一種火電廠輔機變頻器控制系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明的實施方式設及變頻器技術領域，更具體地，本發明的實施方式設及一種 火電廠輔機變頻器控制系統及方法。
【背景技術】
[0002] 本部分旨在為權利要求書中陳述的本發明的實施方式提供背景或上下文。此處的 描述不因為包括在本部分中就承認是現有技術。
[0003] 近年來，隨著電力電子技術的高速發展和火電廠節能需求的日益增強，火電機組 的輔機設計開始逐步轉向變頻技術，基于變頻器在輔機的軟啟動、變頻調速、經濟運行等方 面的優勢，目前變頻器已在火力發電領域得到了廣泛應用，約95%的輔機已改用變頻驅動 方式運行。然而，變頻器對于其電源的波動極為敏感，實際中輔機變頻器的動力電源和控制 電源往往均取自廠用電源，當廠用電源因諸如電網故障、大型設備的啟停等原因發生電壓 跌落時，變頻器會因低壓而閉鎖輸出。對于火電機組而言，當其重要輔機（如給煤機、空預 器等）因變頻器低壓閉鎖而發生大規模停運時會觸發全爐膛滅火保護（MFT)動作而跳機， 運將嚴重影響到局部電網的安全穩定運行。
[0004] 鑒于近年來因重要輔機低壓跳閩所引起的火電機組非停事故頻發，全國各級電網 公司已先后開展了火電機組重要輔機變頻器的低電壓穿越整改工作，并明確出臺了相關的 技術規范。所謂變頻器低電壓穿越，是指當外部故障或擾動引起的變頻器進線電壓跌落幅 值和持續時間在規定的低電壓穿越區內時，變頻器應能夠可靠供電并保障供電對象的安全 運行，即要求變頻器在發生電壓跌落時能保持不間斷連續運行進而保障重要輔機在低壓期 間的持續穩定工作。
[0005] 因此，如何對現有的火電廠輔機變頻器進行改造W滿足電網低電壓穿越的要求， 不僅關乎火電機組自身的安全可靠性，更對保證整個電力系統的安全、穩定、經濟運行具有 重大的意義。
【發明內容】
[0006] 目前已有的火電廠輔機變頻器低電壓穿越改造措施主要可分為兩個層面，即：硬 件層面和軟件層面，W下分別介紹。
[0007] 1、硬件層面
[0008] 硬件層面，又可劃分為對火電廠輔機變頻器自身的功能進行改造和增加額外輔助 穿越裝置運兩大類。
[0009] 對火電廠輔機變頻器自身的功能進行改造：
[0010] 1)選擇能夠在小幅電壓跌落條件下正常工作的變頻器，如施耐德ATV71變頻器， 但目前絕大多數的變頻器正常工作電壓范圍為-15%~10%，因而無法滿足低電壓穿越的 電壓跌落深度要求；
[0011] 2)選擇具有失電再啟動功能的變頻器，如ABB-ACS510變頻器，其能在廠用電瞬時 失電后3s內重新自啟動，然而，多臺輔機（如給煤機）變頻器的失電重啟會造成爐膛負壓 的劇烈波動，對機組的安全運行造成極大的危害。同時，失電再啟動也并非真正意義上的不 間斷連續運行，因而無法實現低電壓穿越。
[0012] 增加額外輔助穿越裝置：
[0013] 1)交流補償方式：將動態電壓恢復器值VR)串入輔機變頻器的動力電源與交流進 線端之間，當發生電網電壓跌落時，通過控制DVR快速地輸出相應的電壓幅值和相位來對 變頻器交流進線端的電壓進行補償，從而將變頻器與電網電壓跌落故障"隔離"開來W實現 故障期間的不間斷連續運行；
[0014] 。直流補償方式：變頻器自身的控制及其功率輸出均來源于其直流母線，在電網 電壓跌落發生時對變頻器的直流母線進行補償供電確保其母線電壓穩定即可實現低電壓 穿越。目前的直流補償裝置可分為有源和無源兩大類，有源裝置一般采用直流蓄電池或不 間斷電源OJP巧而無源裝置一般采用的是不控整流加升壓電路的補償原理（即AC/DC+DC/ DC)。
[001引 2、軟件層面
[0016] 軟件層面，即通過改進控制方法來實現低電壓穿越，可劃分為DCS控制邏輯改進 和輔機變頻器控制改進運兩大類。
[0017] DCS控制邏輯改進：
[0018] 此方案的前提是輔機變頻器具有失電再啟動功能，W給煤機為例，通過對鍋爐爐 膛安全監控系統（FSS巧中的給煤機全停邏輯加W延時W避免電網電壓跌落導致給煤機變 頻器全停時觸發MFT信號，待電網電壓恢復后變頻器再跟蹤當前的電機實際轉速再啟動。 然而，此方案在本質上僅是人為地讓DCS控制系統屏蔽掉故障信號，對于低壓期間輔機變 頻器跳閩所帶來的各種系統安全隱患并無任何改善作用，甚至會惡化事故的影響。因此，此 方案治標不治本，實際可行性不大。
[0019] 輔機變頻器控制改進：
