專利名稱：基于集成門極換向晶閘管的大功率抽水蓄能機組啟動系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及抽水蓄能機組技術，特別是涉及一種基于集成門極換向晶閘管的大功率抽水蓄能機組啟動系統(tǒng)的技術。
背景技術：
隨著工業(yè)用電水平的提高及新能源發(fā)電的大力建設，人們對于調峰用抽水蓄能電站的需求越來越迫切。抽水蓄能電站在電網處于高峰負載時可作為發(fā)電機運行，向電網提供電能；在電網處于低谷負載時作為電動機運行，驅動水泵，把下游水庫的水抽回上游水庫，將電能轉換成勢能以作備用。抽水蓄能電站能夠發(fā)揮調峰填谷、調頻、調相、事故備用和黑起動等多重功能，可以有效減少火電機組參與調峰啟停的次數，火電機組可以少擔負甚至不擔負調峰填谷的任務，從而實現高效平穩(wěn)運行，保證電網供電可靠性。因此，抽水蓄能電站合理有效的利用，可減少常規(guī)火電調峰電源建設和火電機組排放污染氣體，對改善電力系統(tǒng)的運行條件及保護環(huán)境具有重要意義。大功率抽水蓄能機組(單機容量300MW以上)在水泵工況下的啟動是必須要考慮的問題。在現有技術中，大部分抽水蓄能機組水泵工況啟動用SFC(靜止變頻裝置)采用的是傳統(tǒng)可控硅變頻裝置，由于可控硅器件的特性及電路拓撲缺陷，其存在結構復雜、損耗大、啟動時間慢、諧波含量高、無功沖擊大等缺點，將會對電網和電機產生不利影響。

發(fā)明內容
針對上述現有技術中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種系統(tǒng)結構簡潔、控制精確、維護方便、諧波含量小、無功沖擊小、效率高，力矩特性良好，能提高機組并網成功率的基于集成門極換向晶閘管的大功率抽水蓄能機組啟動系統(tǒng)。為了解決上述技術問題，本發(fā)明所提供的一種基于集成門極換向晶閘管的大功率抽水蓄能機組啟動系統(tǒng)，包括供電網、同步電機，其特征在于還包括靜止變頻裝置、勵磁裝置和并網開關；所述同步電機的電樞繞組經并網開關連接供電網；所述勵磁裝置包括勵磁側變壓器和勵磁側晶間管功率單元，所述勵磁側變壓器的有一個原邊繞組、一個副邊繞組，其原邊繞組依次經一勵磁側真空開關、一勵磁側互感器接到供電網，其副邊繞組經勵磁側晶閘管功率單元接到同步電機的勵磁繞組；所述靜止變頻裝置包括一個濾波器、一個升壓變壓器、三個變頻側晶間管功率單元和三個降壓變壓器，所述三個變頻側晶間管功率單元與三個降壓變壓器一一對應；所述降壓變壓器有一個原邊繞組、兩個副邊繞組；三個降壓變壓器的原邊繞組各依次經一電網側真空開關、一電網側互感器分別接到供電網；所述變頻側晶間管功率單元有一個輸入端、一個供電端、兩個輸出端，其兩個輸出端分別為第一輸出端、第二輸出端，每個變頻側晶間管功率單元的輸入端和供電端均分別接到對應降壓變壓器的兩個副邊繞組，各變頻側晶間管功率單元的第二輸出端相互串聯(lián)；
所述濾波器有三個輸入端、三個輸出端，其三個輸入端分別連接三個變頻側晶閘管功率單元的第一輸出端；所述升壓變壓器有一個原邊繞組、一個副邊繞組，其原邊繞組分別連接濾波器的三個輸出端，其副邊繞組依次經一電機側真空開關、一電機側互感器接同步電機的電樞繞組。進一步的，所述勵磁側晶閘管功率單元是三相晶閘管整流橋。進一步的，所述降壓變壓器的原邊繞組采用Y型連接，其一個副邊繞組采用Y型連接，另一副邊繞組采用Δ型連接，兩個副邊繞組之間的相位相差30°。