300MW火电机组给煤机变频器低电压穿越能力的研究及应用

摘要

变频器因其调速性能优良而被发电机组广泛使用。变频器的输入交流电压因为电力系统的故障而发生一定程度的跌落，此时，这个跌落的输入交流电压在变频器整流电桥的作用下，引起变频器内部直流母线电压在一定程度上的降低，进而引起变频器的保护动作，其带动的电动机将会停转，严重时可导致发电机组跳闸。由此可见，变频器能否实现低电压穿越在安全生产中变得非常关键，通过对通用变频器功率回路工作原理的解析可以得知，低电压保护为变频器内部的硬件固有保护，不能通过修改参数的方式改变，只能在变频器的外部回路上，加装一套使变频器直流母线电压不因外部电压波动而降低的装置保证变频器不受外部电压波动的影响，能输出恒定的交流电压，从而保证变频器低电压穿越的能力。
　　本研究在查阅参考大量的国内外相关文献的基础上，明确了变频器低电压穿越系统设计的目标。最终确立了采用在变频器外部回路上增设一套电力电子装置的方案来提高低电压穿越的能力。通过解析通用变频器功率回路工作原理和其低电压穿越工作原理，确立了在单重BOOST DC/DC（BOOST是一种开关直流升压电路）电路基础之上，构建低电压穿越系统（英文为Low Voltage Ride Through System，简称 LVRTS）数学模型。论文还解析了此数学模型的运行模式和在运行模式下的起动和退出的判据。并讨论了（LVRTS）在软硬件设计上的一些重要问题。在硬件设计方面，以BOOST基本DC/DC电路为基础，设计了不控整流和多相多重化的BOOST升压电路作为变频器并联电源的变换模块，用来保证此变频器输入端的直流母线电压不波动。为满足设计的完整性和要求，明确了LVRTS元器件的实际参数和LVRTS的辅助控制电路。在软件设计方面，将模糊自适应 PI控制算法与 bang-bang滞环控制算法相结合，提出了复合式直流母线电压闭环自动控制策略，利用自行开发的控制器及RT D S实时仿真系统，完成了硬件在环的闭环仿真实验，仿真实验的结果不但证明了LVRTS参数在设计上的合理性，而且指导了实验中的PI控制器参数的调试。为验证此LVRTS的实际效果，在包头第三热电厂1号机组五台给煤机上做了低电压穿越电源改造并进行了空载实验。通过实验实际数据证明，确立的LVRTS在给煤机输入电压发生不同程度的降低时，都能稳定的在额定状态下输出直流，且不影响变频器内部控制回路的正常运行。实现了变频器和一些易受影响的重要设备在外部电压发生波动时，仍能安全稳定工作。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状及发展动态分析

1. 3 火电厂重要辅机设备变频器抗低电压穿越能力综述

1.4 火电机组变频器低电压穿越能力实现的几种方案

1.5 PI控制算法综述

1.6 论文主要工作

1.7 本章小结

第2章 LVRTS工作原理及数学模型建立

2.1 通用变频器的拓扑结构及问题的解决思路

2.2 低电压穿越系统原理及整体方案

2.3 数学模型建立

2.4 本章小结

第3章 LVRTS中用到的控制算法及其实现

3.1 LVRTS中用到的升压闭环自动控制算法及实现

3.2 Bang-bang滞环控制算法及实现

3.3 其它功能模块算法及实现

3.4 本章小结

第4章 仿真算法验证

4.1 ILP PSCAD仿真模型验证

4.2 ILP PTDS实时数字仿真验证

4.3 系统功能实施方案

4.4 本章小结

第5章 包头第三热电厂给煤机变频器低电压穿越电源改造

5.1 工程概况

5.2 变频器低电压穿越电源介绍

5.3 现场施工

5.4 包头第三热电厂给煤机变频器低电压穿越电源试验

5.6 本章小结

第6章 结论

6.1 最终成果形式

6.2 展望

参考文献

致谢