[發明專利]一種盾構機全自動混合型無功功率補償控制系統及方法

在審

• 申請號: 201611157021.X
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106786642A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 陳林;孫成龍;孫兆發;吳鐵軍
• 申請（專利權）人: 中交隧道局電氣化工程有限公司
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬于盾構機自動控制技術領域，尤其涉及一種盾構機全自動混合型無功功率補償控制系統及方法。

背景技術

目前，盾構施工法在隧道與地下工程的掘進中得到越來越廣泛的應用，為裝備制造業的發展起到積極地推動作用，也為基礎元件產業“2025中國制造”技術發展提出新的要求。通常在盾構機電網系統中存在大量的感性負載，感性負載消耗著大量的無功功率。由于盾構機供電網絡中流過的無功功率增加，會導致有功電流增大和視在功率增加，從而使變壓器、控制設備和電纜等電器設備容量增加，增大供電設備成本，同時會增大供電設備及線路損耗；另外還會導致變壓器及線路的壓降增大，使電網電壓產生波動，從而使供電最末端的刀盤電機等大功率用電設備出力下降，掘進效率降低，整體能耗增加。

在盾構機供電系統中，由于大都采用的是無功功率標準型補償的方式，這種方式難以及時反映及補償盾構機在不同工況模式下，由于負載率不同而導致的無功功率需求不一的問題，使得在現場運行過程中，容易產生過補償或欠補償的問題，再加之盾構機上存在著如刀盤主驅動變頻器等多種非線性負載，非線性負載產生大量諧波電流并注入到供電系統電網中，當這些諧波電流流經標準型無功補償裝置時，可能誘發諧波諧振等現象，從而導致盾構系統的無功補償裝置出現故障或損壞。因此，如何通過無功補償提高盾構機系統供電質量，降低盾構機供電損耗是當前面臨的一個嚴峻問題，而盾構機供電系統中的無功補償裝置的合理投運，是能否實現低成本節能的重要環節。

針對上述問題，一般采用安裝無功補償設備的方式，通過合理的補償無功功率來提高電能質量，達到節能降耗的目的。靜止無功補償器(Static var Compensator，STATCOM)能夠進行動態連續的無功功率補償，但是當單臺STATCOM容量要求較大時，由于電力電子器件制造工藝和工程造價的限制，往往在設計和工程實現上存在困難。而晶閘管投切電容器(Thyristor Switched Capacitor，TSC)雖然能夠滿足工程容量的要求，但其不能進行連續無級的無功功率補償，并且裝置的響應速度也不快，很難滿足盾構機供電系統對無功功率補償的要求。

為了克服上述缺陷，本發明針對大型盾構機低成本動態節能的實際需求提供了一種盾構機全自動混合型無功功率補償控制系統及方法，該控制系統具有自動控制、監控和惡劣環境下工作的盾構機無功功率自動補償功能，實現無級調節無功，抑制電網電壓跌落和電壓波動，低成本、大容量、動態連續的無功功率補償，提高電能質量，降低盾構機供電系統成本，節約用電，提高經濟效益。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種具有自動控制、監控和惡劣環境下工作的盾構機無功功率自動補償功能，實現無級調節無功，抑制電網電壓跌落和電壓波動，低成本、大容量、動態連續的無功功率補償，提高電能質量，降低盾構機供電系統成本，節約用電，提高經濟效益的盾構機全自動混合型無功功率補償控制系統及方法。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案，提供一種盾構機全自動混合型無功功率補償控制系統，包括：DSP控制器、模糊PI解耦控制器、電容器循環控制器、無功功率自動補償系統、供電母線，無功功率自動補償系統包括靜止無功補償器(TATCOM)和晶閘管投切電容器組(TSC組)，DSP控制器分別與模糊PI解耦控制器和電容器循環控制器連接，模糊PI解耦控制器和電容器循環控制器與無功功率自動補償系統連接，無功功率自動補償系統與供電母線連接，供電母線與DSP控制器之間連接有電壓互感器和電流互感器，所述電壓互感器和電流互感器并聯。

進一步地，所述靜止無功補償器(TATCOM)和晶閘管投切電容器組(TSC組)并聯，所述晶閘管投切電容器組(TSC組)由多個晶閘管投切電容器并聯構成。

進一步地，所述DSP控制器的一個輸出端與電容器循環控制器的輸入端電性連接，另一個輸出端與模糊PI解耦控制器的輸入端電性連接。

進一步地，所述電容器循環控制器的輸出端與晶閘管投切電容器組(TSC組)的輸入端電性連接。

進一步地，所述模糊PI解耦控制器的輸出端與靜止無功補償器(TATCOM)的輸入端電性連接。

進一步地，所述供電母線的一個輸出端與電壓互感器的輸入端電性連接，另一個輸出端與電流互感器的輸入端電性連接，所述電壓互感器和電流互感器的輸出端與DSP控制器的輸入端電性連接。

進一步地，所述無功功率自動補償系統與供電母線之間設有開關柜。

本發明的另一目的在于提供盾構機全自動混合型無功功率補償控制方法，包括以下步驟：