙昕，吴彦飞，张寅，田安民，施胜丹，吉同军，王国雨，徐伟，邸卉芳，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：