進一步的，所述變頻側晶間管功率單元包括整流模塊、直流電容模塊、緩沖吸收模塊和逆變模塊；所述整流模塊由兩組三相晶間管整流橋組成，兩組三相晶間管整流橋的輸入端分別接到本單元所對應的降壓變壓器的兩個副邊繞組；所述緩沖吸收模塊由一緩沖電感、一緩沖電阻、一緩沖二極管、一緩沖電容組成， 所述緩沖電感及緩沖電容的兩端均分別為第一連接端、第二連接端，所述緩沖電感及緩沖電容的第一連接端分別構成緩沖吸收模塊的兩個輸入端，緩沖電感及緩沖電容的第二連接端分別構成緩沖吸收模塊的兩個輸出端，所述緩沖電感的第一連接端經緩沖電阻接到緩沖電容的第二連接端，其第二連接端經緩沖二極管接到緩沖電容的第二連接端；所述直流電容模塊由兩個高頻電容組成，兩個高頻電容的一端分別接到整流模塊中的兩組三相晶閘管整流橋的輸出端，兩個高頻電容的另一端分別接到緩沖吸收模塊的兩個輸入端；所述逆變模塊由兩個集成門極換向晶閘管功率組件組成，每個集成門極換向晶閘管功率組件由集成門極換向晶閘管構成二極管中點鉗位三電平結構，兩個集成門極換向晶閘管功率組件的集成門極換向晶閘管中點輸出端分別構成變頻側晶閘管功率單元的兩個輸出端，兩個集成門極換向晶閘管功率組件的輸入端分別接到緩沖吸收模塊的兩個輸出端。進一步的，所述濾波器是LC濾波器。進一步的，所述供電網PG的電壓為18kV。本發(fā)明提供的基于集成門極換向晶閘管的大功率抽水蓄能機組啟動系統(tǒng)，利用靜止變頻裝置輸出恒定轉矩使同步電機加速運行，由于靜止變頻裝置采用了具有自關斷能力的變頻側晶間管功率單元，故在同步電機啟動初期不必采用傳統(tǒng)的強迫換流方式，大大提高了機組啟動的成功率與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，與傳統(tǒng)可控硅變頻啟動系統(tǒng)相比，具有系統(tǒng)結構簡潔、控制精確、維護方便、諧波含量小、無功沖擊小、效率高，力矩特性良好的特點，且無力矩波動和速度波動，同步電機啟動過程平穩(wěn)，提高了機組的并網成功率。


圖1是本發(fā)明實施例的基于集成門極換向晶閘管的大功率抽水蓄能機組啟動系統(tǒng)的結構示意圖；圖2是本發(fā)明實施例的基于集成門極換向晶閘管的大功率抽水蓄能機組啟動系統(tǒng)中的緩沖吸收模塊的電路圖。
具體實施例方式以下結合

對本發(fā)明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結構及其相似變化，均應列入本發(fā)明的保護范圍。如圖1所示，本發(fā)明實施例所提供的一種基于集成門極換向晶閘管的大功率抽水蓄能機組啟動系統(tǒng)，包括供電網PG、同步電機G，其特征在于還包括靜止變頻裝置SFC、勵磁裝置EX和并網開關QF6 ；所述同步電機G的電樞繞組經并網開關QF6連接供電網PG ；所述勵磁裝置EX包括勵磁側變壓器TR5和勵磁側晶閘管功率單元B4，所述勵磁側變壓器TR5的有一個原邊繞組、一個副邊繞組，其原邊繞組依次經一勵磁側真空開關QF5、 一勵磁側互感器TVA5接到供電網PG，其副邊繞組經勵磁側晶閘管功率單元B4接到同步電機G的勵磁繞組；所述靜止變頻裝置SFC包括一個濾波器FIL、一個升壓變壓器TR4、三個變頻側晶閘管功率單元B1、B2、B3和三個降壓變壓器TR1、TR2、TR3，所述三個降壓變壓器分別為第一降壓變壓器TR1、第二降壓變壓器TR2、第三降壓變壓器TR3，所述三個變頻側晶閘管功率單元分別為第一變頻側晶閘管功率單元Bi、第二變頻側晶閘管功率單元B2、第三變頻側晶閘管功率單元B3，三個變頻側晶間管功率單元與三個降壓變壓器一一對應；所述降壓變壓器有一個原邊繞組、兩個副邊繞組；三個降壓變壓器的原邊繞組各依次經一電網側真空開關、一電網側互感器分別接到供電網PG，其中第一降壓變壓器TRl 