[發(fā)明專利]一種動態(tài)無功補償器的控制系統(tǒng)及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110362105.8
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN102386627A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王建豐;魏澈;謝小榮;黃業(yè)華;劉國鋒;張強;向守安;劉皓;胡鵬;戴國華;昝智海
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋石油總公司;中海石油研究中心;清華大學(xué);中海石油（中國）有限公司天津分公司;中海石油（中國）有限公司湛江分公司
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關(guān)暢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電機(jī)和電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域中動態(tài)無功補償器的控制系統(tǒng)及其控制方法，特別是關(guān)于一種用于支持大型異步電機(jī)直接啟動的動態(tài)無功補償器的控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

在實際應(yīng)用中存在一些規(guī)模較小、電氣聯(lián)系相對薄弱和對負(fù)荷沖擊比較敏感的電網(wǎng)，例如：遠(yuǎn)距離放射性電網(wǎng)的送電末端和海上油田群電網(wǎng)這類總裝機(jī)容量不大的電力系統(tǒng)。以典型的海上油田群電網(wǎng)為例，它通常是由數(shù)個平臺電站通過遠(yuǎn)距離海纜聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成，每個電站平臺包括數(shù)臺單機(jī)容量不大(2～15MW)的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)，同時還安裝了用于海上油田開發(fā)所必須的大型異步電動機(jī)負(fù)荷，如注水泵等，電機(jī)的容量通常很大，達(dá)到數(shù)MW。這些大型電機(jī)直接啟動時，會吸收大量的無功功率(通常達(dá)到或超過額定功率的5倍)，由于所接入的電網(wǎng)相對薄弱，會導(dǎo)致母線電壓急劇下降，可能造成一系列的不利后果，如：大型電機(jī)啟動緩慢甚至不能順利啟動、同母線或附近的其他負(fù)荷因低電壓而脫扣、同母線或附近的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)因無功功率急劇增長而過載跳閘等等。

上述問題雖然可以采用降壓啟動、軟啟動和變頻啟動等方法來避開大型電機(jī)直接啟動帶來的問題，但由于需要調(diào)整電機(jī)的啟動回路，對于一些已經(jīng)投產(chǎn)的大型異步電機(jī)而言，改造工作較復(fù)雜、難度很大，且投資不菲。而另一方面，隨著大容量電力電子技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，新型的動態(tài)無功補償器如：靜止無功補償器(SVC)和靜止同步補償器(STATCOM)已經(jīng)在現(xiàn)代電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用，其用途包括：調(diào)節(jié)電網(wǎng)潮流、改善電能質(zhì)量、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等。研究發(fā)現(xiàn)，通過在大型電機(jī)附近安裝一定容量的動態(tài)無功補償器并適當(dāng)設(shè)計其控制策略，在電機(jī)直接啟動過程中提供快速動態(tài)無功支持，則可以有效解決上述大電機(jī)直接啟動問題。這種方案的突出優(yōu)點是：動態(tài)無功補償器不改變大型電機(jī)的接線和啟動方式，而且還兼具其它多種應(yīng)用功能，對于綜合解決小型電網(wǎng)的供電可靠性和穩(wěn)定性具有重要的意義。

然而，在實現(xiàn)這些動態(tài)無功補償器的控制方法時，即常規(guī)的電壓控制內(nèi)環(huán)與無功控制內(nèi)環(huán)，對于小電網(wǎng)中大型電動機(jī)的啟動雖然有一定積極意義，但仍然存在不足。這是因為其電壓控制雖然能感應(yīng)到大電機(jī)啟動時母線電壓跌落而注入一定的無功補償，但由于母線電壓的響應(yīng)速度要慢于電機(jī)的無功突增，導(dǎo)致動態(tài)無功補償?shù)乃俣冗_(dá)不到要求，而且通過簡單的電壓調(diào)節(jié)來進(jìn)行控制，可能需要很大的補償容量；而常規(guī)的無功控制響應(yīng)速度更慢，無法即使補償大電機(jī)啟動帶來的無功突增。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能快速補償小電網(wǎng)下大型異步電機(jī)啟動過程中大量無功需求，穩(wěn)定母線電壓，加快電機(jī)啟動過程，并能提高小電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善大電機(jī)啟動性能的動態(tài)無功補償器的控制系統(tǒng)及其控制方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種動態(tài)無功補償器的控制系統(tǒng)，其特征在于：它包括電機(jī)啟動切換器、無功功率調(diào)節(jié)器、切換器、電壓調(diào)節(jié)器和電機(jī)啟動無功補償器；所述電機(jī)啟動切換器連接在大型異步電機(jī)的輸入端，所述電機(jī)啟動切換器輸出的第一路切換信號和第四路控制信號輸入至所述無功功率調(diào)節(jié)器內(nèi)，控制所述無功功率調(diào)節(jié)器對動態(tài)無功補償器進(jìn)行無功功率的慢動態(tài)調(diào)控；所述無功功率調(diào)節(jié)器輸出端經(jīng)所述切換器連接所述電壓調(diào)節(jié)器的輸入端，所述切換器由所述電機(jī)啟動切換器輸出的第二路切換信號控制其通、斷；所述電機(jī)啟動切換器輸出的第三路切換信號輸入至所述電機(jī)啟動無功補償器內(nèi)，控制所述電機(jī)啟動無功補償器與所述電壓調(diào)節(jié)器的通、斷；所述電機(jī)啟動無功補償器輸出的無功信號輸入至所述電壓調(diào)節(jié)器內(nèi)，所述電壓調(diào)節(jié)器將接收到的所述無功功率調(diào)節(jié)器輸出的無功功率和所述電機(jī)啟動無功補償器輸出的無功信號，在所述電機(jī)啟動切換器輸出的第五路控制信號的控制下，對動態(tài)無功補償器進(jìn)行無功功率的快動態(tài)調(diào)控。

所述無功功率調(diào)節(jié)器包括參考值切換器、比較器、PI控制器和移相器；所述參考值切換器在所述第一路切換信號控制下，使所述無功功率調(diào)節(jié)器的參考輸入值在系統(tǒng)調(diào)度給定的無功參考值和預(yù)備啟動狀態(tài)給定的無功參考值之間切換；所述參考值切換器將輸出的無功參考值送入所述比較器內(nèi)，與動態(tài)無功補償器當(dāng)前輸出的無功功率值相減，得到的無功偏差值輸入所述PI控制器內(nèi)；所述PI控制器由所述第四路控制信號調(diào)整其積分初值；所述PI控制器的輸出值傳輸至所述移相器，所述移相器對所述PI控制器的輸出值進(jìn)行增益和移相處理后輸出至所述切換器。

所述電機(jī)啟動無功補償器包括除法器、比例器和另一個切換器；所述除法器將接收到的大型異步電機(jī)吸收的無功功率除以接收到的母線電壓，得到無功電流，所述無功電流依次經(jīng)所述比例器和切換器后輸入至所述電壓調(diào)節(jié)器。