变速水泵-水轮机组在水泵工况下的起动及同步.pdf

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1、12变速水泵一水轮机组在水泵工况下的起动及同步变速水泵一水轮机组在水泵工况下的起动及同步(瑞士)YPannatier等[摘要]本文介绍了一台250MW变速水泵．水轮机组水泵工况的起动及同步过程。采用转子侧带三级电压源转换器(VSI)串联的双馈感应发电电动机即可实现这些过程，而无需其他任何辅助设备。给出了基于定子磁链定向控制的起动过程的控制策略。为了获得满足同步条件的最小转速，本文详细描述了控制过程的不同阶段，同时还介绍了伺步过程中定子电压幅值、频率和相位的控制。仿真结果验证了提出方法的有效性。[关键词]控制系统；仿真；感应电机；功率转换器

2、；水泵；水轮机；脉宽调制；转矩；变速1术语模；第四部分介绍基于定子磁链定向控制的起动过程[11,17；第五部分描述了同步过程的定子电压幅值、频时间相差，s率及相位控制；第六部分给出了两个过程的仿真结果；，定、转子频率标么值最后，第七部分为结论。f电流标么值转动惯量，kgm3电站建模玎转速标么值图l为电站的完整模型。P有功功率标么值定、转子电阻标么值拉普拉斯算符水泵水轮机转矩标么值电磁转矩标么值Th，Park方程中的转子位置角，radU电压标么值，定、转子总电抗标么值激磁电抗标么值’09角频率，rad／s同步->转速变压器控制起动过程同步过

3、程转速控制lf，磁链标么值转换指令图l电站的完整模型2引言转轮不带水起动，水泵水轮机用一个随转速变化未来一些年里，风电场和水电站这样的可再生能的阻力矩进行简单建模，该转矩包括水泵水轮机的摩源将在电网中起到更重要的作用。由于风电的波动性很大，风电占有比例高的电网，尤其是孤立电网，可擦损耗、通风损耗及轴承损耗引起的阻力矩，为水泵能会很不稳定。变速水泵水轮机组能够显著增加电网额定转速时额定转矩的2．8％。的稳定性，从而克服这一问题【1．’181。过去十年电力系统的整个模型包括一个双馈感应发电电动里，对变速水泵水轮机组运行行为的建模和分析已经机，

4、转子侧为三级电压源转换器(VSI)串联L8。有几篇出版的文献介绍【2】，而对于这种机组的起动和表l给出了双馈感应发电机的主要参数，建模公式均同步过程的研究还没有报道。本文旨在详细介绍与这为同步参考坐标系下的标么值形式。些过程有关的理论知识，以保证仅用正常运行工况下型=谯++1运行的现有设备，即能实现这些运行工况。分析表明，‘在特定条件下，水泵工况的起动和同步在合理的时间丝，=+if,．，+1，内即可成功实现，无需其他任何附加设备。，=Xs。i+Xh‘本文由以下几部分组成：第三部分介绍电站的建14变速水泵一水轮机组在水泵工况下的起动及同步2

5、013．N3首先，由式(3)和(4)可得到定转子电流：(25)：lI≈一．—!l_一—旦(15)f：—¨r：—1．—一——一下06)转子电压随转子频率线性增加。因此，考虑由式0’，0’^一(7)计算出的转子电压最大值．m，由式(25)和2一．(12)可推导出额定转矩下转速可达到的最大值。一仃：l一—L其中，一，』-．旦电机达到了最大转子电压对应的转速时，为了保持转子继续加速，必须减小q轴定子磁链或转子电流，将式(15)代人式(1)，式(16)代入式(2)，且u=0，得：如式(24)，这里选择前者。{C．第二步：减小磁链一．．(17)由式(

6、24)可得定子磁链如下：一：一一)2(26)，，’(18)r．因此，一旦转子电压达到最大值，就根据下式减小磁链，其中：’：，：03。r∞n‘rr丢(27)s,A-，在稳定状态，由式(17)可得转子磁链，由式(18)由于磁链设定点不再是常数，而依赖电流，因可得转子电压，：此为了使电磁转矩最大，必须计算q轴转子电流设定=点。，0+fi~ofsL)．_Xr．(9)D．第三步：减小q轴转子电流：．一—．．(20)依据式(27)减小磁链后，电磁转矩可表示为如下形式：将式(19)代人式(20)得：嘉【28)『I地丝坠(21)coS,’XtlX~}如果

7、满足如下条件，此转矩将最大：利用公式(II)，可得：老=。：一瓦Urmax(29)=‘劫为了使此转矩达到最大，必须依据式(29)减小q考虑式(9)并忽略转子电阻，可得：轴转子电流，q轴转子电流设定点由下式给出：一≤rmax：Irq_set=～]](23)．o．(3jou)，／．／nlZ，rmax考虑转子电压模时，转子电压和转子频率之间的~,tx．一-／，．一关系可表示为：(24)5同步过程{?≈一“如本节的B部分所介绍的，一旦电机达到了满足同步条件的最小转速，定子绕组断开并调节定子电压，负号是由于转子频率在起动过程中是负的，如式使电机与电

8、网同步。如果定子侧和电网侧电压幅值、(12)。频率和相位都相等，同步将是最理想的。最后，当考虑q轴额定定子磁链和转子电流时，A．定子电压幅值控制可得：定子电压幅值可通过d轴和q轴转子电流进行控