的原邊繞組經電網側真空開關QF1、電網側互感器TVAl接到供電網PG，第二降壓變壓器TR2 的原邊繞組經電網側真空開關QF2、電網側互感器TVA2接到供電網PG，第三降壓變壓器TR3 的原邊繞組經電網側真空開關QF3、電網側互感器TVA3接到供電網PG ；所述變頻側晶間管功率單元有一個輸入端、一個供電端、兩個輸出端，其兩個輸出端分別為第一輸出端、第二輸出端，每個變頻側晶間管功率單元的輸入端和供電端均分別接到對應降壓變壓器的兩個副邊繞組，其中第一變頻側晶間管功率單元Bl的輸入端和供電端分別接到對應降壓變壓器TRl的兩個副邊繞組，第二變頻側晶閘管功率單元B2的輸入端和供電端分別接到對應降壓變壓器TR2的兩個副邊繞組，第三變頻側晶間管功率單元B3 的輸入端和供電端分別接到對應降壓變壓器TR3的兩個副邊繞組；各變頻側晶間管功率單元的第二輸出端相互串聯(lián)；所述濾波器FIL有三個輸入端、三個輸出端，其三個輸入端分別連接三個變頻側晶閘管功率單元Bi、B2、B3的第一輸出端；所述升壓變壓器TR4有一個原邊繞組、一個副邊繞組，其原邊繞組分別連接濾波器FIL的三個輸出端，其副邊繞組依次經一電機側真空開關QF4、一電機側互感器TVA4接同步電機的電樞繞組。本發(fā)明實施例中，所述勵磁側變壓器TR5、升壓變壓器TR4及三個降壓變壓器TRl、 TR2、TR3均為交流變交流的交交變壓器。本發(fā)明實施例中，所述勵磁側晶閘管功率單元B4為現有技術，具體為三相晶閘管整流橋，用于將交流電變換為直流電。本發(fā)明實施例中，所述降壓變壓器的原邊繞組采用Y型連接，其一個副邊繞組采用Y型連接，另一副邊繞組采用Δ型連接，兩個副邊繞組之間的相位相差30°，可以降低電網側輸入電流的諧波含量。本發(fā)明實施例中，所述變頻側晶閘管功率單元包括整流模塊、直流電容模塊、緩沖吸收模塊和逆變模塊；所述整流模塊為現有技術，由兩組三相晶間管整流橋組成，兩組三相晶間管整流橋的輸入端分別接到本單元所對應的降壓變壓器的兩個副邊繞組；如圖2所示，所述緩沖吸收模塊為現有技術，由一緩沖電感L、一緩沖電阻R、一緩沖二極管D、一緩沖電容C組成，用于避免集成門極換向晶閘管流過大電流和出現高電壓， 或為錯開同時出現電壓、電流峰值，所述緩沖電感L及緩沖電容C的兩端均分別為第一連接端、第二連接端，所述緩沖電感L及緩沖電容C的第一連接端分別構成緩沖吸收模塊的兩個輸入端，緩沖電感L及緩沖電容C的第二連接端分別構成緩沖吸收模塊的兩個輸出端，所述緩沖電感L的第一連接端經緩沖電阻R接到緩沖電容C的第二連接端，其第二連接端經緩沖二極管D接到緩沖電容C的第二連接端；所述直流電容模塊由兩個高頻電容組成，兩個高頻電容均采用EPCOS公司生產的型號為B25856的電容，每個高頻電容的直流電壓可達2500V，兩個高頻電容的一端分別接到整流模塊中的兩組三相晶閘管整流橋的輸出端，兩個高頻電容的另一端分別接到緩沖吸收模塊的兩個輸入端；所述逆變模塊為現有技術，由兩個集成門極換向晶閘管(IGCT)功率組件組成，每個集成門極換向晶閘管功率組件由集成門極換向晶閘管(IGCT)構成二極管中點鉗位三電平結構，用于將直流電壓逆變?yōu)樗璧慕涣麟妷海瑑蓚€集成門極換向晶閘管功率組件的集成門極換向晶閘管(IGCT)中點輸出端分別構成變頻側晶閘管功率單元的兩個輸出端，所述集成門極換向晶閘管(IGCT)的規(guī)格為4500V/4000A，兩個集成門極換向晶閘管(IGCT)功率組件連接后輸出有效值可達3300V，兩個集成門極換向晶間管功率組件的輸入端分別接到緩沖吸收模塊的兩個輸出端。