[0020] 在電壓跌落期間輔機變頻器采用降轉速恒磁通v/f控制方式，即當電壓下降時降 低變頻器的控制頻率W保持電機磁通不變，同時在負載允許的范圍內降低轉矩，從而實現 變頻器和電機兩者在電網電壓跌落期間的不間斷安全連續運行。然而，v/f控制策略是基 于電機的靜態數學模型而建立，其在電網電壓波動運種較快的動態過程中控制性能較差， 而且v/f控制策略僅適用于50%~85%的低電壓范圍，因而無法完全滿足低電壓穿越的電 壓跌落深度要求。另外，v/f控制僅適用于電網電壓對稱跌落的情況，對于電網電壓不對稱 跌落所帶來的變頻器母線電壓波動及電機轉矩脈動等負面影響其無法克服。
[0021] 綜上所述，目前已有的火電廠輔機變頻器低電壓穿越改造措施中僅有增加額外輔 助穿越裝置運一方案可滿足電網低電壓穿越的要求，然而，對于火電廠中眾多的輔機變頻 器而言增加額外輔助穿越裝置會大幅增加電廠的運行成本，且輔助裝置與輔機變頻器之間 的協調控制問題也較為復雜，運些都制約了此種方案的推廣應用。
[0022] 為此，非常需要一種改進的火電廠輔機變頻器低電壓穿越改造措施，W滿足電網 低電壓穿越的要求。
[0023] 在本上下文中，本發明的實施方式期望提供一種火電廠輔機變頻器控制系統及方 法。
[0024]在本發明實施方式的第一方面中，提供了一種火電廠輔機變頻器控制系統，包括： 變頻器、整流檢測單元、整流控制單元、逆變檢測單元、逆變控制單元；
[00巧]所述變頻器包括：
[0026] 整流單元，為由絕緣柵雙極型晶體管IGBT組成的S相橋式全控整流電路；
[0027] 逆變單元，為由IGBT組成的S相橋式全控逆變電路；W及，
[002引直流母線；
[0029] 所述整流單元的輸入端連接=相交流電源，輸出端連接所述直流母線；
[0030] 所述逆變單元的輸入端連接所述直流母線，輸出端連接電動機；
[003。 所述整流檢測單元用于實時測量所述整流單元的S相進線電流ig。，igb，ig。，所述 S相交流電源的電壓Vg。，Vgb，Vg。，W及所述直流母線的實際電壓Vd。；
[003引所述整流控制單元用于根據所述整流單元的S相進線電流ig。，igb，ig。、所述S相 交流電源的電壓Vg。，Vgb，Vw、所述直流母線的實際電壓Vd。，W及所述整流單元的額定電流 Igf。,。、所述直流母線的電壓設定值Vd。^^，控制所述整流單元中的IGBT打開或關斷，W實現 對所述整流單元的S相進線電流ig。，igb，ig。進行比例諧振PR閉環控制，進而使所述直流母 線的實際電壓Vd。保持在與其電壓設定值V 的差值小于一預設闊值的水平，同時輸出一 降速信號至所述逆變控制單元；
[0033] 所述逆變檢測單元用于實時測量所述整流單元的負載電流所述直流母線的實 際電壓Vd。、所述電動機的負載轉矩
[0034] 所述逆變控制單元根據所述整流單元的負載電流所述電動機的負載轉矩町、所 述直流母線的實際電壓Vd。W及所述降速信號，設定轉速值，并依據所述轉速值調整所述逆 變單元的輸出電壓W使所述電動機按照所述轉速值轉動，W使所述變頻器實現低電壓穿越。
[0035] 在本發明實施方式的第二方面中，提供了一種火電廠輔機變頻器控制方法，用于 對一變頻器進行控制，所述變頻器包括：整流單元、逆變單元和直流母線；所述整流單元為 由絕緣柵雙極型晶體管IGBT組成的=相橋式全控整流電路；所述逆變單元為由IGBT組成 的=相橋式全控逆變電路；所述整流單元的輸入端連接=相交流電源，輸出端連接所述直 流母線；所述逆變單元的輸入端連接所述直流母線，輸出端連接電動機；所述火電廠輔機 變頻器控制方法，包括：
[003引步驟A，實時測量所述整流單元的S相進線電流ig。，igb,ig。，所述S相交流電源的 電壓V.。，Vgb,Vg。，W及所述直流母線的實際電壓Vd。；
[0037] 步驟B，根據所述整流單元的S相進線電流ig。，igb，ig。、所述S相交流電源的電壓Vs。，Vgb,Vg。、所述直流母線的實際電壓Vd。，W及所述整流單元的額定電流Ut。、所述直流母 線的電壓設定值￥4。_^，控制所述整流單元中的1681'打開或關斷，^實現對所述整流單元的 S相進線電流ig。，igb，ig。進行比例諧振PR閉環控制，進而使所述直流母線的實際電壓Vd。保 持在與其電壓設定值Vd。^^的差值小于一預設闊值的水平，同時輸出一降速信號；
[003引步驟C，實時測量所述整流單元的負載電流心所述直流母線的實際電壓Vd。、所述 電動機