本發(fā)明實施例中，所述濾波器FIL為現有技術，是由電容與電感組成的LC濾波器， 用于對變頻側晶閘管功率單元輸出進行濾波。本發(fā)明實施例中，所述供電網PG的電壓為18kV。采用本發(fā)明系統(tǒng)在大功率抽水蓄能機組水泵工況啟動過程如下電機啟動時，勵磁裝置EX產生激磁，使同步電機內部產生轉子磁場，在轉子磁場穩(wěn)定建立后，靜止變頻裝置SFC向同步電機的定子側提供電流以形成電樞磁場，為了克服在啟動初期同步電機較大的轉動慣量，靜止變頻裝置SFC向同步電機輸入頻率很低近似方波的直流電，然后根據同步電機感應電勢計算轉子位置實現跟蹤啟動，其計算方式為現有技術，通過檢測同步電機感應電勢進行積分運算來計算出轉子空間位置；在同步電機啟動期間，靜止變頻裝置SFC通過矢量控制技術輸出恒定轉矩使其加速運行，該矢量控制技術為現有技術，具體為空間矢量調制技術(SVPWM)，由于靜止變頻裝置SFC采用了具有自關斷能力的集成門極換向晶閘管(IGCT)器件，故在同步電機啟動初期不必采用傳統(tǒng)的強迫換流方式，大大提高了機組啟動的成功率與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在同步電機加速過程中，通過加快集成門極換向晶閘管(IGCT)的開關動作，改變脈沖間距，使靜止變頻裝置SFC輸出電壓的幅值和頻率不斷提高，從而帶動同步電機加速運行。本發(fā)明實施例中，所述靜止變頻裝置SFC和勵磁裝置EX中均內置有ftOfibus通訊板，通過ftOfibus通訊板可連接到外部集控系統(tǒng)，將靜止變頻裝置SFC及勵磁裝置EX連接到外部集控系統(tǒng)后，當同步電機轉速加速到額定轉速的99%時，靜止變頻裝置SFC通過 ftOfibus通訊板向外部集控系統(tǒng)發(fā)出同期運行指令，集控系統(tǒng)接到指令后開始進行同期調整，并不斷發(fā)出調節(jié)指令給靜止變頻裝置SFC和勵磁裝置EX，分別使得同步電機端電壓的幅值、相角和頻率與供電網PG電壓同步，在判定同步條件確定后，外部集控系統(tǒng)再發(fā)出“同期完成可并網”指令，使并網開關QF6動作完成并網，并在并網成功后向靜止變頻裝置SFC 發(fā)出并網成功信號，靜止變頻裝置SFC收到并網成功信號，進行自鎖退出運行，從而完成整個啟動過程，并通過電機側真空開關QF4操作斷開靜止變頻裝置SFC與同步電機的連接，在同步電機并網且靜止變頻裝置SFC未退出瞬間，靜止變頻裝置SFC通過調節(jié)進行自我保護， 防止受到反向電流的沖擊。
權利要求
1.一種基于集成門極換向晶閘管的大功率抽水蓄能機組啟動系統(tǒng)，包括供電網、同步電機，其特征在于還包括靜止變頻裝置、勵磁裝置和并網開關；所述同步電機的電樞繞組經并網開關連接供電網；所述勵磁裝置包括勵磁側變壓器和勵磁側晶間管功率單元，所述勵磁側變壓器的有一個原邊繞組、一個副邊繞組，其原邊繞組依次經一勵磁側真空開關、一勵磁側互感器接到供電網，其副邊繞組經勵磁側晶閘管功率單元接到同步電機的勵磁繞組；所述靜止變頻裝置包括一個濾波器、一個升壓變壓器、三個變頻側晶間管功率單元和三個降壓變壓器，所述三個變頻側晶間管功率單元與三個降壓變壓器一一對應；所述降壓變壓器有一個原邊繞組、兩個副邊繞組；三個降壓變壓器的原邊繞組各依次經一電網側真空開關、一電網側互感器分別接到供電網；所述變頻側晶間管功率單元有一個輸入端、一個供電端、兩個輸出端，其兩個輸出端分別為第一輸出端、第二輸出端，每個變頻側晶閘管功率單元的輸入端和供電端均分別接到對應降壓變壓器的兩個副邊繞組，各變頻側晶間管功率單元的第二輸出端相互串聯(lián)；所述濾波器有三個輸入端、三個輸出端，其三個輸入端分別連接三個變頻側晶間管功率單元的第一輸出端；所述升壓變壓器有一個原邊繞組、一個副邊繞組，其原邊繞組分別連接濾波器的三個輸出端，其副邊繞組依次經一電機側真空開關、一電機側互感器接同步電機的電樞繞組。
2.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述勵磁側晶閘管功率單元是三相晶閘管整流橋。
3.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述降壓變壓器的原邊繞組采用Y型連接，其一個副邊繞組采用Y型連接，另一副邊繞組采用Δ型連接，兩個副邊繞組之間的相位相差30°。
4.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述變頻側晶閘管功率單元包括整流模塊、直流電容模塊、緩沖吸收模塊和逆變模塊；所述整流模塊由兩組三相晶間管整流橋組成，兩組三相晶間管整流橋的輸入端分別接到本單元所對應的降壓變壓器的兩個副邊繞組；所述緩沖吸收模塊由一緩沖電感、一緩沖電阻、一緩沖二極管、一緩沖電容組成，所述緩沖電感及緩沖電容的兩端均分別為第一連接端、第二連接端，所述緩沖電感及緩沖電容的第一連接端分別構成緩沖吸收模塊的兩個輸入端，緩沖電感及緩沖電容的第二連接端分別構成緩沖吸收模塊的兩個輸出端，所述緩沖電感的第一連接端經緩沖電阻接到緩沖電容的第二連接端，其第二連接端經緩沖二極管接到緩沖電容的第二連接端；所述直流電容模塊由兩個高頻電容組成，兩個高頻電容的一端分別接到整流模塊中的兩組三相晶間管整流橋的輸出端，兩個高頻電容的另一端分別接到緩沖吸收模塊的兩個輸入端；所述逆變模塊由兩個集成門極換向晶閘管功率組件組成，每個集成門極換向晶閘管功率組件由集成門極換向晶閘管構成二極管中點鉗位三電平結構，兩個集成門極換向晶閘管功率組件的集成門極換向晶閘管中點輸出端分別構成變頻側晶閘管功率單元的兩個輸出端，兩個集成門極換向晶閘管功率組件的輸入端分別接到緩沖吸收模塊的兩個輸出端。
5.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述濾波器是LC濾波器。
6.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述供電網PG的電壓為18kV。
全文摘要
一種基于集成門極換向晶閘管的大功率抽水蓄能機組啟動系統(tǒng)，涉及抽水蓄能機組技術領域，所解決的是簡化系統(tǒng)結構，降低諧波含量及無功沖擊，提高效率的技術問題。該系統(tǒng)包括供電網、同步電機、靜止變頻裝置、勵磁裝置和并網開關；所述靜止變頻裝置包括一個濾波器、一個升壓變壓器、三個變頻側晶閘管功率單元和三個降壓變壓器；所述勵磁裝置包括勵磁側變壓器和勵磁側晶閘管功率單元；所述同步電機的電樞繞組經并網開關連接供電網，并依次經靜止變頻裝置、電網側真空開關、電網側互感器接到供電網，其勵磁繞組依次經勵磁裝置、勵磁側真空開關、勵磁側互感器接到供電網。本發(fā)明提供的系統(tǒng)，力矩特性良好，能提高機組并網成功率。
文檔編號H02P6/20GK102315810SQ20111026608
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權日2011年9月8日
發(fā)明者喬樹通, 吳瑋, 姜建國, 左東升, 徐亞軍, 王貴峰, 羅* 申請人:上海交通大學